Ⅰ 金属钛的用途是什么
金属钛是一种银白色的金属,而用金属钛制造飞机是从本世纪50年代才开始的。随着航空、航天工业的发展,它的用途是越来越大,是制造飞机、火箭、飞船、导弹、卫星等最好的材料。钛和钛合金的韧性特别好,硬度可以跟钢铁匹敌,所以它们的机械强度明显地优于其他的合金材料,相比较而言,是最理想的高强度材料。
钛的密度比较小,属于轻金属,只有钢铁的一半左右,用钛合金来代替目前飞机结构中大量使用的合金钢材,可以减轻重量40%左右。这又是钛的一个优越性。钛在常温下十分稳定,不怕强酸强碱的腐蚀,耐腐蚀的性能是所有金属中最好的,即使把它浸在王水里,它也毫不在乎。所以,钛合金有着比不锈钢更强的抗腐蚀性能。钛和钛合金还有一种特殊的耐缝隙腐蚀的性能。相同的金属或不相同的金属,以及金属跟非金属之间,连接在一起时,它们之间的缝隙往往特别容易被腐蚀,致使连接着的零件松动,整个设备遭到损坏。如采用钛和钛合金,则可以避免这种缝隙腐蚀。当钛合金被焊接后,在焊接的接头点,钛合金的性能基本上没有改变。即使是薄片形状的钛合金也是这样。要把一架飞机装配起来,需要钢制螺钉和铆钉上万个。如果换成钛合金的螺钉和铆钉,除了重量明显的减轻,在紧固性能、焊接性能和强度上都有明显的提高。有人曾经作过试验,一架飞机经过1669次起落,飞行时间1469小时以上,飞机上钛铆钉的性能仍然完全良好。
Ⅱ 钛合金为啥贵那么钛合金可以用在哪些领域呢
钛合金在该领域应用广泛,民用中最常见的是高端自行车车架,民用飞机也能看到钛合金的身影,可见钛合金在高端这个词上真的很贵,那么我们来看看钛合金是如何锻造制造的。钛合金的价格在金属行业中仅次于银。这个时代教会了我们,不是因为它不能像其他金属一样量产,而是因为它真的很稀有,所以也被定义为稀有金属,至于售价,也很贵。200元一公斤只限民用,军用每公斤不少于500。夸张点说,可以直接达到几千块钱,相信很多朋友都在疑惑这个钛是什么金属合金,钛合金为什么能卖天价。
三、当然炼钛对环保要求高的同时,价格也一路飙升。毕竟物以稀为贵,钛合金价格久而久之居高不下,自然成为贵金属之一。尽管它的价格很高,但各国在许多其他特殊的地方使用它。一般用在哪里,最受欢迎的领域是飞机制造业,由于重量轻,强度好,该飞机似乎是为航空领域量身定制的。
Ⅲ 到底钛合金好还是铝合金好
不能单纯的做比较,各有好处
钛合金比铝合金 硬度高 防腐蚀性强 抗氧化能力强 == 但是价位是铝合金的好几倍
这就要看使用领域 钛合金目前以用于 航天 飞机 轮船 医疗 工业 等领域
发展空间较大 很有市场前景 比如宝鸡 目前已被授予“中国钛谷”之城。
Ⅳ 钛合金为什么能成为航空航天的主流金属用材
钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、导热率低、无毒无磁、可焊接、生物相容性好、表面可装饰性强等特性,是一种轻质高强度耐蚀结构材料,在武器装备中具有广泛应用前景,并已经广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑、体育用品等领域。
作为飞机机体结构和飞机发动机的主要结构材料之一,钛合金的应用水平是衡量飞机选材先进程度的重要标志之一,是影响飞机战术性能的一个重要方面。在国外第三代战斗机上,钛合金用量占机体结构重量比为20%~25%,在第四代战斗机F-22(EMD)上已高达41%,其应用呈大幅度上升趋势。航空发动机的用钛量也在逐步增加,国外先进航空发动机的钛用量已达30%左右,例如V2500发动机的钛用量就高达31%,第四代发动机F119的钛合金用量为40%。在民用飞机方面,钛合金用量也在逐步增长,A380用钛占总重量的10%,单机用钛材约60吨(图1)。空中客车的钛用量已从第三代A320的4.5%增至第四代A340的6%,而即将问世的A350客机的钛用量进一步提高至15%。
深圳实钛科技有限公司是一家专业从事钛及钛合金精密铸造的企业,公司设立在广东省深圳市,欢迎新老客户来我司指导工作!
Ⅳ 钛和钛合金被誉为21世纪最有前景的金属材料.地球表面富含钛铁矿石,钛铁矿石的主要成分是FeTiO3.浓硫酸
(1)在FeTiO3+3H2SO4═Ti(SO4)2+X+3H2O的左边有铁、钛、氧、氢、硫的个数分别是:1、1、15、6、3,左边有钛、氧、氢、硫的个数分别是:1、11、6、2,由质量守恒定律反应前后原子的种类及数目不变,所以,X的化学式是FeSO4.由于在反应过程中,元素的化合价都不变,铁显+2价,在FeTiO3中,氧显-2价,设钛元素的化合价为a,则+2+a+(-2)×3=0.所以.a=+4.
(2)铁锈的主要成是氧化铁,与盐酸的反应生成了氯化铁和水,反应的方程式是:Fe2O3+6HCl═2FeCl3+3H2O.
故答为:(1)FeSO4;+4.(2)Fe2O3+6HCl═2FeCl3+3H2O.
Ⅵ 钛合金专业就业前景怎么样
很好,材料专业将来的就业前景是很棒的!
Ⅶ 钛合金生产制造新方法——增材制造
增材制造技术的快速发展,为钛合金的生产制造提供了新的方法,激光/电子束、熔焊和固态焊三种增材制造方法在钛合金生产中得到了国内学者的广泛研究。研究表明,钛合金采用增材技术可得到高质量零件,但不同增材技术具有不同技术特征,实际应用及未来发展中需要根据实际需求采用不同的增材方法。
1.序言
钛及钛合金因具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优异的物理性能及化学性能,在各工业领域都具有广阔的应用前景,包括船舶制造、航天航空、汽车制造等,同时它也是国防工业的重要材料之一。钛合金的应用对工业发展起到巨大的推动作用,优于传统材料的性能使其产品质量有了很大提升,满足了工业发展对新材料、新工艺的发展要求,加速了现代工业的发展。随着钛生产力的不断改善,钛合金已经成为工业生产中的第三金属。
增材制造(Additive Manufacturing,AM)又称“3D打印”,是一种可以实现构件的无模成形的数字化制造技术,具有设计和制造一体化、加工精度高、周期短,产品物理化学性能优异等特点。增材制造技术从20世纪70年代以来发展迅速,因其与传统制造技术具有巨大差异,已然成为工业领域的研究热点,在现代工业的多领域都得到了快速发展。
增材制造技术的迅速发展,理论上可以实现任何单一或多金属复合结构,为复杂结构件的制造提供了新方法。钛合金的增材制造技术,解决了精密结构件的加工难题,进一步加大了钛合金的应用范围。伴随着工业社会的迅速发展,钛合金增材制造技术日新月异,按照增材制造技术的热源不同,可将钛合金增材制造技术分为激光/电子束增材制造、熔焊增材制造和固态焊增材制造三种方式。国内外的专家学者通过不同的增材制造技术手段,优化工艺方法,稳定增材制造过程,减少或避免增材制造结构缺陷产生,使钛合金增材制造技术朝着绿色、高效、稳定的方向继续发展。
2. 激光/电子束增材制造
激光束和电子束作为高密度束源,能量密度高并可调控,被誉为21世纪最先进的制造技术。目前激光/电子束增材制造主要分为激光金属沉积(Laser Mental Deposition,LMD)技术、激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术、电子束熔丝沉积(Electron Beam Free Form Fabrication,EBF3)技术、电子束选区熔化(Electron BeamMelting,EBM)技术,在钛合金增材制造领域皆有广泛研究。
2.1 激光金属沉积(LMD)
Mahamood等人采用LMD技术进行了Ti6Al4V/TiC 的功能梯度材料(Functionally gradedmaterials,FGM)研究,根据早期经验模型进行工艺优化,获得优化后的功能梯度材料,对其组织、显微硬度、耐磨性进行表征。研究结果表明,采用优化后工艺参数制造的功能梯度材料拥有更高的性能,硬度是基体硬度的4倍,高达1200HV。Silze等人利用新型半导体激光器采用LMD技术进行Ti6Al4V的增材制造试验研究,LMD装置是由6个200W半导体激光头圆形环绕在进给枪上(见图1),激光束直径0.9mm,可以实现方向独立的焊接工艺过程,显微结构无缺陷。研究结果表明,随着层间停留时间的延长,冷却时间增加,晶粒厚度降低,有助于提高材料的力学性能,采用LMD技术增材制造均能满足锻造Ti6Al4V所规定的最低屈服强度和抗拉强度要求。
Heigel等人采用原位温度、应力实时测量与热机模型结合有限元热-应力顺序耦合模型的方式,研究了Ti6Al4V激光沉积增材制造过程中的热、力演化过程,结果发现残余应力最大力出现在增材层的中心下方,向两侧方向应力减小,随着停留时间增加,层间温度差变大,残余应力增大。左士刚利用TA15钛合金球形粉末采用激光沉积技术进行了TC17钛合金增材修复制造过程研究,研究了修复件组织特性与力学性能影响规律。结果表明,采用激光沉积技术增材修复后的TA15/TC17修复件无焊接缺陷,修复件抗拉强度为1029MPa,采用退火处理后,力学性能明显增强,抗拉强度基本可达TC17锻件标准,伸长率优于标准。
综上所述,对于钛合金的LMD技术增材制造相对较为稳定,增材件力学性能基本满足锻件最低标准,对于某些特定需求钛合金则要进行增材制造后热处理的方式达到使用要求。
2.2 激光选区熔化(SLM)
唐思熠等人采用SLM技术制备Ti6Al4V钛合金试样(见图2),并对微观组织、力学性能和致密化行为进行了分析研究。结果发现,激光功率从360W增加到400W时,致密度提高明显;在400W后继续增加功率,致密度受激光扫描速度的影响较大,最优工艺参数下的试样质量远高于锻件标准。
Polozov等人采用SLM技术进行增材制造Ti-5Al、Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb块状合金,对Ti-Al-Nb系统进行退火处理,对试样进行系统表征研究。结果发现,Ti-5Al可以采用SLM增材制造成钛合金,Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb则需要在1350℃下热处理才能完全溶解Nb颗粒,但是此时样品氧含量较高,力学性能降低。
Fan等人研究了SLM技术增材制造Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(Ti-6242)钛合金在标准时效(595℃/8h)下的显微组织稳定性。研究结果发现,随着激光扫描速度的提高,相对密度增加到99.5%后急剧下降到大约95.7%,时效老化处理的Ti-6242相对刚制成的Ti-6242抗拉强度从1437MPa提升至1510MPa,延展性从5%降低到1.4%,同时硬度也从410HV增加到450HV,β相颗粒的沉淀硬化作用是产生这种变化的重要原因。
Ren等人采用SLM技术增材制造进行了Ti-Ni形状记忆合金组织性能的研究工作,制备等原子Ti50Ni50(质量分数)样品,结果发现,在激光功率为40J/mm3,扫描速度为1000mm/s下可制造几乎完全致密试样,不同扫描速度对相组成、相变温度和维氏硬度的影响作用有限,与传统铸件相比,SLM技术增材制造件拥有较高的真空压缩和断裂强度。
综上所述,对于Ti6Al4V的SLM技术增材制造相对较容易实现,对于钛与其他元素合金的SLM技术增材制造还需要做进一步地研究,需要进行预热或者其他热处理手段和进行氧含量的控制手段来增强其他钛合金SLM技术增材制造的力学性能,获得高质量的研究试样。
2.3 电子束熔丝沉积(EBF3)
靳文颖研究了TC4钛合金的电子束熔丝沉积增材修复技术,进行了普通TC4焊丝和自制TC4EH焊丝的增材修复性能对比。研究发现,采用自制TC4EH焊丝的抗拉强度(905.23MPa)明显高于TC4普通焊丝(809.04MPa),硬度和冲击韧度同样较高,伸长率可达原材料的90%以上,具有优良的力学性能。
Chen等人进行了电子束熔丝沉积Ti6Al4V变形控制研究(见图3),电子束以100~150mA之间的扫描电流和低于100mm/s的速度工作,则可以形成薄壁件,扫描形式对残余应力分布影响不大,单向扫描变形更大,收缩变形在往返扫描情况下较为明显,并且与电流变化成正比关系,同时,发现基板底部恒定温度约束下,变形得到改善。
Yan等人研究了电子束熔丝沉积Ti6Al4V加强筋的残余应力与变形,研究发现,两个加强筋都对板产生不利的变形,纵向轨道比横向轨道引起板更大的变形,加强筋的沉积轨迹对变形有很大影响,最大位移发生在与纵向轨道相关的加强筋的内底边缘,高残余应力区域主要集中在加强筋的根部。
综上所述,对于钛合金的电子束熔丝沉积增材制造的研究相对较少,主要偏向借助有限元分析软件的变形控制等领域。分析认为,电子束熔丝沉积增材制造可以克服传统的钛合金加工方式的弊端,借助有限元分析软件更为实际应用过程中提供了基础理论的指导。
2.4 电子束选区熔化(EBM)
Murr等人采用EBM增材制造的方法制备多孔泡沫Ti6Al4V,研究了刚度与密度之间的关系。结果发现泡沫具有实心孔和中空孔结构,与实心、紧密的EBM制造件相比,中空孔结构的强度与硬度成正比,强度高出40%,并且刚度与孔隙率成反比,采用EBM增材制造的泡沫材料在生物医学、航空航天等领域的应用具有巨大潜力。
许飞等人采用电子束选区熔化技术对制备的TC4钛合金开展了大功率高速光纤激光焊接试验研究。结果表明,受EBM技术增材制造TC4的晶粒尺寸差异的影响,激光焊接试验熔合区靠近上下表面的β柱状晶组织相对细小。焊缝区显微硬度高于增材区硬度,且顶部硬度较高。
Seifi等人研究利用EBM增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb的组织性能研究,结果发现,所沉积的材料强度和硬度值超过了常规铸造Ti-Al所获得的强度和硬度值,这与目前测试的增材材料中存在更精细的微观结构相一致。
Surmeneva等人研究了采用EBM技术增材Ti–10%Nb(质量分数,下同)的组织性能研究。结果发现,通过EBM技术元素Nb和Ti的粉末混合物中原位生产Ti-10%Nb合金,最大的Nb颗粒保留在EBM制造的样品中,并且Nb仅部分扩散到Ti中,如图4所示,应该对EBM工艺的参数优化进行更多的研究,以实现更均匀的合金显微组织。
综上所述,对于Ti6Al4V的EBM研究相对较为广泛,发现对于Ti-Nb合金的EBM技术增材制造仍难很好地解决Nb颗粒的扩散问题,会导致显微组织不均匀,因此对于Ti-xNb合金的增材制造还需要更多的工艺优化试验进行材料性能的提升。
3.熔焊增材制造
与其他增材制造方式相比,熔焊增材制造操作性更强,成本更低,但结构可靠性相对较低。熔焊增材制造一般采用焊丝增材制造,但是由于基材和初始沉积层之间的热梯度大,以及辐射和对流热损失,会在制造的部件底部观察到细晶粒结构。由于较低的热梯度,传热速率较低,这阻碍了在增材过程的中间层形成细晶粒结构,而只在制造部件的中间形成长的柱状晶粒。
3.1 CMT电弧增材制造
李雷等人采用CMT电弧增材TC4薄壁结构,研究其增材层组织性能。结果发现,由于增材过程热循环的反复作用,原始β柱状晶晶界、水平层带条纹、马氏体组织和网篮组织等形态出现在增材层中,由于时效作用,对中下部区域产生强化作用,造成上部增材层显微硬度略低于中下部显微硬度(见图5)。
陈伟进行了CMT电弧增材TC4的微观组织及力学性能研究。结果发现,在设定送丝速度为3.0m/min、焊接速度为0.48m/min的参数下,原始β晶粒剖面面积最小,CMT电弧增材制造TC4钛合金在870℃,1h/固溶炉冷(FC)+600℃、2h/固溶空冷(AC)下热处理,获得的各区域微观组织较均匀,固溶处理后的材料塑性较高。
3.2 等离子弧增材制造
Lin等人采用PAW增材制造Ti6Al4V,在微观结构和显微硬度方面进行了研究。结果发现,先前的β柱状晶粒的外延生长受到脉冲扰动的抑制,这导致形成了具有接近等轴晶粒的柱状晶粒,在沉积早期,由于热循环不足,显微硬度较低,在后续沉积中,硬度升高,在沉积层的顶部,不受连续热循环的影响,导致第二相的体积减小,硬度值降低。
马照伟进行了旁路热丝等离子弧增材制造钛合金的组织性能研究(见图6)。结果发现,钛合金增材构件的横向抗拉强度为977MPa,强度与TC4母材的抗拉强度相当,断裂位置在增材直壁结构尾部区域,这是由于横向焊缝为连续熔化-凝固而来,焊缝中的缺陷和杂质较少,使得横向焊缝具有良好强度性能的钛合金增材构件的竖向抗拉强度为
936MPa,断裂位置在增材直壁结构上部区域,性能较横向焊缝稍差。靠近母材的热影响区硬度相对较低,出现了小范围的软化区,整体的竖向硬度差别并不明显。
3.3 复合电弧增材制造
Pardal等人进行了激光和CMT复合焊接增材制造Ti6Al4V的结构件稳定性研究。结果发现,激光可用于稳定焊接过程,减少焊接飞溅,改善电弧漂移的情况,改善单层和多层沉积的焊缝形状,并将Ti6Al4V增材制造的沉积速率从1.7kg/h提高到2.0kg/h。
综上所述,对于熔焊增材制造钛合金主要集中在TC4的研究中,多采用CMT、等离子等高效熔丝工艺方式,同时采用其他热源辅助焊接的方式稳定焊接过程,进行钛合金的增材制造。分析认为,对于熔焊钛合金增材制造的发展方向应开拓研究制备钛合金功能性材料,便于多领域全方位的应用推广,复合热源的增材方式或其他可控热输入的稳定
增材方式会成为熔焊增材的热门研究方向。
4.固态焊增材制造
4.1 搅拌摩擦增材制造(FSAM)
搅拌摩擦增材制造是一种从搅拌摩擦焊接技术发展而来的固相增材技术,原理如图7所示。增材效率高、成本低;在增材过程中没有金属的熔化和凝固,可以避免熔池带来的冶金缺陷问题,同时搅拌摩擦过程中塑性变形还可以起到晶粒细化的作用,获得低成本、高质量增材产品。
张昭等人基于Abaqus生死单元法和移动热源法建立两种搅拌摩擦增材制造Ti6Al4V有限元模型,研究搅拌摩擦增材的温度分布和晶粒生长情况。研究结果发现,横向增材峰值温度大于纵向增材峰值温度,在搅拌区冷却及增材累积过程晶粒粗化,并且由β相转变为α相,由于不同热循环次数的影响,低层搅拌区晶粒尺寸较大,高层搅拌区晶粒尺寸较小。
4.2 超声波增材制造(UAM)
超声波增材制造(UAM)是一种新的快速成形工艺,用于在室温或接近室温的条件下制造金属基复合材料。较低的加工温度使复合材料能够通过利用嵌入在基体中的高度预应变的形状记忆合金(SMA)纤维产生的回复应力。
Hahnlen等人利用UAM技术制造NiTi-Al复合结构界面强度研究,纤维-基体界面的强度是UAM复合材料的限制因素。结果发现,平均界面剪切强度为7.28MPa,纤维与界面结合方式是机械键合,未发生化学键合或冶金键合方式。
为提高碳纤维增强材料(CFRP)的承重能力,使其能在航空航天和汽车工业上进一步推广应用,James等人进行了CFRP/Ti的超声波增材制造中剪切破坏强度的研究,研究结果发现,采用UAM技术可以实现CFRP/Ti的结构制造,超声波能量和表面粗糙度都对UAM制成结构的剪切强度产生积极影响,在焊接前增加界面的表面粗糙度有助于增加最终焊缝的剪切破坏负荷。
综上所述,关于超声波增材制造钛合金的研究较少,主要进行的是金属基复合材料的研究,以增强复合材料的特定性能满足实际生产应用,分析认为,在未来研究中,应侧重于提升复合材料的力学性能研究方向。
5 结束语
随着现代工业的迅速发展,轻量化的设计成为结构件的发展方向,对结构件的性能和质量要求变的越来越严格,钛合金增材制造技术的迅速发展,可以进一步扩大钛合金结构件的应用范围,提高钛合金增材件的性能,增强结构稳定性。综合国内外所研究的钛合金增材制造技术和现代工业的发展方向,未来钛合金增材制造技术注定将朝着绿色、经济、稳定、快速的方向发展。
1)从绿色发展方向来看,搅拌摩擦增材制造起步阶段较晚,还处于试验研究阶段,未来进行多金属材料的复合结构增材制造,实现特定结构的特种性能,将是该技术的一个研究方向。
2)对于经济、稳定的发展方向,则需要进行电弧增材的稳定性过程探索,尤其是新型复合电弧增材制造的稳定性研究。
3)对于快速性的发展方向,目前阶段激光/电子束增材制造工艺相对较为成熟,应继续探究激光增材制造的经济适用性,从实际生产中的装配精度到生产制造中的工艺优化过程,进而降低生产成本,为钛合金增材制造结构件大面积的生产应用打下基础。
Ⅷ 钛业的前景如何
一、钛工业的发展
钛及其合金由于密度小(4.51g/cm3)、强度高(有的达到1000MPa)、比强度大、高低温性能优异,因此首先被广泛应用于航空、航天等行业,成为军事工业不可或缺的结构材料。除此之外,钛及其合金在很多化学介质中优异的耐腐蚀性能及其它综合性能,又被石油、化工、医药、体育等民用行业广泛接受,逐步取代各种金属材料,在短时间内跃居金属材料使用的第三位。
钛元素发现于1789年,1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白,1910年在试验室中第一次用钠法制得海绵钛,1948年美国杜邦公司(DUPONT)才用镁法成吨生产海绵钛,这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。
反应过程如下: TiO2+Cl2 → TiCl4
TiCl4+Mg → Ti
可见钛材生产过程中涉及剧毒化学介质氯气(二战中的化学武器哦)和贵金属镁,而且反应过程需要大量的能量,这就是钛材昂贵的原因。这个过程冶炼出来的钛材还不能用于生产,因为它还是多孔疏松状的,形似海绵,称为海绵钛,海绵钛将被置于真空自耗电弧炉中冶炼出钛锭,用于板材、棒、管子及其他形式钛材的生产。
我国钛资源丰富,矿产比较集中,换算成TiO2总储量达90亿多吨,为世界第一。钛矿主要分布在四川、云南、广东、广西和海南等省区,其中攀枝花地区的蕴藏量占世界总储量的35%。然而,同世界主要钛矿产地相比,我国的天然金红石(TiO2)资源少,易开采利用的砂矿少。钛矿多为钛钒铁共生岩矿,选冶起始成本高。说到这里还有必要提及一个故事,当初攀枝花钢铁集团冶炼钢材后的矿渣堆放在攀钢集团的一角,很久也没有发现这种矿渣里面竟然含有贵金属钛。后来日本人对攀钢考察的时候提出要购买我们的矿渣,这才让我们的国家注意上了攀钢矿渣的具体真面目,当然回绝了日本。
中国钛工业起步于20世纪50年代,1954年北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究,1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划,1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验,成立了中国第一个海绵钛生产车间,同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国第一个钛加工材生产试验车间。
1980年前后,我国海绵钛产量达到2800吨,然而由于当时大多数人对钛金属认识不足,钛材的高价格也限制了钛的应用,钛加工材的产量仅200吨左右,我国钛为业陷入困境。
截止到2003年底,我国海绵钛的年产能力为4000吨,其中遵义钛厂3000吨(扩建项目2005年基本上完工,年产可超过5000吨),抚顺钛厂1000吨。由于近年来我国持续发展的国民经济对钛材的需求旺盛,上述两厂均能满负荷生产,2003年的总产量也是4000余吨,2004年达到4809吨。
2002年,我国进口海绵钛2147吨,出口11吨,净进口2136吨;2003年1-11月份,我国进口海绵钛2609.9吨,出口72.7吨,净进口2534.2吨。
2002年我国生产海绵钛3328吨,实际销售3079吨;2003年我国生产海绵钛4112吨,销售4128吨。可是由于国际大化工、航空航天业的规模发展,已经让国际钛材走向供不应求的局面,导致从2002年来我国钛材疯狂上涨的局面。
2002年我国主要钛加工材企业的钛材生产量在不同领域的销售分配见下表:
我国主要钛加工材企业的钛材生产量在不同领域的销售分配(%)
钛加工材的产能决定于钛锭的生产能力,也就是国家拥有真空自耗电弧炉的总体吨位。我国基本具有了20000t/a的钛锭生产能力。以70%可转化成钛材计,基本具有了14000t/a的生产能力。
据初步统计,2003年我国实际生产钛材约6000吨,占世界总产量的10%左右。可见中国的钛加工工业还不是很发达,需要时间和投入。
目前,我国钛加工及其制造业在地理上体现了三分天下的格局:
以宝鸡为中心的西北地区。这个地区以宝鸡有色金属加工厂及其控股的宝鸡钛业有限公司为龙头,形成了我国专业化程度最高、加工设备最系统化、产品规格最多的钛加工及其制造业基地。西北地区的钛材主要供给给国家的军事生产部门,民用的设备生产部门,部分出口到波音,麦道,罗-罗等著名公司。
以沈阳有色金属加工厂、抚顺特钢板材有限责任公司、沈阳东方钛业有限公司等单位为主形成了东北钛加工及设备制造集团,该地区中小企业多,钛设备制造颇为活跃,由于东北是我国的老重型工业基地,人才是不缺的,缺的就是强化的管理和综合组织能力,尤其是在地方优惠政策的扶持下也将形成一定的气候。
以宝钢集团上海五钢有限公司、南京宝钛中惠集团有限公司、张家港市宏大钢管厂等单位为主形成了长江三角洲钛加工及其设备制造集团。长三角地区的有色金属的设备的加工能力已经可以体现我国在这个方面的实力,每年在有色方面的设备大量出口,质量可靠,已经有部分质量,管理比较成功的企业走进了军工制造的大门。虽说没有大规模的军品生产,但也能充分说明我们的制造能力和钛材在军事上的应用的前景。
在2005年前后,我国海绵钛和钛加工材的单厂产能达到年产5000吨的基本经济规模,加上振兴东北计划中的5000吨/年海绵钛项目,基本上能实现我国几代钛业工作者的宿愿,上一个大台阶,必将使我国成为钛工业的强国。
世界上能完成钛矿山—冶金—加工—钛设备制造及科研—设计—应用两个完整体系的国家只有四个:美国,苏联/俄罗斯,日本,中国。这也是现代冶金工业的典范。下表就可以体现出近来世界上一些主要钛材料生产商的情况。
由上表可见钛生产大国都是发达国家和前苏联的国家(除中国外),钛生产工艺的特殊性让资金不雄厚的国家进退两难。作为主导世界航空工业的金属,钛材料正成为一些国家谋求世界航空主导权的工具,想必大家都知道了近期俄罗斯总统普京下令合并俄罗斯数大飞机制造商,成立联合航空制造集团的事情,这只是老毛子谋求航空主导权的第一步,紧接着俄罗斯媒体透露,俄罗斯国防出口公司正在与钛合金巨头阿维斯玛公司进行股权收购谈判,这表明俄罗斯在当今的国际形式下不仅大打能源排,利用“安大线”和“安纳线”把中国和小日本拴在一起玩弄,而且把爪子伸向了具有战略意义的稀有金属领域,企图为俄罗斯的崛起创造人为的条件!
由于阿维斯玛公司全球飞机制造业的最大材料供应商(供应波音35%的钛材和空客50%的钛材),除每年要供应波音25~45万吨产品(含镁合金),还要增加深加工产品的份额,同时俄罗斯还和波音和空客都有合作项目(新型飞机研发制造公司),不难看出俄罗斯想把材料的优势变成技术转让的筹码的野心,此其一,二则是俄罗斯总统已经下令设计制造新型飞机,欲与波音/空客试比高!并已经给苏霍伊公司下了贷款担保,确保后者的RRJ型支线飞机的研制计划顺利进行,本人觉得对一个支线飞机如此兴师动众,十有八九不是针对中国的ARJ21来的,就是俄罗斯大战前的练兵行为,可见老毛子的崛起之心是很强烈的。
二、钛在国防工业上的应用
(1).我国国防工业使用钛的情况
无论是美国还是俄罗斯,其钛材主要应用于飞机制造业和造船业。近年来,我国这两个领域发展很快,不断有新型飞机量产,在研的项目也很多,估计这两个领域的用钛量将会大幅增加,而且也有报道说明我们的F10上也使用了较多的钛合金,前段时间还有网友在铁血网站上贴出了我国新型的钛合金发动机罩和强5战机的机翼钛合金连接件的图片。可见我国在钛合金使用上面早已成熟,假以时日,我们的钛合金的应用也能让航空航天工业飞跃。在航天领域,中国第一台大型全钛紫外太空望远镜也已经制造并实验完毕,钛合金在太空领域的应用前途光明(见下图)。
每种钛合金都有各自的用途。飞机制造和航天工业运用钛合金大家已经十分了解,在社会生活及在机械业中的使用更是多多,象眼镜架啊,高尔夫球杆啊,超级运动自行车啊,等等。但在陆军和海军中的使用我们却是知之甚少,而且相关的文章和说明也不是很多,下面就列举一些我国高性能钛合金在国防工业的应用情况。
1.发动机业:
钛5Al2.5Sn高强钛合金—齿轮套、发动机外壳、叶片罩
钛8Al1Mo1V高温钛合金—发动机叶片、陀螺仪导向罩、内蒙皮
钛6Al4V(抗拉强度≥895MPa)热处理强化钛合金—核心机叶片及叶轮
2.航空业:
钛6Al2Sn强化钛合金—紧固件、导向装置、重要结构
钛4AlMo1V钛合金—飞机骨架
钛Sn5Zr1Mo钛合金—起落架、飞机承重架、紧固件
3.航天业
钛合金1M1315—火箭机盘、导弹基座构件
钛合金1M1550—导弹动力叶片套
钛合金T-A6V—飞船主用材料
4.陆军业
我国已经研制成功了83-1型和83-2型两种迫击炮。83-1型82迫击炮广泛采用了钛合金,把全炮重量降低到18.1公斤,极其方便班、排这样的小单位的袭扰战的开展。
钛A7D—新型装甲车辆力学分析锻件
钛A6Z5W—反坦克火箭(导弹),地空导弹罩等抗蠕变性要求高的部件
钛1M1551—某装甲车辆火力高速旋转部件
5.海军业
LT41钛合金—舰船大面积蒙皮
3.7114钛合金—可焊性优良,成型性好适合各种水密隔层
钛V13CA钛合金—蜂窝状舰身,承重框架
钛合金在舰船上使用是很有前途的。这跟钛合金的强度、韧性有关系,还有就是耐腐蚀性,海水中的钛是极其稳定的,基本上可以认为船体是不会腐蚀的,这样既可以减少维护的费用,也可以减轻船体的重量,对舰艇来讲是莫大的好处啊。除此之外,还有必要提及两点:第一个钛是无磁性的,对抗磁性探测有很大的帮助,至于什么磁性水雷啊,不值担心。二是跟先进的舰船复合材料涂层有天生的融合性,未来将使用的隐身复合材料有个缺点,就是跟以前舰船使用的高强特种钢起反应,由于电位差容易在海水中产生电偶,加快腐蚀,这种事情在052上曾经试验过,不用多久就会锈蚀斑斑,但这些涂料跟钛合金能完美整合。
(2)其他国家国防工业使用钛的情况
世界上已经退役的,正在服役的或者在研武器装备中,很多都使用了钛及其合金的结构件,随着现代化战争模式的转变,要求现代化的军队的快速机动能力十分突出,所以对于陆军来说必须依仗运输机的能力来达到快速的机动,这就要求陆军本来粗重的装备尽量的轻型化,比如现在各国都希望自己的炮兵能快速有效的迅速转移到另外一个地方,达到战略或者战术上的目的,这必然使钛合金在火炮领域的发展前途一片光明,象美国的M777轻型榴弹炮,由于使用了钛合金外壳,战斗全重下降到了3.175吨,可以使用V22或者C130空运,达到快速机动的能力。类似的还有英国的UFH超轻型155毫米火炮,不到4吨的重量里面使用了1吨的钛合金。在空军和海军装备的领域则更是如此,下面就简单的介绍钛合金成功应用的典型事例:
①飞机用钛数据(未注明均指毛坯用量)
国际钛协会2002年10月在美国奥兰多举办的年会上公布了下列飞机用钛新数据:
1. 计划于2004年问世的第一架超大型客机—空客A380,用钛量为45t/架-65t/架;(见下图)
2. 波音客机,用钛量占其总重的15%-17%(净重);
3. F15战斗机,结构用钛5.75t,2台喷气发动机用钛5t;(见下图)
4. F22战斗机(正在开发中),结构用钛36t,2台发动机用钛5t;(见下图)
5. 联合开发的F35战斗机,结构用钛10t,单台发动机用钛5t;(见下图)
6. F18舰载战斗机,用钛量占其总重的12%-13%(净重);(见下图)
7. C-17大型运输机,用钛量占其总重的10%(净重);(见下图)
8. 欧洲EF2000,将减少用钛量,改为复合材料。(见下图)
由此可见钛在世界航空航天领域的重要地位,尤其是在发动机制造,机体制造方面更是如此。
上文提到俄罗斯有意加强对战略稀有金属钛进行控制,已经引起了美国的注意,毕竟美国下一代战机的用钛比例很大,如果俄罗斯国防出口公司控制了阿维斯玛公司的大部分股权的话,国际钛合金的价格上扬将不可避免,这样F-22和F-35的项目将有不确定的因素在里面。所以近期美国最大的钛材商Timet已经来到中国寻求潜在的合作伙伴,希望在中国的市场上找到类似俄罗斯的供应商或者可以合资建厂,把中国生产的钛材用在美国的项目上,在价格上很有优势,而且质量可靠,可以说对未来美军F-22和F-35的项目很有帮助。(让偶郁闷啊~~~)
某一种全球性材料供应如此突出的影响国防工业,很少见,这也是自二战钢铁紧缺以来的第一次,所以F-22和F-35的价格将取决于未来钛的供应情况。
现今全球经济已经逐步走出低谷,国际航空业开始出现恢复性增长,国际钛材行业也随着这个大潮迎来快速增长的新时期,中国企业也将迎来新的机遇。(悲还是喜啊?)
近几年是第四代战斗机的换代的起始,随后的很多年里面,每年将有很多新型战斗机进入军队。新型战斗机在选材上很有讲究和前瞻性,在未来很多年内,军事和航空工业必然是钛材的第一大用户。
霉菌近期又公布了一种新型的潜艇携带的“鸬鹚”无人攻击机的概念。“鸬鹚”无人机的长度为5.8米,翼展4.86米,属于多次重复使用的无人战斗机机。“鸬鹚”是由著名的洛-马公司臭鼬工厂提出概念设计的,因为其出入的通道主要是海水,因此全机为钛合金制成,以防止腐蚀的产生,总起飞重量不超过4吨,可携带453千克的有效载荷,考虑使用方式主要是从俄亥俄级核潜艇的战略导弹发射筒发射,主要用于摧毁近海岸目标。该机的进气口位于机头部位,呈三角形。由于采用了钛合金,其机体强度极高,可承受150英尺水深的压力。并且为了防止外压失稳的发生,机体的内部不必要的空间一律使用特殊的塑料进填充。为了增加飞行的隐蔽性,其外形也采用了复杂的隐身设计。“鸬鹚”的最大飞行速度预计将达到880千米/小时,巡航速度为550千米/小时,最高飞行高度10.7千米,作战半径达926千米,可持续飞行3个小时。钛的优良品质被体现的淋漓尽致啊!(见下图)
②海军方面的钛应用情况
海军上面钛的应用也是十分广泛的,主要应用大国就是苏联/俄罗斯的潜艇。
“阿库拉”级(Akula)攻击核潜艇:“阿库拉”级采用水滴型、双壳体,里面一层为钛合金制造。由苏联著名的“孔雀石”潜艇设计局设计,共青城船厂和北德文斯克船厂制造。(见下图)
“塞拉”级攻击核潜艇:俄罗斯的“塞拉”(Sierra)级(也称S级)多用途攻击核潜艇。可以说是俄罗斯庞杂的核潜艇家族中最神秘的一位。主要是因为“塞拉”级艇采用钛合金双壳体,它的大潜深、高航速、强火力与良好的隐身性能令人印象深刻。但造价非常昂贵,绰号“金鱼”,只建造了4艘。(见下图)
而钛材在潜艇上的颠峰之作,本人还是觉得应该授予台风级:苏联共建造了6艘“台风”级潜艇,“台风”号是其中的第一艘。“台风”级的特别之处在于:它有一套完整的鱼雷、导弹、动力装置等独立航行和作战系统;采用双壳体结构,储备浮力约32%,两层壳体间有3米多的间距,增强了耐水下爆炸和冲撞的能力。每艘台风级的用钛量约9000吨,相当于现在我国一年的钛产量总和!可见苏联时期在军事上的投入是多么的庞大。(见下图)
苏联/俄罗斯用钛壳体的核潜艇还有如阿尔法级等等,但都没有形成一定的气候,就不再叙述。潜艇上的钛除了使用在壳体上外,就是使用在潜艇的管道和冷凝器上,现在几乎所有的潜艇和水面舰艇上的冷凝器都是用的钛材做的,可以说在潜艇和舰艇的寿命内,一般情况下不用更换钛冷凝器,一来可以节省维护费用,二则不会因为冷凝器故障的问题降低出勤率。
因为材料价格和产量的原因,其他国家的潜艇很少有报道说采用了钛壳体的情况。
钛及其合金的性能无庸质疑,各种钛合金的冶金过程对大国来说也是很常规的东西,只是考虑成本的问题。随着经济的发展,国防上的特殊要求也有能力去保证了,所以说钛及其合金在未来的民用和军用领域都将迎来快速的发展。同时钛及其合金也将大大提升部分特殊装备的性能。
钛及其合金的前途不可估量!
Ⅸ 钛和钛合金被誉为21世纪最有前途的金属材料,它具有浓度高,抗腐蚀性能力强等特
因为原子中:核电荷数=核内质子数=核外电子数,由题意钛原子的质子数是22,故钛原子的核外电子数为22;根据相对原子质量=质子数+中子数,由题意该原子的中子数是24,则相对原子质量=22+24=46.
故选:A.
Ⅹ 新型钛合金材料硕士好就业吗
好就业,但是尽量的还是需要继续往上升。
钛合金是以钛为基加入其他合金元素组成的合金。钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、耐热性高、工艺性能好等优点。目前钛合金是应用最广泛的钛金属材料,在航空材料、石油开采、食品体育、医疗领域等都有广泛的应用,目前又推出了好几种新型的钛合金材料,这个行业的就业前景正在蒸蒸日上。