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高强度钛合金的应用和未来

钛元素的含量及分布较为广泛,在地壳所有元素中排在第十位,为钛及相关合金的发展提供了源源不断的原料供应。

经过半个多世纪的发展,钛相关合金材料它们因为密度小,比强度高,耐腐蚀性好,高温和低温力学性能优良,生物相容性好等特点,被广泛应用在各个领域,产生了巨大的社会及经济效益。

目前,已有数百种钛合金问世,其中比较著名的合金有30多种。钛合金根据其结构分为α相位合金、α+β相位合金、β相位合金及金属间化物。

高强度结构钛合金一般是指抗拉强度l000 MPa 以上的钛合金。近年来,世界各国开发出高强度β钛合金、高温钛合金及耐腐蚀钛合金,并在各个领域推广应用。与其他类型的钛合金相比,β型钛合金具有良好的热加工性能,易锻造,可轧制、焊接,可通过固溶时效处理获得较高的力学性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。

高强度钛合金的应用

  1. 航空航天工业。钛合金凭借比强度高的属性,在新兴的航空航天工业领域获得越来越广泛的应用。例如,机身的结构部件、起落架、液压系统、航空发动机零部件等。近年来在新型飞机上,钛合金材料所占的比例已经由5%提高到14%以上。
  2. 汽车工业。钛在新型汽车上的应用主要在发动机元件和底盘部件。在发动机系统中,钛可制作阀门、阀簧、阀簧承座和连杆。钛连杆对减轻发动机重量最有效,能极大地提高燃油利用率,减少排气量。与钢制连杆相比,重量减轻15-20%。用钛制作发动机气门,不仅可减重、延长使用寿命,还可以节省燃油量。钛制气门与钢制气门相比重量减轻30-40%,极限转速可提高20%。钛制发动机气门座形状简单,易于机械加工制作,不必进行表面处理,与钢制气门座相比,能减重 10-12g。用钛制造的弹簧,在弹性功相同时高度仅为钢弹簧的40%,重量可减轻 60-70%。此外,钛材还可以用于车体框架,这种框架具有高的强度、良好的韧性。
  3. 体育用品。钛自行车特别适合作竞技用车。赛车自行车的重量减轻 1g,即可争取千分之一秒的时间。美国Litespeed 钛部件公司制造的自行车架平均重量为 1.5kg,不但重量轻,而且使用更灵活,寿命更长。日本一家自行车公司采用钛材生产的小型超轻量折叠自行车的重量仅为 6.5kg。钛在自行车上应用部位除了车架外,还有车链和盘形制动旋翼。
  4. 生活用品。登山用具要容易携带、安全耐用。而比重轻、比强度高的钛材,作为优秀的登山用具材料,日益广泛使用。登山杖、棍、鞋底钉及其它登山工具以及与登山密不可分的滑雪用具,如滑动板、滑雪操纵杆等也可以用钛制造。此外,钛也可用于制作网球、羽毛球球拍,高尔夫球棒、球头,台球杆,击剑面罩等。

高强度钛合金的应用领域十分广泛,随着社会的发展,其应用将会更加的广泛。