钛材生产工艺

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1、钛材生产工艺目前，金属钛生产的工业方法是可劳尔法，产品为海绵钛。制取钛材传统的工艺是将海绵 钛经熔铸成锭，再加工而成钛材。按此，从采矿到制成钛材的工艺过程的主要步骤为： 钛矿- 米矿-选矿-太精矿-富集-富钛料-氯化-粗TiCl4-精制-纯TiCl4-镁还原-海绵钛-熔铸-钛锭-加工- 钛材或钛部件上述步骤中如果采矿得到的是金红石，则不必经过富集，可以直接进行氯化制取粗 TiCI4。另外，熔铸作业应属冶金工艺，但有时也归入加工工艺。上述工艺过程中的加工过程是指塑性加工和铸造而言。塑性加工方法又包括锻造、挤压、轧制、 拉伸等。它可将钛锭加工成各种尺寸的饼材、环材、板材、管材、棒材、型材等制品，也

2、可用铸造 方法制成各种形状的零件、部件。钛和钛合金塑性加工具有变形抗力大；常温塑性差、屈服极限和强度极限比值高、回弹大、对缺口 敏感、变形过程易与模具粘结、加热时又易吸咐有害气体等特点，塑性加工较钢、铜困难。故钛和钛合金的加工工艺必须考虑它们的这些特点。钛米用塑性加工，加土尺寸不受限制，又 能够大批量生产，但成材率低，加工过程中产生大量废屑残料。针对钛塑性加工的上述缺点，近年 来发展了钛的粉末冶金工艺。钛的粉末冶金流程与普通粉末冶金相同，只是烧结必须要在真空下进 行。它适用于生产大批量、小尺寸的零件，特别适用于生产复杂的零部件。这种方法几乎无须再经 过加工处理，成材率高，既可充分利用钛废料作原

3、料，又可以降低生产成本，但不能生产大尺寸的 钛件。钛的粉末冶金工艺流程为:钛粉（或钛合金粉）-筛分-混合-压制成形-烧结-辅助加工-钛制品。钛材生产的原则流程 钛材除了纯钛外，目前世界上已经生产出近 30 种牌号的钛合金。使用最 广泛的钛合金是 Ti-6Al-4V，Ti-5Al2.5Sn 等。钛及钛合金的应用情况钛别牌号主要特性用途举例碘法钛TAD这是以碘化物法所获得的高纯度钛，故称碘法钛, 或称化学纯钛。但是，其中仍然还有氧氮碳这类 间隙杂质元素，它们对纯钛的力学性能影响很大。 随着钛的纯度提高，钛的强度、硬度明显下降。故 其特点是：化学性稳定性很好，但强度很底。由于咼纯度的钛强度较低，它作

4、为结构 材料应用意义不大，故在工业中很少用。 目前在工业中广泛使用的是工业纯钛和 钛合金。工业纯钛TA1TA2TA3氧业纯碳及多种学纯、钛不志元素处是如铁它硅有较多的主要用作工作温度36度以下， 氧氮是碳及多种其它杂志元素（如铁与化学,它实受力不大但要求高塑性的冲压件和 比上由于含低合多的杂志钛素使其强度大大提高相耐蚀结构零件，例如：飞机的骨架 比的力于含有与化学杂志不锈使其似度大大提高金个皮，发动机附件，船舶用耐海水 它的力学性能与化学性与不锈钢相似但和钛合金腐蚀管道、阀门、泵及水带海水淡 工业纯钛的仍点是氐强度不亠但塑性好易于加化系统零部件，化工上的热交换器. 丄业纯钛的特点疋：强度不亠，

5、但塑性好，易于加泵体、蒸馏塔、冷却器、搅拌器、 气成海上冲氯气旱及氧化切割加工性能良原性介质三通、叶轮、坚固件、离子泵、压 气海水湿氯气及氧化性、中性、弱还原性介质缩机气阀以及柴油发动机活塞、连 中具有良好的耐蚀性，抗氧化性优于大多数臭固体杆叶簧等不锈钢但耐热性较差上使用温度不太冋。TA1.TA2在铁含量为0.095%.工业纯钛按八杂质口量的不冋，刀为TA1.TA2和氧含量为0.08%.氢含量为0.0009%. TA3三个牌号。这三种工业纯钛的间隙杂质元素是氮含量为0.0062%时，具有很好的低 加渐增加性韧故其机械降度和硬度也随之逐级增温韧性和高的低温强度，可用作 加但塑性韧性相应下降。-2

6、59以下的低温结构材料。工业上常用的纯钛是TA2,因其耐蚀性能和综合力学性能适中。对耐腐和强度要求较高时可采用 TA3。对要求较好的成型性能时可采用TA1。TA4TA5TA6a型钛合金TA7TA8这类合金在室温和使用温度下有a型单相态，不能抗拉强度比工业纯钛稍高,可做中等强度 热处理强化（追灭是唯一的处理方式），主要依靠固范围的结构材料，国内主要用作焊丝。 溶强化。室温强度一般低于卩型和a+p型钛合金（但用于400C以下在腐蚀介质中工作的零 高于工业纯钛），而在高温（500C-600C）下的强度件及焊接件，如飞机才皮，骨架零件，压气 和蜕变，强度却是三类钛合金中最高的，且组织稳机壳体、叶片、船

7、舶零件等。定，抗氧化性和焊接性能好，耐蚀性和可切削加工500C以下长期工作的结构零件和各种 性能也较好，但塑性低（热塑性仍然良好）室温冲压模锻件，短时使用可到900Co亦可用作 性能差。其中使用最广的是TA7,它在退火状态下超低温（-233C）部件（如超低温用的容 具有中等强度和足够的塑性，焊接性能良好，可在器）。500 C以下使用，当其间隙杂质元素（氧、氢、氮等）500C长期工作的零件，可用于制造发动 含量极低时，再超低温时还具有良好的韧性和综合机压气机盘和叶片。但合金的组织稳定 力学性能，是优良的超低温合金之一。性较差。在使用上受到一定限制。卩型钛合 金TB2性类元素在正主或金元素是钼将高

8、钒等相保留在350C以下工作的零件,主要用于制造 到室温素获得介稳定的火单相组织寸高故称P型保合各种整体热处理（固容时效）的板材冲压 金室温，获得介稳定的卩单相组织，故称卩型钛口件和焊接件；如压气机叶片、轮盘、轴 能和压合囂热处理好化但性能不够稳定，熔炼性类等重载荷旋转在固溶及飞机态下件等货 艺复杂力加应用不如好;能不够稳金广泛再固容，时效后使用。乙复杂，故应用不如a型、a+p型钛合金广泛。a+卩型钛合金这类合金在高温是a+p型两相组织，因而得名为 a+p型钛合金。它具有良好的综合力学性能，大多 可热处理强化（但TCI、TC2、TC7不能热处理强TC1化），锻造、冲压及焊接性能较好，可切削加工

9、， TC2室温强度高。150-500度以下且有较好的耐热性，有的（如TC1、TC2、TC3、TC4）并有良好的低温韧 性和良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀能 力。缺点工业纯钛在各种介质中的耐蚀性介质浓度（质量分数）（%）温度/C腐蚀速度/mm/a（年）耐蚀等级无 机 酸盐酸1室温/沸腾0.000/0.345优良/良好5室温/沸腾0.000/6.530优良/差10室温/沸腾0.175/40.87良好/差20室温/1.340/差/35室温/6.660/差/硫酸5室温/沸腾0.000/13.01优良/差10室温/0.230/良好/60室温/0.277/良好/差80室温/32.660/差/95室温

10、/1.400/差/硝酸37室温/沸腾0.000/0.127优良/优良64室温/沸腾0.000/0.127优良/优良95室温/0.0025/优良/磷酸10室温/沸腾0.000/6.400优良/差30室温/沸腾0.000/17.600优良/差50室温/0.097/优良/铬酸20室温/沸腾0.127/0.127优良/优良硝酸+盐酸1:3室温/沸腾0.0040/0.127优良/优良3:1室温/0.127/优良/硝酸+硫酸7:3室温/0.127/优良/4:6室温/0.127/优良/有机酸醋酸100室温/沸腾0.000/0.000优良/优良蚁酸50室温/0.000/优良/草酸5室温/沸腾0.127/29.

11、390良好/差10室温/0.008/优良/乳酸10室温/沸腾0.000/0.033优良/优良25/沸腾/0.028/优良甲酸10/沸腾/1.270/良好25/100/2.440/差50/100/7.620/差丹柠酸25室温/沸腾0.127/0.127优良/优良柠檬酸50室温/沸腾0.127/0.127优良/优良硬脂酸100室温/沸腾0.127/0.127优良/优良碱 溶 液氢氧化钠10/沸腾/0.020/优良20室温/沸腾0.127/0.127优良/优良50室温/沸腾0.0025/0.0508优良/优良73/沸腾/0.127/良好氢氧化钾10/沸腾/0.127/优良25/沸腾/0.305/良好

12、5030/沸 腾0.000/2.743优良/差氢氧化铵28室温/0.0025/优良/碳酸钠20室温/沸腾0.127/0.127优良/优良阿摩尼亚20室温/0.0708/优良/无 机 土卜 rm 溶氯化铁40室 温/950.000/0.002优良/优良氯化亚铁30室温/沸腾0.000/0.127优良/优良氯化亚铅100.127/0.127氯化亚铜500.127/0.127液氯化铵100.127/0.000氯化钙100.127/0.000氯化铝250.127/0.127氯化镁100.127/0.127氯化镍5-100.127/0.127氯化钡200.127/0.127硫酸铜200.127/0.12

13、7硫酸铵20 C饱和0.127/0.127硫酸钠500.127/0.127硫酸亚铅20 C饱和0.127/0.127硫酸亚铜100.127/0.127300.127/0.127硝酸银11室温/0.127/优良/有 机 化 合 物苯（含微量HC1、NaCl）蒸气与液体800.005优良四氯化碳同上沸腾0.005四氯乙烯（稳定）100%蒸气和液体0.0005四氯乙烯（h2o）0.0005三氯甲烷0.003三氯甲烷（h2o）0.127良好三氯乙烯99%蒸气和液体0.00254优良三氯乙烯（稳定）990.00254甲醛370.127良好甲醛（含2.5%H2SO4）500.305良好钛及钛合金力学性能牌

14、号室温力学性能，不小于高温力学性能，不小于抗拉强度obMPa屈服强度o0.2MPa伸长率55 %收缩率屮%冲击值akJ/cm2试验温 度C抗拉强度obMPa持久强度olOOMPaTA13432752550-TA24413732040-TA35394611535-TA5686-154058.8TA6686-102729.4350422392TA7785-102729.4350490441TC1588-153044.1350343324TC2686-123039.2350422392TC4902824103039.2400618569TC6981-102329.4400736667TC91059-

15、92529.4500785588TC101030-12253034.3400834785TC111030-103029.4500686588钛金属的主要物理性能名称单位数据名称单位数据原子序数22比热卡/克.度0.138原子量47.9热膨胀系数x10-6/C(0-100C)8.2克原子体积厘米3/克原 子10.7弹性模量公斤/毫米210850密度20克/厘米34.505拉伸公斤/毫米210340熔点C16684压缩公斤/毫米210550沸点C3535剪切公斤/毫米24500熔化潜热千卡/克分 子5导热系数卡/厘米秒.C0.036汽化潜热千卡/克分 子112.50.3%电阻系数X10-6欧母.厘 米47.8同素异晶转变 温度C882转变时体积的变化%5.5转变时熵的变化C0.587磁化率X10-6厘米3/克3.2转变潜热千卡/克分子67810%泊桑比0.41