钛合金 （1954年美国研发的结构金属）

简介

虽然钛合金也存在熔炼要求较高、难成型、成本高等问题，但随着研究的深入，它的应用还在进一步扩展。

钛合金的发展

1954年，美国研制出了第一中实用高温钛合金Ti6Al4V，这种合金兼具α＋β两相特征，具有高的热强性、塑性、韧性、成形性、焊接性、耐腐蚀性以及良好的生物相容性，因为这种合金在300-350℃下长期使用，所以得到了广泛应用。随后其他国家也相继研发出更加具有耐温性能的钛合金，例如450-500℃的IMI679、BT3-1等合金、500-550℃的Ti-6242S、IMI685等合金，自20世纪80年代以来，为满足发动机用材的需求，600℃高温钛合金相继问世，典型的代表有英国的IMI834、美国的Ti1100以及俄罗斯的BT36合金。

中国高温钛合金的研发工作起步较晚，前期以仿制为主。经过不断创新后，逐步形成了以添加稀土元素为特色的近α型高温钛合金体系。其中可以在600℃下使用的高温钛合金有Ti60、Ti600和TG6，而在600℃以上的钛合金为Ti65。

理化性质

钛合金一般具有较高的强度和硬度，其抗拉强度在686-1176MPa左右，硬度为32-38HRC，钛的密度(20℃)为4.506-4.516

生物医疗

钛合金金是在金属医用材料中最佳材料之一，其具有多种优异性能，是骨科的一种常用植入物材料，在骨科领域有广泛应用，其可用于制作接骨板、髓内钉、关节置换物等材料用于外科创伤修复或关节替换，新型的β型医用钛合金弹性模量更接近人体骨骼等优点被广泛应用。

工业领域

敏感元件

铜钛合金可以用来制作敏感元件和弹簧接插件，日矿金属加工公司针对电子机器的

接线插头铜合金所需要性能，开发出NKT322和NKT180两种型号的高强度铜钛合金，而向铜钛合金中添加一定量的Fe、Al等元素则被称为钛青铜，其在继电器的弹性元件、真空插座、各种控制系统的弹簧、接插元件等方面具有多种应用。

石油天然气开采

高含硫气田在勘探开发钻井和完井过程中，因为H2S的腐蚀性，会造成钻具脆断和穿孔等井下事故，可以通过熔炼钛合金锭锻造钻杆以及使用钛合金管，钛合金不仅具有优良的抗硫化物应力开裂腐蚀性能和更高的屈服强度，并且所打造的钻杆也更加具有灵活性和使用寿命。此外，因为钛合金易于弯曲的特性，还可以用于天然气集气管网的铺设，通过使用单面焊接双面成型技术，保证焊缝更加均匀可靠。

军事领域

坦克装甲车辆

钛合金可以用于坦克的制造，用于制作钛合金的披挂装甲、舱盖、底盘组件等增加其抗弹性能和降低其重量，例如M2A2布雷拉德利坦克的车长舱盖，便是使用钛锻件打造而成，这种舱盖不仅比钢舱盖更轻，而且抗弹性能也与之相差无几，而M1A2艾布拉姆斯坦克通过使用钛合金减轻了底盘组件的重量，减重超过1500磅。

火炮

通过在火炮制作中使用钛合金，可以使火炮在精度、射程、威力和机动性方面得到显著的提高，对其大量采用钛合金不仅可以降低火炮成本还可以减轻其重量，同时还可以使用精密铸造工艺以减少其部件数量。例如超轻型野战火炮(UFH)M777采用钛合金打造，并采用先进的制造工艺，其重量大约是现役火炮M198重量的一半，具有高速运输、牵引的特点。

海洋领域

钛合金因为其低密度、耐腐蚀的特性，已经成为船舶海水管路系统的理想选择。并且钛合金的极限设计流速超过10m/s，可以为船体系统提供更高的流速设计。此外，它还具有无磁性、透声、抗冲击震动、可加工性(包括铸、锻、焊接)好等特点，使得钛合金在船舶中得到了广泛的应用，如船体结构件、深海调查船及潜艇耐压壳体、管道、阀及配件、动力驱动装置中的推进器和推进器轴、热交换器、冷凝器、冷却器、声纳导流罩等都有钛合金的应用。例如俄罗斯在20世纪60-80年代在船舶上大量使用钛合金，几乎所有的潜艇都采用了钛合金管道，美国的“圣安东尼奥”级两栖船坞运输舰(LPD17)在2个主海水配管系统(压载水和消防系统)也均采用了钛合金制造。

存在问题和缺点

钛合金的熔炼需要要求较高，因为在高温条件下，钛易与氧、氮、硅、碳等元素发生反应，使得在钛在熔炼和热处理过程需要在真空或惰性气体保护下进行，这使得对钛合金的成分纯净性和均匀性控制较为困难。

钛合金较难成形，因为钛合金本身的变形能力差，屈/弹比高，热导率低，所以导致采用常规冷/热加工成形较为困难。

钛合金的制造需要较高成本，这极大限制了钛合金材料的应用推广，也阻碍了钛合金材料在海洋工程、武器装备及民用领域的大量使用。

钛合金废料在回收方面仍存在一些问题，主要包括回收方法单一、表面污染层严重、杂质含量高等问题，这些问题需要进一步开展更为系统、深入地相关熔炼工艺研究。