钛及钛合金的应用范围

编辑：宝鸡贵力恒金属材料有限公司  |  浏览次数：71次

　　为减少钛金属应用过高成本造成的负担，一方面发展了残钛处理工艺，另一方面开发了近净成形、超塑成形、精密铸造和粉末冶金以及热等静压与扩散连接等高新技术。比如通过制粉、成型、烧结或热等静压固结方法加工而成的粉末冶金制品为近净成形件，材料利用率高达80%，既降低了材料消耗，又明显减少了切削加工量。又如大型薄壁精密铸造技术在钛合金中的应用，使钛铸件性能接近钛锻件，而成本降低50%左右。

　　钛及钛合金的主要消费领域首先是航空工业。20世纪80年代，美国航空工业用钛占钛材总用量的74.8%，俄罗斯、英国等也主要用于航空工业，日本90%的钛材用于民用工业。近年来，钛材在非航空航天工业中的应用不断增加，航空航天仍居“主打”地位。从1952年钛在道格拉斯DC-7班机上用作发动机短舱和隔火壁开始，至今许多飞机的结构件均已使用钛合金制造。在波音757、超音速SR-71黑鸟、F-22喷气战斗机、空间卫星和导弹上，钛零件都起到极为关键的作用。如飞机内的风扇圆盘、发动机叶片等均为钛铸件和锻件制造。

　　钛的第二项应用领域则与利用其抗蚀能力相关。其中用量最大是作氯碱生产的电极材料。钛阳极使用寿命为石墨阳极的10倍，使产能提高近1倍，节电15%。年产1万吨苛性钠，约需5吨钛。

　　在航海业的船舶制造中，钛曾有过昔日辉煌。前苏联制造的6～7艘3000吨级核潜艇中每艘用钛量高达560吨(其阿尔法级潜艇的钛用量在908吨以上)。近年来在海洋油气勘探与开发方面钛则显示了巨大的威力，仅1997～1999年期间欧洲在北海油气开发方面就投入了150亿美元，用于建造21个悬浮式生产作业船和64个平台。一个新平台的生命安全系统需50～500吨钛，楔形应力接头需50～100吨钛，可伸缩升降器需400～1200吨钛，固定升降器需1400～4200吨钛。

　　在能源工业中已知用钛作发电装置的冷凝器和热交换器，如我国台州电厂、上海金山热电厂和镇海发电厂的发电机组都选用了钛管冷凝器，用钛量约700吨。秦山和大亚湾核电站都选用了全钛冷凝器。近年来在地热井地热开发方面，钛也大展风采，充分显示了自身的抗蚀能力。在地热卤水的高温腐蚀性环境中用作动力蒸汽涡轮，其他材料皆因寿命短而不得不被钛取而代之。用钛的优点在于能提高采热的生产率和地热井的寿命。20世纪90年代开始美国在南加州Salton Sea地区打了一口温度高达300℃的地热井，至令已使用Ti-6Al-4V-0.1Ru合金热轧无缝管227吨。估计今后十年内世界各地地热开发的用钛量可能达到2400吨。我国西藏地区的羊八井电站如采用钛材，其面貌将大为改观。

　　海洋油气钻探与地热开发主要使用Ti-6Al-4VELI、Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V-0.1Ru、Ti-3Al-2.5V-0.1Ru及含钼Ti-38644(Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo)等合金。船用紧固件使用Ti-5111(Ti-5Al-1Sn-1Zr-1V-0.8Mo)合金。我国为适应海洋工程的需要，也开发了Ti75、Ti31和Ti631等合金。

　　据统计一台20万千瓦火力发电机组用钛量为90吨，一座核电站用钛量为80～100吨。可见能源与腐蚀等方面的用钛量不容漠视。

　　高尔夫球、生物材料和汽车制造是钛材三个极有希望的新的应用领域。

　　在运动与休闲领域，高尔夫球具用量的增长颇富戏剧性，1993年钛尚未进入这一领域，1997年用钛量一下增长到4000吨。原因是用钛作球棒强度高、质地轻、击球距离平均提高20～30码(1码=0.9144米)或15%。钛球棒的出现使美国1998年内增加了448个新球场。球员的数目达到2500万人(接近于全世界的一半)。1994年只卖出500个球棒，1995年一下增到19万个，而到1997竟猛增到172万个。钛在休闲运动领域大有用武之地，诸如在滑雪板、雪橇、冰斧、冰爪等爬山设施等方面。

　　钛有极佳的生物相容性、低的膨胀系数、高度耐用性及无磁性，是极佳的骨骼支撑材料。作为植入的髋关节其重量约为不锈钢的一半，并且骨组织在生长时还可直接粘牢在钛植人体上。膝关节、义齿再造等也使用钛合金。据统计，全世界每年医学植人的用钛量在600-1000吨之间。所用钛材除Ti-6Al--4VELI(超低间隙氧)外，还开发了无铝(免除对肾和肺的毒害)Timetal 21SRx(Ti-2.75Nb-15.2Mo-0.34Fe-0.18Si-0.250)与Timetal 21S(Ti-2.9Nb-14-9Mo-0.09Fe-2.9Al-0.22Si-0.140)、Ti-6Al-7Nb等钛合金。

　　低成本钛的生产及钛粉末加工技术的发展，已有可能将钛的应用延伸到汽车行业。用钛制造的弹簧已开始在一级方程式赛车上、竞赛用摩托车以及最高级的法拉利汽车上应用。估计不久在轻型汽车的发动机阀门、连杆、悬簧、排放系统及紧固件上将获得应用。估计钛大举进入汽车市场将从日本和美国开始。美国每年能够生产1600万辆轿车和轻型卡车，日本本田公司1998年下半年已先期将钛阀门用于Altezza家庭轿车。