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普及關(guān)于鈦以及鈦合金的基礎(chǔ)知識(shí)
2021-05-13
1、生產(chǎn)方法 鈦?zhàn)鳛橐环N化學(xué)元素，是英國(guó)人維利雅姆?格列高爾在1791年發(fā)現(xiàn)的?鈦?zhàn)鳛橐环N結(jié)構(gòu)金屬，50年前才開始使用?鈦在自然界中的分布相當(dāng)廣泛，金屬中僅次于鋁、鐵、鎂居第四位? 鈦?zhàn)鳛楣I(yè)結(jié)構(gòu)金屬的開發(fā)，晚于其它金屬，這是因?yàn)殁伿且环N難以熔化的、而在高溫下化學(xué)活性很高的元素，從礦石中提取金屬鈦以及由金屬鈦生產(chǎn)制品，都存在很大的技術(shù)性困難．自從真空冶金方法和其它新 工藝方法出現(xiàn)以后，才克服了這些困難? 鈦的特點(diǎn)之一，是能與空氣中的氧和氮產(chǎn)生劇烈的相互作用，形成脆性的合金，即使鈦中的氧、氮的含量只有百分之幾，也足以使合金變脆?所以，金屬鈦真實(shí)的機(jī)械性能，直到不久前，也就是以碘化法制得高純鈦以后才得以確定? 由于鈦對(duì)氧的化學(xué)親和力高，由氧化物礦石提取純金屬的嘗試，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)方面沒有得到令人滿意的結(jié)果?用鈦與鹵素（氯、碘）的化合物作原料，可得到高純金屬?用于研究目的的高純鈦，可通過揮發(fā)性碘化鈦的熱解法來制得，即所謂的碘化法? 生產(chǎn)工業(yè)用途的工業(yè)純鈦，可用鎂（鎂熱法）或鈉（鈉熱法）還原四氯化鈦的方法，其中鎂熱法應(yīng)用最為廣泛． 應(yīng)該指出，電解法目前僅用于鈦的除雜精煉（溶解陰極法) .由氧化物礦石作原料進(jìn)行鈦工業(yè)生產(chǎn)的許多電解實(shí)驗(yàn)，至今都是不成功的，這是因?yàn)槠涑杀靖哂诼然伒逆V熱還原法或鈉熱還原法? 用氫化鈣還原純氧化鈦的方法〔第匹種方法），僅在制取特殊用途細(xì)鈦粉方面有少量的應(yīng)用，因?yàn)樵摲椒炔荒鼙ＷC還原的充分性，也不能保證產(chǎn)品有需要的純度水平．鎂熱制鈦方法的優(yōu)點(diǎn)，是金屬鎂價(jià)廉易 得，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都能生產(chǎn)，此外，可形成閉路的生產(chǎn)循環(huán)，而還原反應(yīng)的副產(chǎn)品（氯化鎂）還可用于制取生產(chǎn)過程所需要的兩種原料一氯和金屬鎂，從而顯著降低了生產(chǎn)成本? 鎂熱法的缺點(diǎn)，是其生產(chǎn)不連續(xù)?開發(fā)連續(xù)生產(chǎn)方法，將能進(jìn)一步降低目前還相當(dāng)高的鈦生產(chǎn)成本，同時(shí)提高生產(chǎn)效率． 1995年全世界金屬鈦的總產(chǎn)量為5 ? 54 萬t.主要的產(chǎn)鈦國(guó)和用鈦國(guó)有美國(guó)、獨(dú)聯(lián)體國(guó)家、日本和中國(guó)?鈦和鐵、鋁、鎂、鎳一樣，是現(xiàn)代機(jī)器制造業(yè)最重要的材料之一。 2、特性 鈦?zhàn)鳛榻Y(jié)構(gòu)材料的優(yōu)點(diǎn)，是眾所周知的，鈦的重量輕、在很寬的工作溫度范圍內(nèi)有較高的持久強(qiáng)度，可廣泛應(yīng)用于航空、宇航和其它的機(jī)器制造部門?鈦的耐腐蝕性高，可使用于化學(xué)機(jī)器制造業(yè)和其它部門? 鈦可使用在由極端低溫到500一600 ℃ 的溫度范圍內(nèi)，純鈦和某些鈦合金，甚至在液氦中也不變脆，而鈦鋁合金甚至可使用到 750一850 ℃．在從低溫到高溫的整個(gè)溫度范圍內(nèi)，鈦合金的比強(qiáng)度均超過其它結(jié)構(gòu)材料? 鈦與鐵一樣，是多晶型金屬，因而鈦合金具有各種各樣的組織形態(tài)和相組成．鈦的綜合物理化學(xué)性能與鐵族金屬極不相同，所以將現(xiàn)代的研究方法應(yīng)用到鈦合金上也有一定的特點(diǎn)，甚至是制備顯微組織與宏觀組織磨片，都有一定的困難，因?yàn)殁佊姓掣角邢鞴ぞ叩奶匦?鈦及鈦合金試片的機(jī)械加工，磨削和拋光，應(yīng)采用特殊的工藝方法與操作規(guī)程?由于鈦的氧化與滲氫，制備透射電子顯微鏡檢查用的箔片存在不少困難?鈦及鈦合金在酸洗時(shí)，在滲氫性制劑和電解質(zhì)中都會(huì)吸收大量的氫，結(jié)果使試樣的相組成與原始值相去甚遠(yuǎn)? 盡管鈦合金（不包括金屬間化合物）中只有為數(shù)較少的相（愎、 ，但由于這些相的晶格取向?qū)?yīng)關(guān)系接近，而使其x射線反射處于相近的、通常相互重疊的角度范圍，這就給解釋x射線組織分析的結(jié)果以及電子照相的分析結(jié)果造成困難? 合金的金相研究方法，通常廣泛應(yīng)用于半成品和成品的控制與調(diào)整．例如，研究宏觀組織便可查因鑄錠鑄造工藝不完善而造成的化學(xué)成分不均勻性、晶粒不一致性以及材料的其它缺陷?顯微分析可判斷是否違反了不同的工藝加熱規(guī)范，諸如壓力加工前加熱、退火、熱處理強(qiáng)化等規(guī)范?為了評(píng)價(jià)斷口的組織形態(tài)并研究在使用時(shí)發(fā)生破壞的原因，正越來越多地使用金相分析法及其相似方法? 金相學(xué)的重要組成部分，是二元系、 元系及多元復(fù)雜系的相平衡圖?關(guān)于多元復(fù)雜系相平衡圖的資料還很有限，在使用相平衡圖時(shí)應(yīng)該注意使其處于最接近相平衡狀態(tài)的條件下，在工業(yè)條件下，由于冷卻速度高，合金不會(huì)實(shí)現(xiàn)平衡狀態(tài)，而其相組成則與理論值有相當(dāng)大的差距．某些鈦合金實(shí)現(xiàn)平衡非常緩慢：例如建立Ti-cr系相平衡圖在實(shí)驗(yàn)方面存在很大的困難?而且根據(jù)相平衡圖通常只能確定大致的相組成，并判斷應(yīng)該如何在合金狀態(tài)接近平衡的條件下調(diào)整相的數(shù)量與組成? 根據(jù)相平衡圖，可以預(yù)測(cè)合金性能與其化學(xué)成分及相組成之間的關(guān)系．H ℃ ?庫(kù)爾納科夫曾提出假設(shè)，兩相合金的性能是加和性的?而后，A ? A ?博奇瓦爾院士指出，如果兩相二元合金化學(xué)成分的變化能顯著改變單個(gè)的晶粒尺寸，則違反加和定率?札菲發(fā)現(xiàn)兩相二元鈦合金性能偏離加和定律?而后，B ? H ?莫依謝耶夫通過比較札菲的理論用其它方法，發(fā)展了兩相鈦合金遵守加和定律的論點(diǎn)? ?A ?科拉切夫?qū)@些規(guī)律性進(jìn)行了總結(jié)? |