钛(Titanium)是一种金属化学元素,化学符号Ti,原子序数22,属于难熔稀有色金属。
钛的性能与所含的碳、氢、氧等杂质有关,最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%,但其强度低、塑性高。99.5%工业纯钛的性能为:密度P=4.5g/cm3,熔点为1800°C,导热系数λ=15.24W/(M.K),抗拉强度σb=539MPa,伸长率:δ=25%,断面收缩率ψ=25%,弹性摸量E=1.078×105MPa,硬度HB195。
钛是一种银白色的过渡金属,其特征为密度低、熔点高、比强度高、耐腐蚀性强、 高低温性能好、无磁性、无毒、生物相容性好。其中高比强度性能尤为突出,高强钛合金强度与高强钢相当,但密度几乎小一半。此外,钛及合金还具有形状记忆、超导和储氢等特点。
钛的性能
强度高:是铝合金的1.3倍,镁合金的1.6倍,不锈钢的3.5倍,金属材料中的冠军。钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右,仅为钢的60%,纯钛的强度接近普通钢的强度,一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度,因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料,可制出单位强度高、韧性好、质轻的零、部件、在飞机发动机结构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
热强度高:使用温度比铝合金高几百度,在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450-500°C的温度下长期工作。
抗蚀性好:耐酸、耐碱、耐大气腐蚀,对点蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强。钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作,其他抗蚀性远优于不锈钢;对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强,对碱,氯化物,氯的有机物品,硝酸,硫酸等有优良的抗腐蚀能力,但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
低温性能好:间隙元素极低的钛合金TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。钛合金在低温和超低温下,仍能保持其力学性能,低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253°C下还能保持一定的塑性,因此,钛合金业是一种重要的低温结构材料。
化学活性大:高温时化学活性很高,轻易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应,生成硬化层。钛的化学活性大,与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时,会在钛合金中形成硬质TiC;温度较高时,与N作用会形成TiN硬质表层。在600°C以上时,钛吸收氧形成硬度很高的硬化层;氢含量上升,也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1-0.15mm,硬化程度为20%·30%。钛的化学亲和性也大,易与摩擦表面产生的黏附现象。
导热系数小、弹性摸量小:钛的导热系数λ=15.2W/(M,K)约为镍的1/4,铁的5/1,铝的1/14,而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%,钛合金的弹性摸量约为钢的1/2,故其刚性差、易变形,不宜制作细长杆和薄壁件,切割时加工表面的回弹量大,约为不锈钢的2·3倍,造成刀具后刀面的剧烈摩擦、黏附、粘结磨损。