钛和钛合金——区别和用途

钛市场依赖于商业纯钛以及各种合金的使用。虽然第一种经常被化学加工工业使用，但它的合金被选择用于机身和飞机发动机等部件。本文重点介绍了钛及其合金之间的区别，以及后者的具体使用情况。

商业纯钛

非合金形式的钛是一种轻质且坚固的材料。其抗拉强度与碳钢相似，但重量只有碳钢的一半。纯钛呈银色，密度低，有独特的光泽。钛具有出色的耐腐蚀性，是海水应用（近海和海洋环境）的理想选择。纯钛锻造产品主要用于耐腐蚀。

还值得一提的是，商业纯钛可以承受酸雨等其他液体造成的损坏（腐蚀）。出于这个原因，钛如今被创新地用于建筑应用。钛还具有很高的抗应力腐蚀开裂性，这使它成为一种更有趣的材料。

从绿色的角度来看，钛是一种环保材料。与其他金属不同，它不会释放有毒的重金属离子（这些离子是通过腐蚀过程产生的，这对钛来说不是问题）。关于成型，钛可以像不锈钢一样容易成型。然而，它的热膨胀和收缩率高于不锈钢。

纯钛有四种不同的等级，每种等级都具有不同的特性（耐腐蚀性、可成形性/延展性、强度等）。例如，1级钛具有最高的耐腐蚀性和成形性，但强度较低。相比之下，4级具有最高的强度和中等的可成形性。

商业纯钛有不同的形式，例如棒材、电缆、股线、线圈和扁线。它可用于医疗应用，包括整形外科植入物、针、缝合线、牙科植入物甚至眼镜框。钛具有很高的强度重量比，这意味着它具有高度的抗损坏能力，同时重量轻。

钛合金

钛可以与铝和钒等不同材料制成合金，所得合金可用于航空航天、化学和能源领域。其他钛合金是用钼和铁、铬、镍、铜、钴制成的。钛和各种合金的混合物导致拉伸强度和韧性增加（即使在极端温度下）。

凭借其出色的机械性能，钛合金可用于最具挑战性的应用。商用和军用飞机的燃气涡轮发动机部件以及各种机身部件都可以用钛合金制成。

核电站和食品加工厂都依赖于钛合金的使用。由于其高耐腐蚀性，它们被用于炼油厂的热交换器、海洋部件，并且由于它们的生物相容性，用于医疗假肢。

钛有时与钯形成合金，所得合金表现出更高的耐腐蚀性和强度。钛钯合金用于需要出色耐腐蚀性的应用中。您会看到它们被用于化学加工行业以及存储应用。

钛合金适用于腐蚀具有挑战性的环境，在这种环境中，氧化和还原之间存在永久性波动。最常用的钛合金之一是Ti-6Al-4V，它是一种α-β合金。这种合金具有高水平的耐受性，适用于广泛的应用。

阿尔法合金包含中性合金元素以及阿尔法稳定剂（铝、氧等）。它们具有良好的强度和可焊性，具有抗氧化性（即使在高温下使用，这是铝含量的结果）。

钛及其合金都可以进行热处理，以提高它们的整体强度，降低残余应力，甚至优化断裂韧性。然而，α合金不能通过热处理来提高其机械性能，因为它们是单相合金。

近α合金含有较少量的β相稳定剂，这增加了它们的整体延展性。添加1-2%的β相稳定剂（最常见的是硅、钒或钼）。

α-β合金，顾名思义，是β和α稳定剂的组合。这些可以进行热处理以增加强度，但值得一提的是，它们的可成形性会随着新获得的强度（后处理）成比例地降低。

β合金含有高比例的β稳定剂，例如硅、钒或钼。这些材料经过不同的溶液处理并老化，从而提高了强度。Beta合金具有出色的成型性，并且易于焊接。这些经常出现在正畸应用中，取代了不锈钢。

钛或钛合金——服务选择

在决定使用非合金商业纯钛或其合金之一时，制造商将考虑强度和耐腐蚀性等基本因素。密度、疲劳裂纹扩展速率和断裂韧性等机械性能将决定合金成分和热处理的必要性。

商业纯的非合金钛通常是腐蚀应用的首选，因为它的强度较低。此类应用包括热交换器、储罐和反应容器，适用于发电、化学加工和海水淡化等各个行业和领域。

在高性能应用方面，采用了更高强度的钛合金。这些用于开发燃气轮机和各种飞机结构，以及潜水器和钻井设备。钛合金现在也用于制造生物医学植入物和自行车零件（车架）。

Ti-6Al-4V和Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr等合金用于海上钻井应用和地热管道。其他合金，包括Ti-6V-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo+Si、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo+Si，可用于航空航天应用以及燃气轮机引擎。

制造商可能决定首先考虑耐腐蚀性，而不是某种钛合金的强度或耐温性（耐腐蚀性是主要选择因素）。在决定是否将某种钛合金用于腐蚀应用时，经济方面的考虑在决策过程中占很大比重。