Ⅰ 金屬鈦的用途是什麼
金屬鈦是一種銀白色的金屬,而用金屬鈦製造飛機是從本世紀50年代才開始的。隨著航空、航天工業的發展,它的用途是越來越大,是製造飛機、火箭、飛船、導彈、衛星等最好的材料。鈦和鈦合金的韌性特別好,硬度可以跟鋼鐵匹敵,所以它們的機械強度明顯地優於其他的合金材料,相比較而言,是最理想的高強度材料。
鈦的密度比較小,屬於輕金屬,只有鋼鐵的一半左右,用鈦合金來代替目前飛機結構中大量使用的合金鋼材,可以減輕重量40%左右。這又是鈦的一個優越性。鈦在常溫下十分穩定,不怕強酸強鹼的腐蝕,耐腐蝕的性能是所有金屬中最好的,即使把它浸在王水裡,它也毫不在乎。所以,鈦合金有著比不銹鋼更強的抗腐蝕性能。鈦和鈦合金還有一種特殊的耐縫隙腐蝕的性能。相同的金屬或不相同的金屬,以及金屬跟非金屬之間,連接在一起時,它們之間的縫隙往往特別容易被腐蝕,致使連接著的零件松動,整個設備遭到損壞。如採用鈦和鈦合金,則可以避免這種縫隙腐蝕。當鈦合金被焊接後,在焊接的接頭點,鈦合金的性能基本上沒有改變。即使是薄片形狀的鈦合金也是這樣。要把一架飛機裝配起來,需要鋼制螺釘和鉚釘上萬個。如果換成鈦合金的螺釘和鉚釘,除了重量明顯的減輕,在緊固性能、焊接性能和強度上都有明顯的提高。有人曾經作過試驗,一架飛機經過1669次起落,飛行時間1469小時以上,飛機上鈦鉚釘的性能仍然完全良好。
Ⅱ 鈦合金為啥貴那麼鈦合金可以用在哪些領域呢
鈦合金在該領域應用廣泛,民用中最常見的是高端自行車車架,民用飛機也能看到鈦合金的身影,可見鈦合金在高端這個詞上真的很貴,那麼我們來看看鈦合金是如何鍛造製造的。鈦合金的價格在金屬行業中僅次於銀。這個時代教會了我們,不是因為它不能像其他金屬一樣量產,而是因為它真的很稀有,所以也被定義為稀有金屬,至於售價,也很貴。200元一公斤只限民用,軍用每公斤不少於500。誇張點說,可以直接達到幾千塊錢,相信很多朋友都在疑惑這個鈦是什麼金屬合金,鈦合金為什麼能賣天價。
三、當然煉鈦對環保要求高的同時,價格也一路飆升。畢竟物以稀為貴,鈦合金價格久而久之居高不下,自然成為貴金屬之一。盡管它的價格很高,但各國在許多其他特殊的地方使用它。一般用在哪裡,最受歡迎的領域是飛機製造業,由於重量輕,強度好,該飛機似乎是為航空領域量身定製的。
Ⅲ 到底鈦合金好還是鋁合金好
不能單純的做比較,各有好處
鈦合金比鋁合金 硬度高 防腐蝕性強 抗氧化能力強 == 但是價位是鋁合金的好幾倍
這就要看使用領域 鈦合金目前以用於 航天 飛機 輪船 醫療 工業 等領域
發展空間較大 很有市場前景 比如寶雞 目前已被授予「中國鈦谷」之城。
Ⅳ 鈦合金為什麼能成為航空航天的主流金屬用材
鈦合金具有密度低、比強度高、耐蝕性好、導熱率低、無毒無磁、可焊接、生物相容性好、表面可裝飾性強等特性,是一種輕質高強度耐蝕結構材料,在武器裝備中具有廣泛應用前景,並已經廣泛應用於航空、航天、化工、石油、電力、醫療、建築、體育用品等領域。
作為飛機機體結構和飛機發動機的主要結構材料之一,鈦合金的應用水平是衡量飛機選材先進程度的重要標志之一,是影響飛機戰術性能的一個重要方面。在國外第三代戰斗機上,鈦合金用量占機體結構重量比為20%~25%,在第四代戰斗機F-22(EMD)上已高達41%,其應用呈大幅度上升趨勢。航空發動機的用鈦量也在逐步增加,國外先進航空發動機的鈦用量已達30%左右,例如V2500發動機的鈦用量就高達31%,第四代發動機F119的鈦合金用量為40%。在民用飛機方面,鈦合金用量也在逐步增長,A380用鈦占總重量的10%,單機用鈦材約60噸(圖1)。空中客車的鈦用量已從第三代A320的4.5%增至第四代A340的6%,而即將問世的A350客機的鈦用量進一步提高至15%。
深圳實鈦科技有限公司是一家專業從事鈦及鈦合金精密鑄造的企業,公司設立在廣東省深圳市,歡迎新老客戶來我司指導工作!
Ⅳ 鈦和鈦合金被譽為21世紀最有前景的金屬材料.地球表面富含鈦鐵礦石,鈦鐵礦石的主要成分是FeTiO3.濃硫酸
(1)在FeTiO3+3H2SO4═Ti(SO4)2+X+3H2O的左邊有鐵、鈦、氧、氫、硫的個數分別是:1、1、15、6、3,左邊有鈦、氧、氫、硫的個數分別是:1、11、6、2,由質量守恆定律反應前後原子的種類及數目不變,所以,X的化學式是FeSO4.由於在反應過程中,元素的化合價都不變,鐵顯+2價,在FeTiO3中,氧顯-2價,設鈦元素的化合價為a,則+2+a+(-2)×3=0.所以.a=+4.
(2)鐵銹的主要成是氧化鐵,與鹽酸的反應生成了氯化鐵和水,反應的方程式是:Fe2O3+6HCl═2FeCl3+3H2O.
故答為:(1)FeSO4;+4.(2)Fe2O3+6HCl═2FeCl3+3H2O.
Ⅵ 鈦合金專業就業前景怎麼樣
很好,材料專業將來的就業前景是很棒的!
Ⅶ 鈦合金生產製造新方法——增材製造
增材製造技術的快速發展,為鈦合金的生產製造提供了新的方法,激光/電子束、熔焊和固態焊三種增材製造方法在鈦合金生產中得到了國內學者的廣泛研究。研究表明,鈦合金採用增材技術可得到高質量零件,但不同增材技術具有不同技術特徵,實際應用及未來發展中需要根據實際需求採用不同的增材方法。
1.序言
鈦及鈦合金因具有密度小、耐高溫、耐腐蝕等優異的物理性能及化學性能,在各工業領域都具有廣闊的應用前景,包括船舶製造、航天航空、汽車製造等,同時它也是國防工業的重要材料之一。鈦合金的應用對工業發展起到巨大的推動作用,優於傳統材料的性能使其產品質量有了很大提升,滿足了工業發展對新材料、新工藝的發展要求,加速了現代工業的發展。隨著鈦生產力的不斷改善,鈦合金已經成為工業生產中的第三金屬。
增材製造(Additive Manufacturing,AM)又稱「3D列印」,是一種可以實現構件的無模成形的數字化製造技術,具有設計和製造一體化、加工精度高、周期短,產品物理化學性能優異等特點。增材製造技術從20世紀70年代以來發展迅速,因其與傳統製造技術具有巨大差異,已然成為工業領域的研究熱點,在現代工業的多領域都得到了快速發展。
增材製造技術的迅速發展,理論上可以實現任何單一或多金屬復合結構,為復雜結構件的製造提供了新方法。鈦合金的增材製造技術,解決了精密結構件的加工難題,進一步加大了鈦合金的應用范圍。伴隨著工業社會的迅速發展,鈦合金增材製造技術日新月異,按照增材製造技術的熱源不同,可將鈦合金增材製造技術分為激光/電子束增材製造、熔焊增材製造和固態焊增材製造三種方式。國內外的專家學者通過不同的增材製造技術手段,優化工藝方法,穩定增材製造過程,減少或避免增材製造結構缺陷產生,使鈦合金增材製造技術朝著綠色、高效、穩定的方向繼續發展。
2. 激光/電子束增材製造
激光束和電子束作為高密度束源,能量密度高並可調控,被譽為21世紀最先進的製造技術。目前激光/電子束增材製造主要分為激光金屬沉積(Laser Mental Deposition,LMD)技術、激光選區熔化(Selective Laser Melting,SLM)技術、電子束熔絲沉積(Electron Beam Free Form Fabrication,EBF3)技術、電子束選區熔化(Electron BeamMelting,EBM)技術,在鈦合金增材製造領域皆有廣泛研究。
2.1 激光金屬沉積(LMD)
Mahamood等人採用LMD技術進行了Ti6Al4V/TiC 的功能梯度材料(Functionally gradedmaterials,FGM)研究,根據早期經驗模型進行工藝優化,獲得優化後的功能梯度材料,對其組織、顯微硬度、耐磨性進行表徵。研究結果表明,採用優化後工藝參數製造的功能梯度材料擁有更高的性能,硬度是基體硬度的4倍,高達1200HV。Silze等人利用新型半導體激光器採用LMD技術進行Ti6Al4V的增材製造試驗研究,LMD裝置是由6個200W半導體激光頭圓形環繞在進給槍上(見圖1),激光束直徑0.9mm,可以實現方向獨立的焊接工藝過程,顯微結構無缺陷。研究結果表明,隨著層間停留時間的延長,冷卻時間增加,晶粒厚度降低,有助於提高材料的力學性能,採用LMD技術增材製造均能滿足鍛造Ti6Al4V所規定的最低屈服強度和抗拉強度要求。
Heigel等人採用原位溫度、應力實時測量與熱機模型結合有限元熱-應力順序耦合模型的方式,研究了Ti6Al4V激光沉積增材製造過程中的熱、力演化過程,結果發現殘余應力最大力出現在增材層的中心下方,向兩側方向應力減小,隨著停留時間增加,層間溫度差變大,殘余應力增大。左士剛利用TA15鈦合金球形粉末採用激光沉積技術進行了TC17鈦合金增材修復製造過程研究,研究了修復件組織特性與力學性能影響規律。結果表明,採用激光沉積技術增材修復後的TA15/TC17修復件無焊接缺陷,修復件抗拉強度為1029MPa,採用退火處理後,力學性能明顯增強,抗拉強度基本可達TC17鍛件標准,伸長率優於標准。
綜上所述,對於鈦合金的LMD技術增材製造相對較為穩定,增材件力學性能基本滿足鍛件最低標准,對於某些特定需求鈦合金則要進行增材製造後熱處理的方式達到使用要求。
2.2 激光選區熔化(SLM)
唐思熠等人採用SLM技術制備Ti6Al4V鈦合金試樣(見圖2),並對微觀組織、力學性能和緻密化行為進行了分析研究。結果發現,激光功率從360W增加到400W時,緻密度提高明顯;在400W後繼續增加功率,緻密度受激光掃描速度的影響較大,最優工藝參數下的試樣質量遠高於鍛件標准。
Polozov等人採用SLM技術進行增材製造Ti-5Al、Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb塊狀合金,對Ti-Al-Nb系統進行退火處理,對試樣進行系統表徵研究。結果發現,Ti-5Al可以採用SLM增材製造成鈦合金,Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb則需要在1350℃下熱處理才能完全溶解Nb顆粒,但是此時樣品氧含量較高,力學性能降低。
Fan等人研究了SLM技術增材製造Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(Ti-6242)鈦合金在標准時效(595℃/8h)下的顯微組織穩定性。研究結果發現,隨著激光掃描速度的提高,相對密度增加到99.5%後急劇下降到大約95.7%,時效老化處理的Ti-6242相對剛製成的Ti-6242抗拉強度從1437MPa提升至1510MPa,延展性從5%降低到1.4%,同時硬度也從410HV增加到450HV,β相顆粒的沉澱硬化作用是產生這種變化的重要原因。
Ren等人採用SLM技術增材製造進行了Ti-Ni形狀記憶合金組織性能的研究工作,制備等原子Ti50Ni50(質量分數)樣品,結果發現,在激光功率為40J/mm3,掃描速度為1000mm/s下可製造幾乎完全緻密試樣,不同掃描速度對相組成、相變溫度和維氏硬度的影響作用有限,與傳統鑄件相比,SLM技術增材製造件擁有較高的真空壓縮和斷裂強度。
綜上所述,對於Ti6Al4V的SLM技術增材製造相對較容易實現,對於鈦與其他元素合金的SLM技術增材製造還需要做進一步地研究,需要進行預熱或者其他熱處理手段和進行氧含量的控制手段來增強其他鈦合金SLM技術增材製造的力學性能,獲得高質量的研究試樣。
2.3 電子束熔絲沉積(EBF3)
靳文穎研究了TC4鈦合金的電子束熔絲沉積增材修復技術,進行了普通TC4焊絲和自製TC4EH焊絲的增材修復性能對比。研究發現,採用自製TC4EH焊絲的抗拉強度(905.23MPa)明顯高於TC4普通焊絲(809.04MPa),硬度和沖擊韌度同樣較高,伸長率可達原材料的90%以上,具有優良的力學性能。
Chen等人進行了電子束熔絲沉積Ti6Al4V變形控制研究(見圖3),電子束以100~150mA之間的掃描電流和低於100mm/s的速度工作,則可以形成薄壁件,掃描形式對殘余應力分布影響不大,單向掃描變形更大,收縮變形在往返掃描情況下較為明顯,並且與電流變化成正比關系,同時,發現基板底部恆定溫度約束下,變形得到改善。
Yan等人研究了電子束熔絲沉積Ti6Al4V加強筋的殘余應力與變形,研究發現,兩個加強筋都對板產生不利的變形,縱向軌道比橫向軌道引起板更大的變形,加強筋的沉積軌跡對變形有很大影響,最大位移發生在與縱向軌道相關的加強筋的內底邊緣,高殘余應力區域主要集中在加強筋的根部。
綜上所述,對於鈦合金的電子束熔絲沉積增材製造的研究相對較少,主要偏向藉助有限元分析軟體的變形控制等領域。分析認為,電子束熔絲沉積增材製造可以克服傳統的鈦合金加工方式的弊端,藉助有限元分析軟體更為實際應用過程中提供了基礎理論的指導。
2.4 電子束選區熔化(EBM)
Murr等人採用EBM增材製造的方法制備多孔泡沫Ti6Al4V,研究了剛度與密度之間的關系。結果發現泡沫具有實心孔和中空孔結構,與實心、緊密的EBM製造件相比,中空孔結構的強度與硬度成正比,強度高出40%,並且剛度與孔隙率成反比,採用EBM增材製造的泡沫材料在生物醫學、航空航天等領域的應用具有巨大潛力。
許飛等人採用電子束選區熔化技術對制備的TC4鈦合金開展了大功率高速光纖激光焊接試驗研究。結果表明,受EBM技術增材製造TC4的晶粒尺寸差異的影響,激光焊接試驗熔合區靠近上下表面的β柱狀晶組織相對細小。焊縫區顯微硬度高於增材區硬度,且頂部硬度較高。
Seifi等人研究利用EBM增材製造Ti-48Al-2Cr-2Nb的組織性能研究,結果發現,所沉積的材料強度和硬度值超過了常規鑄造Ti-Al所獲得的強度和硬度值,這與目前測試的增材材料中存在更精細的微觀結構相一致。
Surmeneva等人研究了採用EBM技術增材Ti–10%Nb(質量分數,下同)的組織性能研究。結果發現,通過EBM技術元素Nb和Ti的粉末混合物中原位生產Ti-10%Nb合金,最大的Nb顆粒保留在EBM製造的樣品中,並且Nb僅部分擴散到Ti中,如圖4所示,應該對EBM工藝的參數優化進行更多的研究,以實現更均勻的合金顯微組織。
綜上所述,對於Ti6Al4V的EBM研究相對較為廣泛,發現對於Ti-Nb合金的EBM技術增材製造仍難很好地解決Nb顆粒的擴散問題,會導致顯微組織不均勻,因此對於Ti-xNb合金的增材製造還需要更多的工藝優化試驗進行材料性能的提升。
3.熔焊增材製造
與其他增材製造方式相比,熔焊增材製造操作性更強,成本更低,但結構可靠性相對較低。熔焊增材製造一般採用焊絲增材製造,但是由於基材和初始沉積層之間的熱梯度大,以及輻射和對流熱損失,會在製造的部件底部觀察到細晶粒結構。由於較低的熱梯度,傳熱速率較低,這阻礙了在增材過程的中間層形成細晶粒結構,而只在製造部件的中間形成長的柱狀晶粒。
3.1 CMT電弧增材製造
李雷等人採用CMT電弧增材TC4薄壁結構,研究其增材層組織性能。結果發現,由於增材過程熱循環的反復作用,原始β柱狀晶晶界、水平層帶條紋、馬氏體組織和網籃組織等形態出現在增材層中,由於時效作用,對中下部區域產生強化作用,造成上部增材層顯微硬度略低於中下部顯微硬度(見圖5)。
陳偉進行了CMT電弧增材TC4的微觀組織及力學性能研究。結果發現,在設定送絲速度為3.0m/min、焊接速度為0.48m/min的參數下,原始β晶粒剖面面積最小,CMT電弧增材製造TC4鈦合金在870℃,1h/固溶爐冷(FC)+600℃、2h/固溶空冷(AC)下熱處理,獲得的各區域微觀組織較均勻,固溶處理後的材料塑性較高。
3.2 等離子弧增材製造
Lin等人採用PAW增材製造Ti6Al4V,在微觀結構和顯微硬度方面進行了研究。結果發現,先前的β柱狀晶粒的外延生長受到脈沖擾動的抑制,這導致形成了具有接近等軸晶粒的柱狀晶粒,在沉積早期,由於熱循環不足,顯微硬度較低,在後續沉積中,硬度升高,在沉積層的頂部,不受連續熱循環的影響,導致第二相的體積減小,硬度值降低。
馬照偉進行了旁路熱絲等離子弧增材製造鈦合金的組織性能研究(見圖6)。結果發現,鈦合金增材構件的橫向抗拉強度為977MPa,強度與TC4母材的抗拉強度相當,斷裂位置在增材直壁結構尾部區域,這是由於橫向焊縫為連續熔化-凝固而來,焊縫中的缺陷和雜質較少,使得橫向焊縫具有良好強度性能的鈦合金增材構件的豎向抗拉強度為
936MPa,斷裂位置在增材直壁結構上部區域,性能較橫向焊縫稍差。靠近母材的熱影響區硬度相對較低,出現了小范圍的軟化區,整體的豎向硬度差別並不明顯。
3.3 復合電弧增材製造
Pardal等人進行了激光和CMT復合焊接增材製造Ti6Al4V的結構件穩定性研究。結果發現,激光可用於穩定焊接過程,減少焊接飛濺,改善電弧漂移的情況,改善單層和多層沉積的焊縫形狀,並將Ti6Al4V增材製造的沉積速率從1.7kg/h提高到2.0kg/h。
綜上所述,對於熔焊增材製造鈦合金主要集中在TC4的研究中,多採用CMT、等離子等高效熔絲工藝方式,同時採用其他熱源輔助焊接的方式穩定焊接過程,進行鈦合金的增材製造。分析認為,對於熔焊鈦合金增材製造的發展方向應開拓研究制備鈦合金功能性材料,便於多領域全方位的應用推廣,復合熱源的增材方式或其他可控熱輸入的穩定
增材方式會成為熔焊增材的熱門研究方向。
4.固態焊增材製造
4.1 攪拌摩擦增材製造(FSAM)
攪拌摩擦增材製造是一種從攪拌摩擦焊接技術發展而來的固相增材技術,原理如圖7所示。增材效率高、成本低;在增材過程中沒有金屬的熔化和凝固,可以避免熔池帶來的冶金缺陷問題,同時攪拌摩擦過程中塑性變形還可以起到晶粒細化的作用,獲得低成本、高質量增材產品。
張昭等人基於Abaqus生死單元法和移動熱源法建立兩種攪拌摩擦增材製造Ti6Al4V有限元模型,研究攪拌摩擦增材的溫度分布和晶粒生長情況。研究結果發現,橫向增材峰值溫度大於縱向增材峰值溫度,在攪拌區冷卻及增材累積過程晶粒粗化,並且由β相轉變為α相,由於不同熱循環次數的影響,低層攪拌區晶粒尺寸較大,高層攪拌區晶粒尺寸較小。
4.2 超聲波增材製造(UAM)
超聲波增材製造(UAM)是一種新的快速成形工藝,用於在室溫或接近室溫的條件下製造金屬基復合材料。較低的加工溫度使復合材料能夠通過利用嵌入在基體中的高度預應變的形狀記憶合金(SMA)纖維產生的回復應力。
Hahnlen等人利用UAM技術製造NiTi-Al復合結構界面強度研究,纖維-基體界面的強度是UAM復合材料的限制因素。結果發現,平均界面剪切強度為7.28MPa,纖維與界面結合方式是機械鍵合,未發生化學鍵合或冶金鍵合方式。
為提高碳纖維增強材料(CFRP)的承重能力,使其能在航空航天和汽車工業上進一步推廣應用,James等人進行了CFRP/Ti的超聲波增材製造中剪切破壞強度的研究,研究結果發現,採用UAM技術可以實現CFRP/Ti的結構製造,超聲波能量和表面粗糙度都對UAM製成結構的剪切強度產生積極影響,在焊接前增加界面的表面粗糙度有助於增加最終焊縫的剪切破壞負荷。
綜上所述,關於超聲波增材製造鈦合金的研究較少,主要進行的是金屬基復合材料的研究,以增強復合材料的特定性能滿足實際生產應用,分析認為,在未來研究中,應側重於提升復合材料的力學性能研究方向。
5 結束語
隨著現代工業的迅速發展,輕量化的設計成為結構件的發展方向,對結構件的性能和質量要求變的越來越嚴格,鈦合金增材製造技術的迅速發展,可以進一步擴大鈦合金結構件的應用范圍,提高鈦合金增材件的性能,增強結構穩定性。綜合國內外所研究的鈦合金增材製造技術和現代工業的發展方向,未來鈦合金增材製造技術註定將朝著綠色、經濟、穩定、快速的方向發展。
1)從綠色發展方向來看,攪拌摩擦增材製造起步階段較晚,還處於試驗研究階段,未來進行多金屬材料的復合結構增材製造,實現特定結構的特種性能,將是該技術的一個研究方向。
2)對於經濟、穩定的發展方向,則需要進行電弧增材的穩定性過程探索,尤其是新型復合電弧增材製造的穩定性研究。
3)對於快速性的發展方向,目前階段激光/電子束增材製造工藝相對較為成熟,應繼續探究激光增材製造的經濟適用性,從實際生產中的裝配精度到生產製造中的工藝優化過程,進而降低生產成本,為鈦合金增材製造結構件大面積的生產應用打下基礎。
Ⅷ 鈦業的前景如何
一、鈦工業的發展
鈦及其合金由於密度小(4.51g/cm3)、強度高(有的達到1000MPa)、比強度大、高低溫性能優異,因此首先被廣泛應用於航空、航天等行業,成為軍事工業不可或缺的結構材料。除此之外,鈦及其合金在很多化學介質中優異的耐腐蝕性能及其它綜合性能,又被石油、化工、醫葯、體育等民用行業廣泛接受,逐步取代各種金屬材料,在短時間內躍居金屬材料使用的第三位。
鈦元素發現於1789年,1908年挪威和美國開始用硫酸法生產鈦白,1910年在試驗室中第一次用鈉法製得海綿鈦,1948年美國杜邦公司(DUPONT)才用鎂法成噸生產海綿鈦,這標志著海綿鈦即鈦工業化生產的開始。
反應過程如下: TiO2+Cl2 → TiCl4
TiCl4+Mg → Ti
可見鈦材生產過程中涉及劇毒化學介質氯氣(二戰中的化學武器哦)和貴金屬鎂,而且反應過程需要大量的能量,這就是鈦材昂貴的原因。這個過程冶煉出來的鈦材還不能用於生產,因為它還是多孔疏鬆狀的,形似海綿,稱為海綿鈦,海綿鈦將被置於真空自耗電弧爐中冶煉出鈦錠,用於板材、棒、管子及其他形式鈦材的生產。
我國鈦資源豐富,礦產比較集中,換算成TiO2總儲量達90億多噸,為世界第一。鈦礦主要分布在四川、雲南、廣東、廣西和海南等省區,其中攀枝花地區的蘊藏量佔世界總儲量的35%。然而,同世界主要鈦礦產地相比,我國的天然金紅石(TiO2)資源少,易開采利用的砂礦少。鈦礦多為鈦釩鐵共生岩礦,選冶起始成本高。說到這里還有必要提及一個故事,當初攀枝花鋼鐵集團冶煉鋼材後的礦渣堆放在攀鋼集團的一角,很久也沒有發現這種礦渣裡面竟然含有貴金屬鈦。後來日本人對攀鋼考察的時候提出要購買我們的礦渣,這才讓我們的國家注意上了攀鋼礦渣的具體真面目,當然回絕了日本。
中國鈦工業起步於20世紀50年代,1954年北京有色金屬研究總院開始進行海綿鈦制備工藝研究,1956年國家把鈦當作戰略金屬列入了12年發展規劃,1958年在撫順鋁廠實現了海綿鈦工業試驗,成立了中國第一個海綿鈦生產車間,同時在沈陽有色金屬加工廠成立了中國第一個鈦加工材生產試驗車間。
1980年前後,我國海綿鈦產量達到2800噸,然而由於當時大多數人對鈦金屬認識不足,鈦材的高價格也限制了鈦的應用,鈦加工材的產量僅200噸左右,我國鈦為業陷入困境。
截止到2003年底,我國海綿鈦的年產能力為4000噸,其中遵義鈦廠3000噸(擴建項目2005年基本上完工,年產可超過5000噸),撫順鈦廠1000噸。由於近年來我國持續發展的國民經濟對鈦材的需求旺盛,上述兩廠均能滿負荷生產,2003年的總產量也是4000餘噸,2004年達到4809噸。
2002年,我國進口海綿鈦2147噸,出口11噸,凈進口2136噸;2003年1-11月份,我國進口海綿鈦2609.9噸,出口72.7噸,凈進口2534.2噸。
2002年我國生產海綿鈦3328噸,實際銷售3079噸;2003年我國生產海綿鈦4112噸,銷售4128噸。可是由於國際大化工、航空航天業的規模發展,已經讓國際鈦材走向供不應求的局面,導致從2002年來我國鈦材瘋狂上漲的局面。
2002年我國主要鈦加工材企業的鈦材生產量在不同領域的銷售分配見下表:
我國主要鈦加工材企業的鈦材生產量在不同領域的銷售分配(%)
鈦加工材的產能決定於鈦錠的生產能力,也就是國家擁有真空自耗電弧爐的總體噸位。我國基本具有了20000t/a的鈦錠生產能力。以70%可轉化成鈦材計,基本具有了14000t/a的生產能力。
據初步統計,2003年我國實際生產鈦材約6000噸,佔世界總產量的10%左右。可見中國的鈦加工工業還不是很發達,需要時間和投入。
目前,我國鈦加工及其製造業在地理上體現了三分天下的格局:
以寶雞為中心的西北地區。這個地區以寶雞有色金屬加工廠及其控股的寶雞鈦業有限公司為龍頭,形成了我國專業化程度最高、加工設備最系統化、產品規格最多的鈦加工及其製造業基地。西北地區的鈦材主要供給給國家的軍事生產部門,民用的設備生產部門,部分出口到波音,麥道,羅-羅等著名公司。
以沈陽有色金屬加工廠、撫順特鋼板材有限責任公司、沈陽東方鈦業有限公司等單位為主形成了東北鈦加工及設備製造集團,該地區中小企業多,鈦設備製造頗為活躍,由於東北是我國的老重型工業基地,人才是不缺的,缺的就是強化的管理和綜合組織能力,尤其是在地方優惠政策的扶持下也將形成一定的氣候。
以寶鋼集團上海五鋼有限公司、南京寶鈦中惠集團有限公司、張家港市宏大鋼管廠等單位為主形成了長江三角洲鈦加工及其設備製造集團。長三角地區的有色金屬的設備的加工能力已經可以體現我國在這個方面的實力,每年在有色方面的設備大量出口,質量可靠,已經有部分質量,管理比較成功的企業走進了軍工製造的大門。雖說沒有大規模的軍品生產,但也能充分說明我們的製造能力和鈦材在軍事上的應用的前景。
在2005年前後,我國海綿鈦和鈦加工材的單廠產能達到年產5000噸的基本經濟規模,加上振興東北計劃中的5000噸/年海綿鈦項目,基本上能實現我國幾代鈦業工作者的宿願,上一個大台階,必將使我國成為鈦工業的強國。
世界上能完成鈦礦山—冶金—加工—鈦設備製造及科研—設計—應用兩個完整體系的國家只有四個:美國,蘇聯/俄羅斯,日本,中國。這也是現代冶金工業的典範。下表就可以體現出近來世界上一些主要鈦材料生產商的情況。
由上表可見鈦生產大國都是發達國家和前蘇聯的國家(除中國外),鈦生產工藝的特殊性讓資金不雄厚的國家進退兩難。作為主導世界航空工業的金屬,鈦材料正成為一些國家謀求世界航空主導權的工具,想必大家都知道了近期俄羅斯總統普京下令合並俄羅斯數大飛機製造商,成立聯合航空製造集團的事情,這只是老毛子謀求航空主導權的第一步,緊接著俄羅斯媒體透露,俄羅斯國防出口公司正在與鈦合金巨頭阿維斯瑪公司進行股權收購談判,這表明俄羅斯在當今的國際形式下不僅大打能源排,利用「安大線」和「安納線」把中國和小日本拴在一起玩弄,而且把爪子伸向了具有戰略意義的稀有金屬領域,企圖為俄羅斯的崛起創造人為的條件!
由於阿維斯瑪公司全球飛機製造業的最大材料供應商(供應波音35%的鈦材和空客50%的鈦材),除每年要供應波音25~45萬噸產品(含鎂合金),還要增加深加工產品的份額,同時俄羅斯還和波音和空客都有合作項目(新型飛機研發製造公司),不難看出俄羅斯想把材料的優勢變成技術轉讓的籌碼的野心,此其一,二則是俄羅斯總統已經下令設計製造新型飛機,欲與波音/空客試比高!並已經給蘇霍伊公司下了貸款擔保,確保後者的RRJ型支線飛機的研製計劃順利進行,本人覺得對一個支線飛機如此興師動眾,十有八九不是針對中國的ARJ21來的,就是俄羅斯大戰前的練兵行為,可見老毛子的崛起之心是很強烈的。
二、鈦在國防工業上的應用
(1).我國國防工業使用鈦的情況
無論是美國還是俄羅斯,其鈦材主要應用於飛機製造業和造船業。近年來,我國這兩個領域發展很快,不斷有新型飛機量產,在研的項目也很多,估計這兩個領域的用鈦量將會大幅增加,而且也有報道說明我們的F10上也使用了較多的鈦合金,前段時間還有網友在鐵血網站上貼出了我國新型的鈦合金發動機罩和強5戰機的機翼鈦合金連接件的圖片。可見我國在鈦合金使用上面早已成熟,假以時日,我們的鈦合金的應用也能讓航空航天工業飛躍。在航天領域,中國第一台大型全鈦紫外太空望遠鏡也已經製造並實驗完畢,鈦合金在太空領域的應用前途光明(見下圖)。
每種鈦合金都有各自的用途。飛機製造和航天工業運用鈦合金大家已經十分了解,在社會生活及在機械業中的使用更是多多,象眼鏡架啊,高爾夫球桿啊,超級運動自行車啊,等等。但在陸軍和海軍中的使用我們卻是知之甚少,而且相關的文章和說明也不是很多,下面就列舉一些我國高性能鈦合金在國防工業的應用情況。
1.發動機業:
鈦5Al2.5Sn高強鈦合金—齒輪套、發動機外殼、葉片罩
鈦8Al1Mo1V高溫鈦合金—發動機葉片、陀螺儀導向罩、內蒙皮
鈦6Al4V(抗拉強度≥895MPa)熱處理強化鈦合金—核心機葉片及葉輪
2.航空業:
鈦6Al2Sn強化鈦合金—緊固件、導向裝置、重要結構
鈦4AlMo1V鈦合金—飛機骨架
鈦Sn5Zr1Mo鈦合金—起落架、飛機承重架、緊固件
3.航天業
鈦合金1M1315—火箭機盤、導彈基座構件
鈦合金1M1550—導彈動力葉片套
鈦合金T-A6V—飛船主用材料
4.陸軍業
我國已經研製成功了83-1型和83-2型兩種迫擊炮。83-1型82迫擊炮廣泛採用了鈦合金,把全炮重量降低到18.1公斤,極其方便班、排這樣的小單位的襲擾戰的開展。
鈦A7D—新型裝甲車輛力學分析鍛件
鈦A6Z5W—反坦克火箭(導彈),地空導彈罩等抗蠕變性要求高的部件
鈦1M1551—某裝甲車輛火力高速旋轉部件
5.海軍業
LT41鈦合金—艦船大面積蒙皮
3.7114鈦合金—可焊性優良,成型性好適合各種水密隔層
鈦V13CA鈦合金—蜂窩狀艦身,承重框架
鈦合金在艦船上使用是很有前途的。這跟鈦合金的強度、韌性有關系,還有就是耐腐蝕性,海水中的鈦是極其穩定的,基本上可以認為船體是不會腐蝕的,這樣既可以減少維護的費用,也可以減輕船體的重量,對艦艇來講是莫大的好處啊。除此之外,還有必要提及兩點:第一個鈦是無磁性的,對抗磁性探測有很大的幫助,至於什麼磁性水雷啊,不值擔心。二是跟先進的艦船復合材料塗層有天生的融合性,未來將使用的隱身復合材料有個缺點,就是跟以前艦船使用的高強特種鋼起反應,由於電位差容易在海水中產生電偶,加快腐蝕,這種事情在052上曾經試驗過,不用多久就會銹蝕斑斑,但這些塗料跟鈦合金能完美整合。
(2)其他國家國防工業使用鈦的情況
世界上已經退役的,正在服役的或者在研武器裝備中,很多都使用了鈦及其合金的結構件,隨著現代化戰爭模式的轉變,要求現代化的軍隊的快速機動能力十分突出,所以對於陸軍來說必須依仗運輸機的能力來達到快速的機動,這就要求陸軍本來粗重的裝備盡量的輕型化,比如現在各國都希望自己的炮兵能快速有效的迅速轉移到另外一個地方,達到戰略或者戰術上的目的,這必然使鈦合金在火炮領域的發展前途一片光明,象美國的M777輕型榴彈炮,由於使用了鈦合金外殼,戰斗全重下降到了3.175噸,可以使用V22或者C130空運,達到快速機動的能力。類似的還有英國的UFH超輕型155毫米火炮,不到4噸的重量裡面使用了1噸的鈦合金。在空軍和海軍裝備的領域則更是如此,下面就簡單的介紹鈦合金成功應用的典型事例:
①飛機用鈦數據(未註明均指毛坯用量)
國際鈦協會2002年10月在美國奧蘭多舉辦的年會上公布了下列飛機用鈦新數據:
1. 計劃於2004年問世的第一架超大型客機—空客A380,用鈦量為45t/架-65t/架;(見下圖)
2. 波音客機,用鈦量占其總重的15%-17%(凈重);
3. F15戰斗機,結構用鈦5.75t,2台噴氣發動機用鈦5t;(見下圖)
4. F22戰斗機(正在開發中),結構用鈦36t,2台發動機用鈦5t;(見下圖)
5. 聯合開發的F35戰斗機,結構用鈦10t,單台發動機用鈦5t;(見下圖)
6. F18艦載戰斗機,用鈦量占其總重的12%-13%(凈重);(見下圖)
7. C-17大型運輸機,用鈦量占其總重的10%(凈重);(見下圖)
8. 歐洲EF2000,將減少用鈦量,改為復合材料。(見下圖)
由此可見鈦在世界航空航天領域的重要地位,尤其是在發動機製造,機體製造方面更是如此。
上文提到俄羅斯有意加強對戰略稀有金屬鈦進行控制,已經引起了美國的注意,畢竟美國下一代戰機的用鈦比例很大,如果俄羅斯國防出口公司控制了阿維斯瑪公司的大部分股權的話,國際鈦合金的價格上揚將不可避免,這樣F-22和F-35的項目將有不確定的因素在裡面。所以近期美國最大的鈦材商Timet已經來到中國尋求潛在的合作夥伴,希望在中國的市場上找到類似俄羅斯的供應商或者可以合資建廠,把中國生產的鈦材用在美國的項目上,在價格上很有優勢,而且質量可靠,可以說對未來美軍F-22和F-35的項目很有幫助。(讓偶郁悶啊~~~)
某一種全球性材料供應如此突出的影響國防工業,很少見,這也是自二戰鋼鐵緊缺以來的第一次,所以F-22和F-35的價格將取決於未來鈦的供應情況。
現今全球經濟已經逐步走出低谷,國際航空業開始出現恢復性增長,國際鈦材行業也隨著這個大潮迎來快速增長的新時期,中國企業也將迎來新的機遇。(悲還是喜啊?)
近幾年是第四代戰斗機的換代的起始,隨後的很多年裡面,每年將有很多新型戰斗機進入軍隊。新型戰斗機在選材上很有講究和前瞻性,在未來很多年內,軍事和航空工業必然是鈦材的第一大用戶。
黴菌近期又公布了一種新型的潛艇攜帶的「鸕鶿」無人攻擊機的概念。「鸕鶿」無人機的長度為5.8米,翼展4.86米,屬於多次重復使用的無人戰斗機機。「鸕鶿」是由著名的洛-馬公司臭鼬工廠提出概念設計的,因為其出入的通道主要是海水,因此全機為鈦合金製成,以防止腐蝕的產生,總起飛重量不超過4噸,可攜帶453千克的有效載荷,考慮使用方式主要是從俄亥俄級核潛艇的戰略導彈發射筒發射,主要用於摧毀近海岸目標。該機的進氣口位於機頭部位,呈三角形。由於採用了鈦合金,其機體強度極高,可承受150英尺水深的壓力。並且為了防止外壓失穩的發生,機體的內部不必要的空間一律使用特殊的塑料進填充。為了增加飛行的隱蔽性,其外形也採用了復雜的隱身設計。「鸕鶿」的最大飛行速度預計將達到880千米/小時,巡航速度為550千米/小時,最高飛行高度10.7千米,作戰半徑達926千米,可持續飛行3個小時。鈦的優良品質被體現的淋漓盡致啊!(見下圖)
②海軍方面的鈦應用情況
海軍上面鈦的應用也是十分廣泛的,主要應用大國就是蘇聯/俄羅斯的潛艇。
「阿庫拉」級(Akula)攻擊核潛艇:「阿庫拉」級採用水滴型、雙殼體,裡面一層為鈦合金製造。由蘇聯著名的「孔雀石」潛艇設計局設計,共青城船廠和北德文斯克船廠製造。(見下圖)
「塞拉」級攻擊核潛艇:俄羅斯的「塞拉」(Sierra)級(也稱S級)多用途攻擊核潛艇。可以說是俄羅斯龐雜的核潛艇家族中最神秘的一位。主要是因為「塞拉」級艇採用鈦合金雙殼體,它的大潛深、高航速、強火力與良好的隱身性能令人印象深刻。但造價非常昂貴,綽號「金魚」,只建造了4艘。(見下圖)
而鈦材在潛艇上的顛峰之作,本人還是覺得應該授予台風級:蘇聯共建造了6艘「台風」級潛艇,「台風」號是其中的第一艘。「台風」級的特別之處在於:它有一套完整的魚雷、導彈、動力裝置等獨立航行和作戰系統;採用雙殼體結構,儲備浮力約32%,兩層殼體間有3米多的間距,增強了耐水下爆炸和沖撞的能力。每艘台風級的用鈦量約9000噸,相當於現在我國一年的鈦產量總和!可見蘇聯時期在軍事上的投入是多麼的龐大。(見下圖)
蘇聯/俄羅斯用鈦殼體的核潛艇還有如阿爾法級等等,但都沒有形成一定的氣候,就不再敘述。潛艇上的鈦除了使用在殼體上外,就是使用在潛艇的管道和冷凝器上,現在幾乎所有的潛艇和水面艦艇上的冷凝器都是用的鈦材做的,可以說在潛艇和艦艇的壽命內,一般情況下不用更換鈦冷凝器,一來可以節省維護費用,二則不會因為冷凝器故障的問題降低出勤率。
因為材料價格和產量的原因,其他國家的潛艇很少有報道說採用了鈦殼體的情況。
鈦及其合金的性能無庸質疑,各種鈦合金的冶金過程對大國來說也是很常規的東西,只是考慮成本的問題。隨著經濟的發展,國防上的特殊要求也有能力去保證了,所以說鈦及其合金在未來的民用和軍用領域都將迎來快速的發展。同時鈦及其合金也將大大提升部分特殊裝備的性能。
鈦及其合金的前途不可估量!
Ⅸ 鈦和鈦合金被譽為21世紀最有前途的金屬材料,它具有濃度高,抗腐蝕性能力強等特
因為原子中:核電荷數=核內質子數=核外電子數,由題意鈦原子的質子數是22,故鈦原子的核外電子數為22;根據相對原子質量=質子數+中子數,由題意該原子的中子數是24,則相對原子質量=22+24=46.
故選:A.
Ⅹ 新型鈦合金材料碩士好就業嗎
好就業,但是盡量的還是需要繼續往上升。
鈦合金是以鈦為基加入其他合金元素組成的合金。鈦合金具有密度低、比強度高、抗腐蝕性能好、耐熱性高、工藝性能好等優點。目前鈦合金是應用最廣泛的鈦金屬材料,在航空材料、石油開采、食品體育、醫療領域等都有廣泛的應用,目前又推出了好幾種新型的鈦合金材料,這個行業的就業前景正在蒸蒸日上。