产品类别
新闻动态
鈦及鈦合金特性
如何正確地使用鈦
雖然鈦及其合金具有比強度高,高溫和低溫性能好,耐腐蝕等優點,但如果使用不當,未能揚長避短,仍會達不到預期的效果,反而造成不應有的損失。如何正確地使用鈦呢?在選用鈦材時應仔細地考慮下列問題:
1
腐蝕環境
工業純鈦和某些鈦合金在中性,氧化性的環境中,具有優良的耐蝕性能。在弱的還原性環境中也保持著鈍態。在強的還原性酸中被腐蝕;但在與腐蝕防止劑共存的還原性環境中耐蝕性良好,即使對於王水也有良好的耐蝕性。在高溫鹽類,濕氯氣,硝酸、各種漂白劑等腐蝕環境中具有耐蝕性。鈦在數伏電壓之下作為陽極處於鈍性,所以被利用在陽極處理,電解和電鍍中。在海水中不產生點蝕和縫隙腐蝕。有較大的抵抗應力腐蝕破裂,接觸腐蝕和磨蝕的能力。對有機酸除蟻酸(不通氣)等以外都具有較好的耐蝕性能。焊接幾乎不降低鈦的耐蝕性。雖然鈦材在上述的腐蝕性介質中具有優良的耐蝕性能,但在選用鈦材作為耐蝕材料時,仍必須注意以下幾點:
(1)
工業純鈦在靜止的高溫,高濃度的硝酸溶液中的耐蝕性能較好,但在流動的硝酸溶液中往往由於缺少起緩蝕作用的四價鈦離子而遭到腐蝕。故在這種環境中採用鈦時應選用Ti5Ta合金。
(2)
鈦在海水和氯化物溶液中不發生點蝕,但在含有氯化鎂、氯化鋁,氯化銅,氯化鋅和氯化鈣的沸騰溶液中發生點蝕。工業純鈦在溫度高於90的海水中有發生縫隙腐蝕的可能性,故在這種環境中,推薦選用Ti02Pd合金。
(3)
工業純鈦在碳氫化合物及含氯,氟的碳氫化合物中不發生腐蝕。但在有水的情況下,水解而產生鹽酸和氫氟酸,對鈦產生腐蝕。當碳氫化合物在高溫下分解而產生氫時,鈦可能吸收氫,而產生氫脆。  
(4)
鈦不受潮濕氯氣(1%以上的水份)以及二氧化硫、二氧化碳,硫化氫等氣體的腐蝕;但在乾燥的氯氣中遭受腐蝕,並引起著火自燃。在-25393溫度範圍內,鈦對氫和過氧化氮的耐蝕性優良,但在氣態氧,液態氧和某些氧分壓高的水溶液中,也可能引起鈦著火自燃。在這種環境中使用鈦時,必須慎重。

(5)
工業純鈦一般不發生應力腐蝕破裂,但在含有微量鹽酸的甲醇、乙醇為主的有機溶劑中和在發煙硝酸中易發生應力腐蝕破裂或著火自燃。鈦設備在發煙硝酸中有可能發生爆炸。  
(6)
鈦與電位較低的金屬接觸,則低電位金屬發生腐蝕。腐蝕的程度取決於與鈦接觸的金屬表面積比例。

(7)
雖然鈦對於pH值大於9的堿液具有較好的耐蝕性能,但由於在較高的溫度下易產生氫脆,因此,鈦僅用在低溫下的堿液中。當堿液中含有游離氯時,則提高鈦對堿液的耐蝕性。反之,當堿液中含有氧和氨時,則加劇堿液對鈦的腐蝕。
2 
鈦的化學、物理、機械性能的特點
鈦和鈦合金與其他金屬一樣,在化學,物理和機械性能方面具有它獨自的特點。有些性能不同於碳鋼,不銹鋼等黑色金屬,也不同於常用的有色金屬——鋁,鉛等。因此,在使用鈦材時必須注意以下這些特點:
2.1
鈦是一種化學性質非常活潑的金屬,在較高溫度下可與許多元素和化合物發生反應,特別是與空氣中的氮、氧,氫等氣體發生反應,使鈦的性能變壞。這是在鈦的熔煉、加工、製造和使用過程中必須認真考慮的一個問題。
2.2
鈦的線膨脹係數約為碳鋼的三分之二,相當於不銹鋼的一半。當用鈦製造碳鋼或不銹鋼容器的襯裏時,或者用鈦製造管殼式熱交換器列管,而外殼用碳鋼或不銹鋼製造時,要認真考慮設備在升降溫過程中,襯裏和列管承受的熱應力。  
2.3 
鈦的導熱係數比碳鋼小4.5倍,比不銹鋼稍低。因此,鈦制設備在高溫下使用時,在殼壁中易形成高的溫度梯度,導致產生較大的熱應力或熱疲勞應力。但此缺點為它的線膨脹係數較低而有所補償。另外,鈦的導熱係數雖低,但不影響傳熱效率。這是由於鈦具有較好的抗污染能力,不使氣體呈膜狀凝結而成滴狀凝結,能耐較高流速的沖刷腐蝕,能使設備臂或管臂做的很薄等特點。因此,鈦具有較好的傳熱性能。

2.4 
鈦的熔點較高,通常為1668±4。比碳鋼約高130,比不銹鋼約高243,再加上它的導熱係數較低。因此,焊縫金屬在高溫區的停留時間稍長,易造成晶粒粗大,塑性降低和焊接時易產生較大的殘餘應力。這是在設計焊接結構時必需仔細考慮的。
2.5
鈦的導電性較差。若以銅的導電率為100%,則鈦僅為31%。但它的導電率接近於不銹鋼。這是在設計鈦電極時必須考慮的。 
2.6
鈦的彈性模量較低,約為碳鋼或不銹鋼的二分之一左右。所以在設計抗彎曲的構件時,應給予特別的注意。
  
2.7
鈦具有顯著的回彈特性,其回彈能力是不銹鋼冷成型時的23倍。這是由於鈦的屈服限與彈性模量比值大和屈強比也較大,以致在成形時另件內部存在著較大的應力。所以鈦設備一般不適於冷態衝壓加工,而需用熱成形或者冷衝壓熱校形工藝。
  
2.8
鈦和不銹鋼一樣,容易發生粘連。因此,對於未經特殊處理的鈦不宜製作承受摩擦的工件,否則,它們會因擦傷或咬死而迅速報廢。在不得不採用鈦作為運動元件時,必須選擇可以使鈦承受摩擦的材料(如塑膠)製成摩擦副件,或者表面進行硬化處理,或者使用不同牌號的鈦合金製成摩擦副。在螺旋摩擦副中應採用間隙較大的螺旋配合或加潤滑劑。

2.9
鈦的抗拉強度隨著溫度的升高而降低。當溫度達到250時,其抗拉強度只有室溫下的一半。而且鈦的拉伸曲線沒有物理屈服極限,,只有條件屈服極限,因此,在計算鈦設備的強度時,必須選用設計溫度下的強度限。
2.10
鈦的抗蠕變性能差,不僅在高溫,即使在常溫下也發生蠕變行為。它的蠕變極限通常先隨溫度增加而降低,但到120時,蠕變極限開始重新增加,在200時達最大值。此後,蠕變極限又隨溫度繼續增加而降低。通常在200300的溫度範圍內遵循穩定的蠕變特性。因此,在計算鈦制設備強度時,不僅需要按設計溫度下的強度限計算;而且還需按蠕變限進行校核。
2.11
工業純鈦的塑性與溫度有特殊的關係。由室溫至200時,鈦的相對延伸率增加。再繼續升溫,則開始下降。在450500時相對延伸率達到最小值,隨後又明顯上升。因此,它的使用溫度最好不超過350  
2.12
國產工業純鈦的衝擊強度較低,有的在室溫下僅80公斤力·米/釐米2。但隨著溫度的上升而增加。當溫度超過200時,衝擊強度迅速增加。到550時,衝擊強度可達18公斤力·米/釐米2左右。而且它的衝擊值隨著雜質含量增加而降低。所以在設計鈦制設備時,應儘量避免應力集中,防止產生過大的局部峰值應力。

2.13
鈦的硬度和強度隨著冷變形的程度增加而增加。如冷變形度為80%的試樣的強度極限比完全退火的試樣大1倍。隨著冷變形程度的提高,延伸率值迅速下降。當冷變形度超過50%時,延伸率降到10%以後,不再繼續下降。而且鈦的機械性能與變形速率有關。當拉伸速率由0.01分鐘提高到1.5分鐘時,它的強度限由365公斤.力/毫米2提高到425公斤·力/毫米2,延伸率明顯下降,隨後又上升。因此,鈦材在冷衝壓時,要嚴格控制變形程度和變形速率。
2.14
鈦具有較優良的抗疲勞性能,但對缺口的敏感性較高。在旋轉彎曲試驗中,其疲勞強度對拉伸強度的比值約為60%,而一般碳鋼僅是拉伸強度的45%左右。表面光潔度對疲勞強度也有較大的影響。高度拋光表面的試棒比機加工表面的試棒具有較高的疲勞強度。所以在設計鈦制設備時,應避免結構的不連續性和焊縫應盡可能平滑。
2.15
鈦不能與其他金屬熔焊。這是因為鈦的熔點比其他金屬高,而且易形成脆性的金屬間化合物,引起焊縫脆化。在容器內進行部份襯裏時應特別注意結點的設計。在需要與其他金屬連接時,可採用粘接、釺焊,爆炸焊和螺栓連接。       
2.16
鈦設備的焊接接頭設計和其他金屬採用的接頭型式相似,但由於熔融鈦具有更大的流動性。因此,它比其他金屬裝配得更緊密。在對接焊薄板時,對於等邊對接接頭通常不留鈍邊間隙。如果接頭裝配得滿意的話,這些焊縫可不加填充焊絲。當板厚超過15毫米時,為了保證焊透,採用留鈍邊間隙或單V型坡口。對於這些接頭要求增加焊絲。對於厚板或厚斷面採用單V型或雙V型坡口,在這種情況下,接頭應設計成需要最小的焊道和便於焊縫根部保護。
  2.17 
在設計鈦鑄件時,應該牢記鈦具有較窄的液相線——固相線的溫度區間,這種迅速凝固的傾向有利於鑄件的定向凝固,但往往導致在熱量集中的地方產生裂紋和縮孔。鈦鑄件的各相鄰部位應避免厚薄截面的急劇變化和尖角。在無法避免時,無論是厚度變化或是尖角部位,都應該有足夠半徑的圓角過渡。鑄件的截面應該是帶有錐度的均勻截面。在所有的垂直面上,都應該考慮較大的拔模斜度,並應考慮冒口位置和除去這些澆冒口後不需要精
磨。 
2.18
鈦的攻絲是比較難的工序。這是因為絲錐中有限切屑溝和鈦的嚴重粘著作用,均導致螺紋惡化。當切削終止時鈦易緊縮在絲錐上,導致絲錐斷裂。因此,在設計鈦設備時應避免盲孔和過長的通孔;同時應適當放鬆配合等級公差。

2.19
國產鈦管的延伸率在2840%的範圍內波動,而不銹鋼的延伸率在5060%的範圍內。因此,鈦制管殼式換熱器的脹管間隙應比不銹鋼制的小,否則,在脹接時列管易出現裂紋。  
2.20
鈦在切削過程中,由於產生塑性變形,和在高的切削溫度下,鈦很容易吸收大氣中的氧、氮形成硬而脆的外皮,而產生加工硬化現象。其結果不僅降低零件的疲勞強度,而且會加劇刀具的磨損和給以後的加工帶來困難。因此,在切削鈦材時一般選用較低的切削速度、較大的切削深度和進給量。並且採用合適的冷卻潤滑液,進行高壓冷卻,來降低切削溫度,提高加工表面品質和刀具的耐用度。
  
2.21
鈦板料具有各向異性。通常垂直於軋製方向彎曲比平行於軋製方向彎曲性能好。

Copyright © 2012 上海镇铭有色金属材料有限公司 All Rights Reserved 版权所有 网站建设支持与维护牵紫赫科技
友情链接:管件 法兰