A. 鈦合金（TA、TC、TB）鑄造性能闡述
鈦及鈦合金鑄件鑄造生產工藝
鈦及鈦合金具有密度低，比強度高，耐腐蝕，線脹系數小，生物相溶性好等優異性能，在航空、航天、遠洋運輸、化工、冶金、醫療衛生等行業中都是不可缺少的結構材料。工業上最初應用的鈦及鈦合金製件都是變形件，隨著其用量的增多和應用范圍的擴大，變形反映出機械加工量大，材料利用率低，生產成本高等弊端，於是鑄造技術由此發展起來。鈦鑄造是比較經濟且又容易實現的近成形工藝。鈦及鈦合金在熔融狀態下具有高化學活性，要與常用的各種耐火材料發生化學反應，熔煉和鑄造成形難度很大，必須有其專用的造型材料和造型工藝以及專用的熔煉與鑄造設備。
一）熔煉工藝：
我國的鈦鑄造90% 以上熔煉與鑄造設備都採用真空自耗電極電弧凝殼爐加離心鑄造。坩堝採用水冷銅坩堝，鈦液的最大澆注量為500 kg。
自耗電極電弧熔煉法是以鈦或鈦合金製成的自耗電極為陰極，以水冷銅坩堝為陽極；大電流熔煉，鈦電極的熔化速度遠遠大於鈦的凝結速度，熔化了的電極以液滴形式進入坩堝，形成熔池；熔池表面被電弧加熱，始終呈液態，底部和坩堝接觸的四周受到循環水強製冷卻，產生自下而上的結晶。這種方法具有結構簡單、維持費用低、大型化容易等優點，缺點是澆注溫度難以調節和控制，一停弧後，金屬液必須在3~5秒內全部從坩堝倒出，否則溫度急劇下降，金屬液過熱度不高，使得液體流動性和補縮能力較差。自耗電極電弧熔煉對電極的質量要求很高，要求電極內部組織緻密。熔煉過程中危險性較大，稍微操作不慎將會出現電弧損壞坩堝，造成坩堝外壁強製冷卻的循環水進入坩堝，污染鈦液，水蒸氣損壞真空泵系統。
二）鑄造型腔工藝：
鈦合金鑄造的造型工藝主要有金屬型、機加工石墨型、金屬面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼。
1）金屬型
金屬型在鈦合金鑄造領域中，用作鑄型的金屬材料主要有銅、鋼、鑄鐵、鎢、鉬等，與石墨加工型一起統稱為硬模系統。由於存在著工藝上的分型等難點，這種方法很難製造出復雜形狀的鈦鑄件，而大多隻在特定的鑄件上使用。
2）石墨型
機加工石墨型強度高，退讓性不好，對液態鈦要產生激冷，常使鑄件表面產生裂紋和冷隔，生產成本高、生產周期長。石墨孔隙較大，容易吸潮，所以機加工石墨型使用前必須進行除油、除氣處理，否則鑄件表面氧化現象嚴重。鑄件尺寸比較大，壁比較厚（≥5mm），形狀簡單，所需數量只有一件或幾件。選擇機加工石墨型。
3）陶瓷型
（1）金屬面層陶瓷型殼採用難熔金屬鎢粉作為耐火材料，金屬鎢的熔點高，與鈦液接觸時化學穩定性好，但是鎢粉應具有較高的純度，雜質含量不能超過規定標准，否則將影響鈦鑄件的品質。鎢面層熔模型殼必需採用溶劑脫蠟，而且在特製的脫蠟槽中進行，對人體健康有很大的傷害，同時也污染環境。鎢面層型殼高溫焙燒必須在還原性氣氛下進行，脫蠟後沉積在型殼外貌上的模料灰分很難燒化，在澆注時很容易與液鈦反應，在鑄件外貌形成氣孔。塗料漿工藝性能不好，懸浮性差，塗料漿壽命短，保存困難，價格昂貴。
（2）氧化物陶瓷型殼是將惰性氧化物做為面層型殼耐火材料。各種氧化物材料按其對熔融鈦合金的化學穩定性由低到高排列的順序如下：SiO2、MgO、Al2O3、CaO、ZrO2、Y2O3、ThO2。ThO2由於具有放射性已基本不用。CaO容易吸潮，所以阻礙了它的應用。現在，用作熔模鑄造型殼面層和鄰面層的材料主要是Y2O3、ZrO2。
未經穩定化處理的ZrO2不能做為鑄鈦的造型材料，因為它會發生同素異形體轉變，常溫下為單斜晶體，高溫下為四方晶體，溫度更高則轉變為立方晶體，單斜晶體轉變為四方晶體時，伴隨著9%左右的體積變化，使型殼發生開裂。通常採取向ZrO2 中加入4%~8%的CaO，經高溫電熔或煅燒後就可以得到穩定的ZrO2 固溶體（也有用Y2O3穩定），工業上大多採用電熔ZrO2。
Y2O3 同ZrO2 一樣，必須經過高溫穩定化處理後才能用作鈦合金造型材料。Y2O3 陶瓷型殼具有熱導率低、強度高等優點，澆注出的鑄件表面質量好，但Y2O3價格比較昂貴，來源困難。
我國的鑄鈦工業發展比較快，近幾年來新增加了一些鑄鈦生產廠。目前，全國的鑄鈦生產廠、研究所已經將近20 個，新增的鈦鑄造廠也都將產品定位在鈦熔模精密鑄件上，陝西錦瀚稀貴金屬有限公司常年與哈爾濱工業大學、西安交通大學、西北工業大學進行技術交流合作，致力於鈦、鎳、鋯及其合金的精密鑄件生產，形成以精密鑄造為主、機加工石墨型為輔的生產模式。
隨著鈦及鈦合金鑄造技術的發展和日益成熟，加上熱等靜壓（HIP）技術的誕生和在鈦合金鑄件方面的成功應用，較好的解決了鑄件的質量問題，提高了鑄件的可靠性。從20世紀80年代以後，鈦及鈦合金鑄件在航空、航天及其他方面的應用每年以20%的速度遞增。鑄造工藝方面，目前已經由單件鑄造發展到幾件或幾十件零件組合成的大型整體鑄件。應用范圍已經從早期的受力不大的非關鍵靜止結構件發展到成為航空發動機中的構件組成部分，完全取代了一些變形鈦合金、鋁合金、鋼件。
隨著航空發動機對推重比和剛度要求的提高，要求其中的一些關鍵鈦合金構件做成大型復雜薄壁的整件精鑄件。一些先進的航空大型渦輪發動機風扇機匣、中介機匣、前機匣、壓縮機機匣等都開始使用鈦合金精鑄件。大型客機的導風管、隔熱屏、支架、框架、耳軸、支撐架、剎車殼體、等也都以鈦合金精鑄件替代原來的構件。
軍用飛機方面，鈦合金鑄件的使用也逐步在增加，如：支座、框架、支架、制動勾、機翼上受力物件、方向舵轉動裝置支架、變速裝置殼件、吊架支撐附件等，實踐證實了鈦合金鑄件在飛機上的應用是成功、可靠的。不僅如此，在生產成本上，由於使用了鈦合金鑄件，使飛機的某些機構的設計、加工、緊固、裝配等都變得比原來未使用鈦合金鑄件時的機構簡化了，從而大大降低了飛機的製造成本。鈦合金鑄件在航天領域中主要用於導彈、太空梭飛船、人造衛星。其應用部位主要為：導彈殼體、尾翼、舵翼及連接座等，太空梭和飛船支架、框架、支座、附件、殼體等，由於鈦合金鑄件具有高的剛性、輕的重量和光學玻璃相當的熱膨脹系數，也應用於人造衛星及其他光學儀器的托框、基座、連結架以及殼體等。
鈦及鈦合金鑄件在日常工業生產方面也有著廣泛的應用領域。由於鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能，是化工及其他耐腐蝕工業的不可替代的材料。廣泛應用於化工、造紙、石油、制鹼、冶金、農葯等工業。主要應用產品是以工業純鈦和鈦—鈀合金為材質的鑄造鈦泵、鈦風機，各種不同類型的閥門，如：截止閥、球閥、旋塞閥、閘閥、蝶閥、止回閥等。
隨著人們生活水平的提高和對健康質量要求的提升，鈦合金以其高的疲勞強度，和人體超強的親和力等諸多優點，也被越來越多的用在醫療衛生領域。如：鑄造鈦合金髖關節修復件、膝關節修復件、人體假肢、口腔修復等等。運動器械領域鈦合金精密鑄件的用量非常巨大，如：自行車配件，高爾夫球頭。尤其是鈦合金高爾夫球頭市場容量最為巨大，但鑄造工藝比較復雜。
目前，鈦及鈦合金鑄件的使用范圍還在擴展，更多的應用領域也在相繼研究，但還存在著一些問題：1.合金品種少、牌號少，基本上常用的鈦合金都是工業純鈦鑄件和TC4合金鑄件。2.鑄件應用范圍小，大部分鑄件都用在了石油化工行業（工業純鈦鑄件），航空、航天領域應用很少，致使我國鈦鑄造工業的工藝和技術水平難以提高。3.造型工藝普遍落後，大部分廠家都是用石墨型造型工藝（機加工石墨型和搗實石墨型），而熔模精密鑄造應用很少。鑄造出的鑄件表面比較粗糙。4.熔煉設備基本上都為真空自耗電極電弧凝殼爐，熔煉過程危險性較高，熔化金屬液過熱度不高，造成鑄件表面易產生流痕、冷隔等缺陷，薄壁零件成形困難。
為改善我國鈦鑄造工業生產的落後狀態，提高我國鑄鈦工業的整體工藝和技術水平，還需進行以下幾方面的研究：1.改進現有的造型工藝，研究新的粘結劑和造型材料，簡化工藝，縮短生產周期，降低生產成本。2.研究和發展新的熔煉和鑄造設備及其技術，提高金屬液的過熱度，改善和提高鑄造鈦液的流動性和充型補縮能力，為研製大型復雜薄壁整體精鑄件創造有利條件。3.進一步擴大計算機模擬凝固技術在鈦合金鑄造中的應用，以提高鑄件質量，減小鑄件的廢品率。4.研究和發展鈦合金鑄件的各種熱處理工藝和熱化學處理技術，以改善鈦合金鑄件的微觀組織結構，提高鑄件的力學性能。5.熔模鑄造只能生產中小型鑄件，應尋求一種生產更大型、更凈形、更高效鑄件的造型工藝，提高鈦合金鑄件的生產能力。
B. 鈦的基礎知識及鈦合金的分類
◎ 一種金屬元素，灰色，能在氮氣中燃燒，熔點高。鈍鈦和以鈦為主的合金是新型的結構材料，主要用於航天工業和航海工業。
從發現鈦元素到製得純品，歷時一百多年。而鈦真正得到利用，認識其本來的真面目，則是20世紀40年代以後的事情了。
地理表面十公里厚的地層中，含鈦達千分之六，比銅多61倍。隨便從地下抓起一把泥土，其中都含有千分之幾的鈦，世界上儲量超過一千萬噸的鈦礦並不稀罕。
海灘上有成億噸的砂石，鈦和鋯這兩種比砂石重的礦物，就混雜在砂石中，經過海水千百萬年晝夜不停地淘洗，把比較重的鈦鐵礦和鋯英砂礦沖在一起，在漫長的海岸邊，形成了一片一片的鈦礦層和鋯礦層。這種礦層是一種黑色的砂子，通常有幾厘米到幾十厘米厚。
鈦沒有磁性，用鈦建造的核潛艇不必擔心磁性水雷的攻擊。
1947年，人們才開始在工廠里冶煉鈦。當年，產量只有2噸。1955年產量激增到2萬噸。1972年，年產量達到了 20萬噸。鈦的硬度與鋼鐵差不多，而它的重量幾乎只有同體積的鋼鐵的一半，鈦雖然稍稍比鋁重一點，它的硬度卻比鋁大2倍。現在，在宇宙火箭和導彈中，就大量用鈦代替鋼鐵。據統計， 目前世界上每年用於宇宙航行的鈦，已達一千噸以上。極細的鈦粉，還是火箭的好燃料，所以鈦被譽為宇宙金屬，空間金屬。
鈦的耐熱性很好，熔點高達1725℃。在常溫下，鈦可以安然無恙地躺在各種強酸強鹼的溶液中。就連最兇猛的酸——王水，也不能腐蝕它。鈦不怕海水，有人曾把一塊鈦沉到海底，五年以後取上來一看，上面粘了許多小動物與海底植物，卻一點也沒有生銹，依舊亮閃閃的。
現在，人們開始用鈦來製造潛艇一——鈦潛艇。由於鈦非常結實，能承受很高的壓力，這種潛艇可以在深達4500米的深海中航行。
發展歷程
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。
中國鈦工業起步於20世紀50年代。1954，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。
20世紀60-70年代，在國家的統一規劃下，先後建設了以遵義鈦廠為代表的10餘家海綿鈦生產單位，建設了以寶雞有色金屬加工廠為代表的數家鈦材加工單位，同時也形成了以北京有色金屬研究總院為代表的科研力量，成為繼美國、前蘇聯和日本之後的第四個具有完整鈦工業體系的國家。
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，我國鈦工業陷入困境。在這種情況下，由當時國務院副總理方毅同志倡導，朱鎔基和袁寶華同志支持，於1982年7月成立了跨部委的全國鈦應用推廣領導小組，專門協調鈦工業的發展事宜，促成了20世紀80年代至90年代初期我國海綿鈦和鈦加工材產銷兩旺、鈦工業快速平穩發展的良好局面。
綜上所述，我國鈦工業大致經歷了三個發展期：即20世紀50年代的開創期，60-70年代的建設期和80-90年代的初步發展期。在新世紀，得益於國民經濟的持續、快速發展，我國鈦工業也進入了一個快速成長期。
鈦耐腐蝕，所以在化學工業上常常要用到它。過去，化學反應器中裝熱硝酸的部件都用不銹鋼。不銹鋼也怕那強烈的腐蝕劑——熱硝酸，每隔半年，這種部件就要統統換掉。現在，用鈦來製造這些部件，雖然成本比不銹鋼部件貴一些，但是它可以連續不斷地使用五年，計算起來反而合算得多。
在電化學中，鈦是單向閥型金屬，電位很負，通常無法用鈦作為陽極進行分解。
鈦的最大缺點是難於提煉。主要是因為鈦在高溫下化合能力極強，可以與氧、碳、氮以及其他許多元素化合。因此，不論在冶煉或者鑄造的時候，人們都小心地防止這些元素「侵襲」鈦。在冶煉鈦的時候，空氣與水當然是嚴格禁止接近的，甚至連冶金上常用的氧化鋁坩堝也禁止使用，因為鈦會從氧化鋁里奪取氧。現在，人們利用鎂與四氯化鈦在惰性氣體——氦氣或氬氣中相作用，來提煉鈦。
人們利用鈦在高溫下化合能力極強的特點，在煉鋼的時候，氮很容易溶解在鋼水裡， 當鋼錠冷卻的時候，鋼錠中就形成氣泡，影響鋼的質量。所以煉鋼工人往鋼水裡加進金屬鈦，使它與氮化合，變成爐渣一—氮化鈦，浮在鋼水表面，這樣鋼錠就比較純凈了。
當超音速飛機飛行時，它的機翼的溫度可以達到500℃。如用比較耐熱的鋁合金製造機翼，一到二三網路也會吃不消，必須有一種又輕、又韌、又耐高溫的材料來代替鋁合金而鈦恰好能夠滿足這些要求。鈦還能經得住零下一百多度的考驗，在這種低溫下，鈦仍舊有很好的韌性而不發脆。
利用鈦和鋯對空氣的強大吸收力，可以除去空氣，造成真空。比方，利用鈦製成的真空泵，可以把空氣抽到只剩下十萬萬萬分之一。
鈦的氧化物——二氧化鈦，是雪白的粉末，是最好的白色顏料，俗稱鈦白。以前，人們開采鈦礦，主要目的便是為了獲得二氧化鈦。鈦白的粘附力強，不易起化學變化，永遠是雪白的。特別可貴的是鈦白無毒。它的熔點很高，被用來製造耐火玻璃，釉料，琺琅、陶土、耐高溫的實驗器皿等。
二氧化鈦是世界上最白的東西， 1克二氧化鈦可以把 450多平方厘米的面積塗得雪白。它比常用的白顏料一—鋅鋇白還要白5倍，因此是調制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里，使紙變白並且不透明，效果比其他物質大10倍，因此，鈔票紙和美術品用紙就要加二氧化鈦。此外，為了使塑料的顏色變淺，使人造絲光澤柔和，有時也要添加二氧化鈦。在橡膠工業上，二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。
四氯化鈦是種有趣的液體，它有股刺鼻的氣味，在濕空氣中便會大冒白煙——它水解了，變成白色的二氧化鈦的水凝膠。在軍事上，人們便利用四氯化鈦的這股怪脾氣，作為人造煙霧劑。特別是在海洋上，水氣多，一放四氯化鈦，濃煙就象一道白色的長城，擋住了敵人的視線。在農業上，人們利用四氟化鈦來防霜。
鈦酸鋇晶體有這樣的特性：當它受壓力而改變形狀的時候，會產生電流，一通電又會改變形狀。於是，人們把鈦酸鋇放在超聲波中，它受壓便產生電流，由它所產生的電流的大小可以測知超聲波的強弱。相反，用高頻電流通過它，則可以產生超聲波。現在，幾乎所有的超聲波儀器中，都要用到鈦酸鋇。除此之外，鈦酸鋇還有許多用途。例如：鐵路工人把它放在鐵軌下面，來測量火車通過時候的壓力；醫生用它製成脈搏記錄器。用鈦酸鋇做的水底探測器，是銳利的水下眼睛，它不只能夠看到魚群，而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。
冶煉鈦時，要經過復雜的步驟。把鈦鐵礦變成四氯化鈦，再放到密封的不銹鋼罐中，充以氬氣，使它們與金屬鎂反應，就得到「海綿鈦」。這種多孔的「海綿鈦」是不能直接使用的，還必須把它們在電爐中熔化成液體，才能鑄成鈦錠。但製造這種電爐又談何容易！除了電爐的空氣必須抽干凈外，更傷腦筋的是，簡直找不到盛裝液態鈦的坩堝，因為一般耐火材料部含有氧化物，而其中的氧就會被液態鈦奪走。後來，人們終於發明了一種「水冷銅坩堝」的電爐。這種電爐只有中央一部分區域很熱，其餘部分都是冷的，鈦在電爐中熔化後，流到用水冷卻的銅坩堝壁上，馬上凝成鈦錠。用這種方法已經能夠生產幾噸重的鈦塊，但它的成本就可想而知了。
元素名稱：鈦
元素原子量：47.87
元素在海水中的含量:(ppm)
0.00048
元素在太陽中的含量:(ppm)
4
元素類型：金屬
核內質子數：22
核外電子數：22
核電核數：22
質子質量：3.6806E-26
質子相對質量：22.154
原子體積:(立方厘米/摩爾)
10.64
地殼中含量：（ppm）
5600
以下為增加內容：
氧化態：
Main Ti+4
Other Ti-1, Ti0, Ti+2, Ti+3
所屬周期：4
所屬族數：IVB
摩爾質量：48
氫化物：TiH4
氧化物：TiO
最高價氧化物化學式：TiO2
密度：4.54g/cm3
熔點：1660.℃
沸點：3287.0 ℃
電離能 (kJ /mol)
M - M+ 658
M+ - M2+ 1310
M2+ - M3+ 2652
M3+ - M4+ 4175
M4+ - M5+ 9573
M5+ - M6+ 11516
M6+ - M7+ 13590
M7+ - M8+ 16260
M8+ - M9+ 18640
M9+ - M10+ 20830
外圍電子排布：2 8 8 4
核外電子排布：2,8,10,2
晶體結構：晶胞為六方晶胞。
晶胞參數：
a = 295.08 pm
b = 295.08 pm
c = 468.55 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°
莫氏硬度：6
聲音在其中的傳播速率：（m/S）5090
顏色和狀態：銀灰色金屬
原子半徑：2
常見化合價：+2,+3,+4
發現人：格列高爾 發現年代：1791年
發現過程：
鈦是英國化學家格雷戈爾(Gregor R W ，1762—1817。)在1791年研究鈦鐵礦和金紅石時發現的。四年後，1795年，德國化學家克拉普羅特(Klaproth M H ，1743—1817。)在分析匈牙利產的紅色金紅石時也發現了這種元素。他主張採取為鈾(1789年由克拉普羅特發現的)命名的方法，引用希臘神話中太旦神族「Titans」的名字給這種新元素起名叫「Titanium」。中文按其譯音定名為鈦。
格雷戈爾和克拉普羅特當時所發現的鈦是粉末狀的二氧化鈦，而不是金屬鈦。因為鈦的氧化物極其穩定，而且金屬鈦能與氧、氮、氫、碳等直接激烈地化合，所以單質鈦很難製取。直到1910年才被美國化學家亨特(Hunter M A )第一次製得純度達99.9%的金屬鈦。
元素描述：
具有金屬光澤，有延展性。密度4.5克/厘米3。熔點1660±10℃。沸點3287℃。化合價+2、+3和+4。電離能為6.82電子伏特。鈦的主要特點是密度小，機械強度大，容易加工。鈦的塑性主要依賴於純度。鈦越純，塑性越大。有良好的抗腐蝕性能，不受大氣和海水的影響。在常溫下，不會被稀鹽酸、稀硫酸、硝酸或稀鹼溶液所腐蝕；只有氫氟酸、熱的濃鹽酸、濃硫酸等才可對它作用。
元素來源：
鈦屬於稀有金屬，在地殼中的豐度占第七位，有0.42%。用於冶煉鈦的礦物主要有鈦鐵礦（FeTiO3）、金紅石（TiO2）和鈣鈦礦等。礦石經處理得到易揮發的四氯化鈦，再用鎂還原而製得純鈦。
元素用途：
鈦和鈦的合金大量用於航空工業，有"空間金屬"之稱；另外，在造船工業、化學工業、製造機械部件、電訊器材、硬質合金等方面有著日益廣泛的應用。
元素輔助資料：
鈦的主要礦石是金紅石TiO2和鈦鐵礦FeTiO3，它的發現也正是從這兩種礦石的分析而來。早在1791年英國英格蘭西南端康沃爾（Cornwall）郡門拉陳（Menacan）教區的牧師格累高爾，也是一位科學家，分析出產在他教區內的一種黑色礦砂，也就是今天成為鈦鐵礦的礦石時發現了一種新的金屬物質並命名為menacenite。三年後，1795年，克拉普羅特分析了匈牙利布伊尼克（Boinik）地區出產的金紅石，認識到它是一種新金屬的氧化物，具有抵抗酸、鹼溶液的特性，借用希臘神話中大地的第一代兒子們泰坦神族Titans，命名這個金屬為titanium，元素符號定為Ti。兩年後，克拉普羅特證實格累高爾發現的menacenite就是鈦。
鈦對於酸、鹼具有較強的耐腐蝕性，已成為化工生產中重要的材料。
鈦一般被認為是稀有金屬，其實它在地殼中的含量相當大，比一般的常用的金屬鋅、銅、錫等都大，甚至比氯、磷都大。
鈦的冶煉
鈦在1791年被發現，而第一次製得純凈的鈦卻是在1910年，中間經歷了一百餘年。原因在於：鈦在高溫下性質十分活潑，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提煉出純鈦需要十分苛刻的條件。
工業上常用硫酸分解鈦鐵礦的方法製取二氧化鈦，再由二氧化鈦製取金屬鈦。濃硫酸處理磨碎的鈦鐵礦（精礦），發生下面的化學反應：
FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O
FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O
FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O
Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O
為了除去雜質Fe2(SO4)3，加入鐵屑，Fe3+ 還原為Fe2+，然後將溶液冷卻至273K以下，使得FeSO4·7H2O（綠礬）作為副產品結晶析出。
Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏鈦酸沉澱，反應是：
Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4
TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4
鍛燒偏鈦酸即製得二氧化鈦：
H2TiO3 == TiO2+H2O
工業上制金屬鈦採用金屬熱還原法還原四氯化鈦。將TiO2（或天然的金紅石）和炭粉混合加熱至1000～1100K，進行氯化處理，並使生成的TiCl4，蒸氣冷凝。
TiO2＋2C＋2Cl2＝TiCl4＋2CO-
在1070K 用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得多孔的海綿鈦：
TiCl4＋2Mg＝2MgC12＋Ti
這種海綿鈦經過粉碎、放入真空電弧爐里熔煉，最後製成各種鈦材。
鈦及鈦合金的特性、用途
純鈦是銀白色的金屬，它具有許多優良性能。鈦的密度為4.54g／cm3，比鋼輕43% ，比久負盛名的輕金屬鎂稍重一些。機械強度卻與鋼相差不多，比鋁大兩倍，比鎂大五倍。鈦耐高溫，熔點1942K，比黃金高近1000K ，比鋼高近500K。
鈦屬於化學性質比較活潑的金屬。加熱時能與O2、N2、H2、S和鹵素等非金屬作用。但在常溫下，鈦表面易生成一層極薄的緻密的氧化物保護膜，可以抵抗強酸甚至王水的作用，表現出強的抗腐蝕性。因此，一般金屬在酸、鹼、鹽的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無恙。
液態鈦幾乎能溶解所有的金屬，因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中製得的鈦鋼堅韌而富有彈性。鈦與金屬Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。
鈦合金製成飛機比其它金屬製成同樣重的飛機多載旅客100多人。製成的潛艇，既能抗海水腐蝕，又能抗深層壓力，其下潛深度比不銹鋼潛艇增加80% 。同時，鈦無磁性，不會被水雷發現，具有很好的反監護作用。
鈦具有「親生物「』性。在人體內，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對任何殺菌方法都適應。因此被廣泛用於制醫療器械，制人造髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨，主動心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環包在這些「鈦骨」上時，這些鈦骨就開始維系著人體的正常活動。
鈦在人體中分布廣泛，正常人體中的含量為每70kg體重不超過15mg，其作用尚不清楚。但鈦能刺激吞噬細胞，使免疫力增強這一作用已被證實。
鈦的化合物及用途
重要的鈦化合物有：二氧化鈦(TiO2)、四氯化鈦(TiCl4)、偏鈦酸鋇(BaTiO3)。
純凈的二氧化鈦是白色粉末，是優良的白色顏料，商品名稱「鈦白」。它兼有鉛白(PbCO3)的遮蓋性能和鋅白（ZnO）的持久性能。因此，人們常把鈦白加在油漆中，製成高級白色油漆；在造紙工業中作為填充劑加在紙槳中；紡織工業
中作為人造纖維的消光劑；在玻璃、陶瓷、搪瓷工業上作為添加劑，改善其性能；在許多化學反應中用作催化劑。在化學工業日益發展的今天，二氧化鈦及鈦系化合物作為精細化工產品，有著很高的附加價值，前景十分誘人。
四氯化鈦是一種無色液體；熔點250K、沸點409K，有制激性氣味。它在水中或潮濕的空氣中都極易水解，冒出大量的白煙。
TiCl4+3H2O == H2TiO3+4HCl
因此TiCl4在軍事上作為人造煙霧劑，猶其是用在海洋戰爭中。在農業上，人們用TiCl4形成的濃霧地面，減少夜間地面熱量的散失，保護蔬菜和農作物不受嚴寒、霜凍的危害。
將TiO2和BaCO3一起熔融製得偏鈦酸鋇：
TiO2+BaCO3 == BaTiO3十CO2-
人工製得的BaTiO3具有高的介電常數，由它製成的電容器有較大的容量，更重要的是BaTiO3具有顯著的「壓電性能」，其晶體受壓會產生電流，一通電，又會改變形狀。人們把它置於超聲波中，它受壓便產生電流，通過測量電流強弱可測出超聲波強弱。幾乎所有的超聲波儀器中都要用到它。隨著鈦酸鹽的開發利用，它愈來愈廣泛地用來製造非線性元件、介質放大器、電子計算機記憶元件、微型電容器、電鍍材料、航空材料、強磁、半導體材料、光學儀器、試劑等。
鈦、鈦合金及鈦化合物的優良性能促使人類迫切需要它們。然而，生產成本之高，使應用受到限制。我們相信在不久的將來，隨著鈦的冶煉技術不斷改進和提高，鈦、鈦合金及鈦的化合物的應用將會得到更大的發展。
鈦產品：
鈦及鈦合金是極其重要的輕質結構材料,在航空、航天、車輛工程、生物醫學工程等領域具有非常重要的應用價值和廣闊的應用前景。
類型：典化鈦，工業純鈦， α 型鈦， β 型鈦， α +β型鈦
主 要 特 性：
工業純鈦：工業純鈦的雜質含量較化學純鈦要多，因此其強度、硬度也稍高，其力學性能及化學性能與不銹鋼相近，比起鈦合金純鈦強度較好，在抗氧化性方面優於奧氏體不銹鋼，但耐熱性較差，TA1、TA2、TA3依次雜質含量增高，機械強度、硬度依次增強，但塑性韌性依次下降。
β 型鈦：β型鈦合金屬可熱處理強化，合金強度高、焊接性、壓力加工性良好，但性能不穩定，且熔煉工藝復雜。
A、β鈦板：0.5-4.0mm
B、眼鏡板（純鈦）：0.8-8.0mm
C、標板（純鈦）：1 x 2m 厚度：0.5-20mm
D、電鍍及其它行業用板（純鈦）：0.1-50mm
用途：電子、化工、鍾表、眼鏡、首飾、體育用品、機械設備、電鍍設備、環保設備、高爾夫球及精密加工等行業。
鈦管規格：φ6-φ120mm 壁厚：0.3-3.0mm
鈦管用途：環保設備、冷卻管、鈦發熱管、電鍍設備、戒指及各種精密電器用管等行業。
A、β鈦絲規格：φ0.8-φ6.0mm
B、眼鏡鈦絲規格：φ1.0-φ6.0mm專用鈦絲
C、鈦絲規格：φ0.2-φ8.0mm掛具專用
鈦絲用途：軍工、醫用、體育用品、眼鏡、耳環、頭飾、電鍍掛具、焊絲等行業。
A、方棒規格：方條：8-12mm
B、磨光圓棒：φ4-φ60mm
C、毛棒、黑皮棒：φ6-φ120mm
鈦棒用途：主要用於機械設備、電鍍設備、醫用、各種精密機件等行業。
C. 鈦合金的性質有什麼
鈦合金
鈦是周期表中第ⅣB類元素，外觀似鋼，熔點達1 672 ℃，屬難熔金屬。鈦在地殼中含量較豐富，遠高於Cu、Zn、Sn、Pb等常見金屬。我國鈦的資源極為豐富，僅四川攀枝花地區發現的特大型釩鈦磁鐵礦中，伴生鈦金屬儲量約達4.2億噸，接近國外探明鈦儲量的總和。
純鈦機械性能強，可塑性好，易於加工，如有雜質，特別是0、N、C等元素存在，會提高鈦的強度和硬度，但會降低其塑性，增加脆性。
鈦是容易鈍化的金屬，且在含氧環境中，其鈍化膜在受到破壞後還能自行癒合。因此，鈦對空氣、水和若干腐蝕介質都是穩定的。鈦和鈦合金有優異的耐蝕性，只能被氫氟酸和中等濃度的強鹼溶液所侵蝕。特別是鈦對海水很穩定，將鈦或鈦合金放入海水中數年，取出後，仍光亮如初，遠優於不銹鋼。
鈦的另一重要特性是密度小。其強度是不銹鋼的3.5倍，鋁合金的1.3倍，是目前所有工業金屬材料中最高的。
液態的鈦幾乎能溶解所有的金屬，形成固溶體或金屬化合物等各種合金。合金元素如A1、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善鈦的性能，以適應不同部門的需要。例如，Ti-A1-Sn合金有很高的熱穩定性，可在相當高的溫度下長時間工作；以Ti-Al-V合金為代表的超塑性合金，可以50％～150％地伸長加工成型，其最大伸長可達到2 000％。而一般合金的塑性加工的伸長率最大不超過30％。
由於上述優異性能，鈦享有「未來的金屬」的美稱，鈦合金已廣泛用於國民經濟各部門，它是火箭、導彈和太空梭不可缺少的材料。船舶、化工、電子器件和通訊設備以及若干輕工業部門中要大量應用鈦合金，只是目前鈦的價格較昂貴，限制了它的廣泛使用。
D. 鈦合金絲加工工藝有那些
鈦及鈦合金絲由於具有良好的耐蝕性、比強度高、無磁性、與人體的親和性好和形狀記憶功能等特點, 因而不但廣泛應用於航空航天等高技術領域, 而且正越來越多地進入各種民用領域。例如在航天領域廣泛應用的鈦合金絲緊固件, 不僅可以達到減重、耐腐蝕的目的, 而且是鈦合金、碳纖維復合材料等結構件必需的連接件；汽車領域採用鈦合金絲製成的彈簧, 同鋼彈簧相比, 可減重60%~70%；醫療領域採用的鈦合金絲由於具有無毒、質輕、耐生物腐蝕及良好的生物相容性等特性而受到醫生及患者的青睞；在海水養殖方面, 用鈦絲織成的養殖網使用15 年後仍毫無損壞。
鈦及鈦合金屬於難加工材料, 由於鈦的屈強比較高, 一般為0.70~0.95, 彈性較好, 變形抗力大, 而其彈性模量相對較低, 故加工時變形抗力大, 回彈性也較嚴重；而且在加工過程中的粘著問題對製品的表面質量也產生了極為惡劣的影響。目前, 鈦合金絲材的制備工藝通過不斷改進、完善,並採用各種新興技術使鈦合金絲材產品的質量迅速提高, 種類不斷增加, 應用領域進一步擴大。拉拔仍是現今生產鈦合金絲所採用的最普遍方法,通常絲材的生產工藝流程為: 原料→鑄錠熔煉→鍛造→軋制→拉拔→熱處理→檢驗→成品。本文以絲材的生產工藝流程為主線, 重點介紹絲材的拉伸工藝, 簡單介紹絲坯的制備工藝(熔煉、鍛造、軋制)以及絲材加工技術。
1 絲坯制備工藝
1.1 熔煉工藝
鈦是非常活潑的金屬, 在液態下與氧、氮、氫及碳的反應相當快, 因此鈦合金熔煉必須在較高的真空度或惰性氣體(Ar 或Ne)保護下進行。熔煉技術主要有真空自耗電極電弧爐熔煉、真空自耗電極凝殼爐熔煉、電子束冷床爐熔煉、等離子冷床爐熔煉、真空感應爐熔煉等。從耗電量、熔化速度、成本技術經濟指標對比來看, 前兩種仍是目前最經濟適用的熔煉方法。但真空電弧熔煉對消除鈦合金中高密度夾雜和低密度夾雜的能力有限, 而冷床爐熔煉在這方面有獨特的優勢。熔煉鑄錠的質量將影響後續加工工藝以及成品質量, 可通過精選原材料, 選擇合理的熔煉工藝參數(熔煉電流、電弧電壓、真空度、漏氣率、冷卻速度、攪拌磁場強度), 嚴格控制工藝過程, 得到高質量的鑄錠。由於絲材尺寸較小, 加工工藝比較復雜, 對合金內部冶金缺陷(偏析、夾雜)的敏感性增加, 因此熔煉工藝對精確控製成分, 減少合金中的雜質含量, 確保絲材優良的性能非常關鍵。
1.2 鍛造工藝
鍛造的目的是改善組織、提高金屬的綜合性能, 為軋制工序提供坯料。其工序基本流程為: 鑄錠→加熱→開坯鍛造→冷卻→表面清理→變形坯料→加熱→鍛棒→檢驗→成品。
鑄錠和變形坯料的加熱應選擇合適的加熱溫度、加熱速度和加熱時間, 並控制好爐內氣氛, 才能保證產品質量。加熱溫度應選擇變形塑性好、鍛件質量高、變形抗力低的溫度范圍。鑄錠的開坯加熱是在(α+β)/β相變點以上100~200℃(β鈦合金除外)的范圍內; 經過鍛造變形的坯料, 粗大的鑄造組織已得到一定程度的破碎, 內部組織得到改善, 塑性提高, 因此再鍛造加熱溫度可隨退火次數增加而逐漸降低; 成品前的鍛造加熱, 為防止β脆性的發生, 獲得良好的組織及綜合性能, 對於α合金和α+β合金應在相變點以下的溫度進行, 對於β合金, 實際上是在β區加熱和鍛造的。由於鈦的導熱系數低, 在室溫下為0.0397K/cm·s·℃, 約是中碳鋼的1/4, 在高溫時卻又相近。因此, 在較低溫度加熱時應採用慢速, 避免加熱過程中表層與中心層形成很大溫度差。在高溫時, 鈦的導熱系數增加, 可採用稍快的速度加熱。
鍛造加工中, 變形溫度、變形量以及變形速度對鍛件質量有重要的影響, 必須正確控制。如前所說, 一般將鍛前的鑄錠加熱到相變點以上, 因為在此溫度下變形抗力低、塑性高, 但若鑄錠開坯的變形量過低, 鑄態組織將不能得到有效地破碎, 其性能較差, 也將直接影響到後續加工。鍛造過程中,若變形量選擇不當將嚴重影響合金的組織與性能。如TC4 合金, 當加熱溫度高於相變點之上, 而變形量不夠大時, 往往得到粗大的片狀或針狀α間β組織, 也稱粗大魏氏組織。這種組織的強度變化不大, 但塑性顯著下降。當變形量增大時則出現歪扭程度不同的條狀α+β組織, 稱為網籃狀組織。這種組織的高溫性能和斷裂韌性有所改善, 而塑性有所下降。應當選擇合適的變形量, 得到較細小的具有一定量的等軸初生α加轉變的β組織。這種組織的綜合性能較好。變形速度對鍛件質量也有很重要的影響, 當變形速度過快時, 不僅使變形抗力提高, 而且變形熱效應使鍛件局部或整體溫度過高, 得到的鍛件組織和綜合性能較差。最後須指出的是: 變形溫度、變形速度和變形量絕不是孤立的影響鍛件的質量。例如加熱溫度稍高, 但是用足夠大的變形量和較低的變形速度也可以得到較好的組織和性能。
1.3 軋制工藝
軋制加工主要為絲材拉伸提供絲坯, 進一步改善合金組織, 提高金屬的綜合性能。同鍛造工藝一樣, 對絲材的組織以及表面質量都有重要的影響。其主要工藝參數有: 加熱溫度、軋制速度和熱軋加工率。
(1) 加熱溫度
經鍛造加工後, 坯料組織均勻性和緻密性已經大大提高, 故加熱溫度可略低於鍛造溫度。α+β型合金的軋前加熱溫度一般都稍低於(α+β)/β相變溫度, 即在(α+β)相區進行加熱, 使軋制過程在(α+β)相區完成, 保證產品的組織性能較好; α型合金的加熱溫度也在(α+β)相區內, 此時熱加工性能良好且室溫性能較好; β型合金的加熱溫度在高於β相變轉變溫度以上進行, 使其變形在β相區完成, 此時合金的變形抗力小、塑性較好。不同的加熱溫度對合金的組織性能有很大影響, 如對TC9 棒材在1050 ℃軋制時, 由於其軋制溫度在β轉變溫度以上, 得到的是針狀組織, 性能較差。在α+β相區(980 ℃以下)軋制時, 得到的是等軸組織, 其性能較好。
(2) 軋制速度
目前, 鈦及其合金軋制時, 由於產量不大, 鈦製品長度較短, 大多採用手工操作, 所以不適宜高速軋制。而且軋速過快將造成軋件快速升溫, 影響最終產品組織性能。理論計算表明: 軋制速度大於12m/s後, 軋件升溫與軋制速度成正比增加; 當軋制速度大於30m/s 時, 終軋溫度與加熱溫度無關。
(3) 熱軋加工率
由於變形量的不同, 合金的組織和性能有明顯的差別。如在920 ℃下熱軋的TC4 棒材, 在28%變形量下軋制, 其組織基本上是α相被β相網格分割成等軸狀, 這種組織性能較差；在變形量為44%時, β相網格已被破碎, α相粒度較大, 這種組織性能也較差; 在變形量為66%~78%時, 有大致相同的組織, 以α相為基體, 加上細小分散的α+β組織, 這種組織性能較好。
為充分加工與細化組織, 提高材料性能, 在20世紀70年代,發明了步進軋制工藝,它是一種將軋制和鍛造兩種變形特點結合在一起的加工方式, 具有鍛造的大變形和軋制的高速度等特點。借鑒國外少數先進國家絲材的制備工藝流程為:鑄錠→開坯鍛造→熱連軋成線材。秦伯祥等人研究了採用合金鋼熱連軋機組, 生產大卷重10mm純鈦高速線材工藝, 並對產品組織、性能、外形、尺寸公差進行了分析討論, 研究表明, 用該方法生產的產品力學性能良好, 組織均勻一致, 而且表面質量良好。
2 拉伸工藝
2.1 拉伸溫度
對冷加工性能差的鈦合金常用熱拉伸進行加工, 拉伸溫度對絲材的組織、性能、間隙元素含量以及表面質量均有重要影響。朱恩科等人對Ti2Cu鈦合金絲材拉伸方法的研究結果表明, Ti2Cu 鈦合金絲材不適宜冷拉伸, 而熱拉伸方法能夠順利拉制出合格的Ti2Cu 鈦合金絲材。在拉伸過程中C、O、N 和H 的增加量, 可以通過鹼、酸洗和真空退火消除。圖1 為在冷拉伸與熱拉伸下Ti2Cu 鈦合金絲材的拉伸性能,可以看出,冷拉伸時,絲材的抗拉強度隨直徑減小而增加, 伸長率隨直徑減小而迅速降低。熱拉伸在8mm~6.19mm區間抗拉強度隨直徑減小迅速增加, 伸長率顯著下降, 這是由於只發生了部分再結晶, 硬化作用大於軟化作用; 在6.19 mm~1.15mm 區間抗拉強度和伸長率基本保持不變, 這是由於變形造成的硬化和回復再結晶引起的軟化作用達到了動態平衡。
2.2 拉伸道次加工率
熱拉伸時, 道次加工率的大小主要取決於加工溫度和絲材直徑。對於在室溫下的冷拉伸, 道次加工率主要取決於氧化、塗層的質量和潤滑劑的好壞。表1為室溫下拉伸時, 隨直徑變化道次加工率分配的一般規范。
2.3 拉伸應力
在拉伸時, 拉伸應力應小於被拉出金屬材料的屈服強度, 這是實現拉伸過程的基本條件。影響拉伸應力的因素很多, 如拉伸溫度、拉伸速度、加工率以及模具的圓錐角等等。加工率的增加、拉伸溫度的降低、圓錐角過大或過小都將引起拉伸應力的增大; 在直線拉伸時, 拉伸速度對拉伸應力無顯著改變, 而在絲材以直線式通過模孔後向牽引絞盤上纏繞時, 拉伸速度超過一定范圍將引起拉伸應力的增大。為減小拉伸過程中的拉伸應力,可通過潤滑、減小變形量、提高金屬變形塑性等方法。為此, 人們研究了多種加工技術, 其中包括輥模拉伸、超聲振動拉伸等方法。
2.4 拉伸潤滑
由於鈦合金拉伸時具有粘附模具的傾向, 造成拉絲困難, 因此除了必須採用良好的潤滑劑之外, 還應採取塗層、氧化等其他增強潤滑措施。鈦合金拉伸前大多進行氧化、塗層處理。採用的塗料有石墨乳、鹽石灰、鈣基塗層等等, 選擇塗層的依據是不僅與所加工的絲材要結合緊密, 與潤滑劑之間要有良好的浸潤性, 而且要便於清除。拉伸工藝條件不同, 使用的潤滑劑也不相同。在鈦絲拉伸工藝中, 採用的潤滑劑有工業皂粉、石墨乳以及肥皂粉與其他材料的混合物, 應選擇與塗層有良好浸潤性、熱穩定性較好的潤滑劑。如在TB2 鈦合金絲材加工中, 塗層選擇鈣基塗層, 輔以自製潤滑劑(HTK-SM), 可以獲得令人滿意的絲材表面。為增強潤滑效果, 還常採用增壓模來提高絲材的表面質量。
2.5 拉伸模
拉絲模具材質主要有硬質合金、天然金剛石、合成金剛石、聚晶金剛石。細絲生產中常用單晶天然金剛石模。天然金剛石模具雖然造價高, 但經久耐用, 尺寸變化小, 不易出現粘拉磨損、絲材劃傷等。為使待加工的絲材順利通過模具, 實現變形的目的, 形成所需的規格尺寸, 要求加工後的模具形狀有利於潤滑並減少斷絲現象, 有利於產生的變形熱量散發得快。由於經過一段時間的拉伸,模具表面發生磨損現象, 即表面因摩擦、撕裂等使模具表面有物質脫落, 會因此劃傷絲材表面。因此需要提高模具光潔度, 減少模具缺陷, 加強對模
具的管理控制。
2.6 表面處理
在絲材拉伸過程中, 表面處理也是影響絲材表面質量及組織性能的影響因素。其方式有酸洗、機械拋光、電解拋光、磷化、氧化、電鍍等。西北有色金屬研究院與有研億金新材料股份有限公司分別對鈦鉭合金絲與鈦鎳合金絲進行了表面處理的研究, 結果表明, 酸洗、機械拋光與電解拋光拉伸試樣均表現為韌性斷裂, 但電解拋光由於減少了試樣表面裂紋源而有效改善了鈦鎳合金絲材的力學性能, 而酸洗由於減少了表面夾雜物對拉伸的影響, 表現出了比機械拋光更好的綜合性能。磷化、氧化處理由於其磷化層和氧化層具有較高的硬度, 可以有效地保證絲材拉伸過程中表面不被劃傷, 但在拉伸過程中會出現表面和心部變形不協調性, 容易在表面出現裂紋, 導致材料斷裂。電鍍後的絲材雖然表面光潔, 但由於易發生氫脆現象, 試樣表現為脆性斷裂, 材料的力學性能顯著降低。
2.7 熱處理工藝
鈦及鈦合金絲熱處理時應用最多的是退火,包括中間退火和成品退火, 其目的是提高絲材繼續拉伸的加工塑性和達到所要求的成品性能。在制定退火工藝時, 不僅要考慮生產的具體條件, 更重要的應考慮金屬的力學性能與變形程度、退火溫度之間的關系。如工業純鈦, 隨著加工率的增加, 伸長率下降, 而抗拉強度升高, 說明冷加工硬化快, 因此必須進行中間退火。絲材成品的退火溫度應根據所要求的成品性能來選擇, 以達到最佳的性能匹配。如Ti-2Al-2.5Zr 絲材的優選真空退火溫度在700~850 ℃, 在這區間內, 伸長率和抗拉性能均能達到絲材的要求。表2與表3為鈦及鈦合金絲的一般退火規范, 可以看出, 絲材的退火制度還應考慮絲材的尺寸。實際應用中, 應根據合金成分以及加工工藝, 進行試驗研究, 來選擇最佳退火工藝。
除退火工藝外, 為達到各種用途所需要的性能, 還常常需要進行固溶時效等熱處理。如眼鏡架用Ti-22V-4Al 合金絲, 經780℃×30min 退火處理, 其組織均勻, 伸長率達20%以上; 再經520℃×4 h 時效處理, 維氏硬度達到2800MPa, 可達到眼鏡架用絲材對材料硬度的技術要求。
3 加工技術
傳統的固定模拉伸(即常規拉伸)有著本身固有的缺陷, 其突出問題是模具與變形金屬接觸面的摩擦以及伴隨產生的熱效應。為此, 人們發明了多種加工技術來解決上述問題。
(1) 輥模拉伸: 該技術結合了傳統的軋制與拉伸的特點, 減少了拉拔力, 增加了道次加工率,降低了加工硬化程度。由於輥模拉伸是在由非傳動的、自由旋轉的輥輪組成的孔型中拉伸, 將固定模拉伸時材料與模孔的大部分滑動摩擦轉變為非常小的滾動摩擦, 從而大幅度減小拉伸摩擦力。輥模拉伸的缺點是尺寸精度沒有固定模拉伸高, 適用於粗拉絲, 而在細拉絲中用固定模拉伸進行精整。
(2) 超聲振動拉伸: 該方法是從20世紀50年代發展起來的,拉伸時,對拉伸模施以超聲振動,可以有效降低拉伸力, 提高道次加工率。
(3) 無模拉伸: 該工藝是採用感應線圈或激光使絲材局部加熱軟化, 並施加張力使絲材變細。其優點是不需要拉伸模和潤滑劑, 變形率大, 效率高, 缺點是成品尺寸均勻性差, 質量不穩定。
(4) 增壓模拉伸: 該工藝是指在拉伸模前安裝增壓噴嘴裝置, 在絲材拉伸時, 能造成自動增壓強制潤滑效果的方法。其優點是斷絲頻率減少4/5、拉絲模壽命提高20 倍以上、改善表面質量等。
(5) 鍍層- 包套集束拉伸: 該方法首先在鈦絲表面鍍一層低碳鋼, 再將鍍好的鈦絲集束裝入低碳鋼管內, 然後進行集束拉伸加工並進行中間退火, 加工到最終尺寸後, 用硫酸酸洗將低碳鋼包套和鍍層除去。其優點是效率高、生產成本低。
(6) 包套- 碎屑擠壓: 該工藝是日本東北大學開發的, 主要用於TiNi 形狀記憶合金絲的加工,可提高產品質量、降低生產成本。首先通過包覆軋制制備由不同金屬片組成的多層復合片材, 各種金屬層的厚度比取決於所確定的化學成分, 然後把軋成的包覆片切成碎屑, 將切成的碎屑裝填到容器中製成坯料, 並將坯料擠壓成細棒, 接著再加工成細絲, 最後通過熱擴散處理, 將復合絲轉化成想要得到的金屬間化合物絲材。
(7) 四輥絲材軋機連軋生產絲材: 這種軋機是由四個軋輥組成一個圓的孔形, 工作時由一個主動輥帶動另外三個輥轉動。多個這樣的機架組成連軋機組可進行鈦合金絲材的生產, 從而大幅度提高了絲材的生產率和成品率。
4 結語
鈦及鈦合金絲材應用廣泛, 但其昂貴的價格是阻礙其應用的主要障礙, 需要開發並普及絲材制備新工藝, 以降低絲材加工成本。國外對絲材加工技術研究報道較多, 並且採用了很多新技術,因此國外的鈦合金絲材產品質量好、規格多。而國內鈦合金絲材生產技術仍然較落後, 生產流程長、效率低、成本高是目前需要解決的問題。因此我國應加大對鈦合金絲材加工的研究投入, 盡快提高在該領域的技術水平和裝備水平, 生產出質優價廉的鈦合金絲材產品, 以適應市場的需求。
E. 鈦合金液體多少溫度凝固
鈦合金液體1668±4℃凝固。鈦合金指的是多種用鈦與其他金雀或屬製成的合金金屬。鈦是20世紀50年代發展起來的一種重皮碧要的結構金屬，鈦合金強頃握伍度高、耐蝕性好、耐熱性高。20世紀50～60年代，主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金。
F. 鈦合金高強鋼等金屬材料
鈦合金、高強鋼等金屬材料在高溫下由固態變成液態，是熔化現象，需要吸熱；然後按構件形狀重新結晶，是凝固現象，凝固放熱．
故答案為：熔化；凝固．
G. 鈦金屬所有的化合物及其化合物的化學性質
鈦在1791年被發現，而第一次製得純凈的鈦卻是在1910年，中間經歷了一百餘年。原因在於：鈦在高溫下性質十分活潑，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提煉出純鈦需要十分苛刻的條件。
工業上常用硫酸分解鈦鐵礦的方法製取二氧化鈦，再由二氧化鈦製取金屬鈦。濃硫酸處理磨碎的鈦鐵礦（精礦），發生下面的化學反應：
FeTiO3+3H2SO4
==
Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O
FeTiO3+2H2SO4
==
TiOSO4+FeSO4+2H2O
FeO+H2SO4
==
FeSO4+H2O
Fe2O3+3H2SO4
==
Fe2(SO4)3+3H2O
為了除去雜質Fe2(SO4)3，加入鐵屑，Fe3+
還原為Fe2+，然後將溶液冷卻至273K以下汪租稿，使得FeSO4·7H2O（綠礬）作為副產品結晶析出。
Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏鈦酸沉澱，反應是：
Ti(SO4)2+H2O
==
TiOSO4+H2SO4
TiOSO4+2H2O
==
H2TiO3+H2SO4
鍛燒偏鈦酸即製得二氧化鈦：
H2TiO3
==
TiO2+H2O
工業上制金屬鈦採用金屬熱還原法還原四氯化鈦。將TiO2（或天然的金紅石）和炭粉混合加熱至1000～1100K，進行氯化處理，並使生成的TiCl4，蒸氣冷凝。
TiO2＋2C＋2Cl2＝TiCl4＋2CO-
在1070K
用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得困孝多孔的海綿鈦：
TiCl4＋2Mg＝2MgC12＋Ti
這種海綿鈦經過粉碎、放入真空電弧爐里熔煉，最後製成各種鈦材。
也可以通過反應：Ti+2I2＝TiI4
得到的TiI4經過高溫（1250攝氏度左右）情況下分解：
TiI4＝Ti+2I2
由此得到純鈦棒。
鈦及鈦合金的特性、用途
純鈦是銀白色的金屬，它具有許多優良性能。鈦的密度為4.54g／cm3，比鋼輕43%
，比久負盛名的輕金屬鎂稍重一些。機械強度卻與鋼相差不多，比鋁大兩倍，比鎂大五倍。鈦耐高溫，熔點1942K，比黃金高近1000K
，比鋼高近500K。
鈦屬於化學性質比較活潑的金屬。加熱時能與O2、N2、H2、S和鹵素等非金屬作用。但在常溫下，鈦表面易生成一層極薄的緻密的氧化物保護膜，可以抵抗強酸甚至王水的作用，表現出強的抗腐蝕性。因此，一般金屬在酸、鹼、鹽的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無恙。
液態鈦幾乎能溶解所有的金屬，因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中製得的鈦鋼堅韌而富有彈性。鈦與金屬Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。
鈦合金製成飛機比其它金屬製成同樣重的飛機多載旅客100多人。製成的潛艇，既能抗海水腐蝕，又能抗深層壓力，其下潛深度比不銹鋼潛艇增加80%
。同時，鈦無磁性，不會被水雷發現，具有很型陪好的反監護作用。
鈦具有「親生物「』性
H. 四氯化鈦（TiCl 4 ）是製取航天航空工業材料--鈦合金的重要原料，由鈦鐵礦（主要成分是FeTiO 3 ）制備TiC
| （1）生成Ti 3+ ，保斗判迅護Fe 2+ 不被氧空此化 |
I. 鈦的金屬性質是什麼
鈦為銀灰色金屬，質軟，有延展性。熔點1660℃，沸點3287℃，密度4.5g/cm3。導電和導熱性差。鈦能和大多數金屬和許多非金屬形成合金，金屬鈦中加入其它金屬可以增加鈦的強度，鈦合金強度比許多合金鋼還強。
鈦具有優異的抗腐蝕性。常溫下，金屬鈦表面容易形成一層保護性氧化膜；不受水、硝酸、稀硫酸、稀鹽酸和稀鹼溶液的侵蝕，對海水的抗腐蝕能力特別強。氫氟酸、磷酸和中等強度的鹼對鈦有侵蝕作用。
在高溫時鈦能和大多數非金屬單質直接化合，如氫、氧、氮、碳、硫和鹵素等。鈦在地殼中的含量為0.6%，占第9位。
J. 四氯化鈦（TiCl4）是製取航天航空工業的材料--鈦合金的重要原料．由鈦鐵礦（主要成份是FeTiO3）制備TiCl4
（1）增大可燃物接觸面積可以使反應速度加快，反應充分，粉碎的目的是增大接觸面積，使反應充分；
（2）由於混合物中含有硫酸，所以加入鐵後，鐵與硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，氫氣後面標上上升符號；
（3）由於在步驟②中鐵與硫酸反應生成硫酸悉頃亞鐵和氫氣，鐵與硫酸鐵反應生成硫酸亞鐵，所以趁熱過濾後可得到硫酸亞鐵晶體；
（4）步驟⑤灼燒發生的反應的反應物是H2TiO3，生成物是TiO2和H2O，反應物只有一種物質，生成物有兩種，屬於分解反應；
（5）反應物是TiO2和焦炭、氯氣，配枝生成物是四氯化鈦和一氧化碳，用觀察法配平，反應條件是高溫寫在等號的上邊；
（6）該工藝流程能釋放出廢液、廢氣、廢渣污染環境；
（7）過濾用到的儀器有：鐵架台、燒杯、漏斗、玻璃棒；所以玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒．
故答案為：（1）增大接觸面積，使反應充分；（2）H2SO4+Fe═FeSO4+H2↑；（3）硫酸亞鐵；（4）分解；（5）TiO2+2C+2Cl2
|