金属结构材料-钛合金课件.ppt
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- 金属结构 材料 钛合金 课件
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1、先进金属结构材料先进金属结构材料 钛及钛合金钛及钛合金主要内容主要内容第四部分第四部分 商业纯钛与商业纯钛与钛合金钛合金第三部分第三部分 制备工艺制备工艺 第二部分第二部分 基本问题基本问题 第一部分第一部分 简介简介第五部分第五部分 +钛合金钛合金第六部分第六部分 高温钛合金高温钛合金第七部分第七部分 钛合金钛合金第一部分第一部分 简介简介u1791年,英国牧师业余矿物学家年,英国牧师业余矿物学家William Gregory发现了一发现了一种新元素种新元素:他分析了英格兰他分析了英格兰Cornwall地区地区Menachan山谷山谷Helford河中河中的磁性矿砂,并分离出了的磁性矿砂,并
2、分离出了“黑色矿砂黑色矿砂”,即现在的钛铁,即现在的钛铁矿。他利用磁铁除去其中的铁,再用盐酸处理剩余物,矿。他利用磁铁除去其中的铁,再用盐酸处理剩余物,得到了一种不太纯的新元素的氧化物得到了一种不太纯的新元素的氧化物TiO2。u1795年,德国柏林化学家年,德国柏林化学家Martin Heinrich Klaproth独立地独立地从匈牙利产的矿石(即现在的金红石)中分解出了氧化钛,从匈牙利产的矿石(即现在的金红石)中分解出了氧化钛,并根据希腊神话中并根据希腊神话中Uranos和和Gaia的孩子们的名字的孩子们的名字Titans为其重新命名。为其重新命名。 Titans 当时曾遭到父亲的极端憎恨
3、,被监禁当时曾遭到父亲的极端憎恨,被监禁在地壳中,其情形与从矿石中难以提炼出来这种新元素类似,在地壳中,其情形与从矿石中难以提炼出来这种新元素类似,因此,他将该元素命名为因此,他将该元素命名为Titanium。简简 介介u一百多年以后,一百多年以后,1910年纽约年纽约Troy区区Rensselaer Polytechnic Institute 的的Matthew Albert Hunter 通过加热放在钢弹容器中通过加热放在钢弹容器中TiCl4和和Na的混合物制取了金属钛。的混合物制取了金属钛。u最终卢森堡化学家最终卢森堡化学家Wilhelm justin Kroll 于于1932年用年用T
4、iCl4和和Ca制取了大量的钛,他被称为钛工业之父。制取了大量的钛,他被称为钛工业之父。u第二次世界大战初期,他到美国避难并在美国矿务局证明了第二次世界大战初期,他到美国避难并在美国矿务局证明了用用Ca取代取代Mg作为还原剂还原作为还原剂还原TiCl4可以商业化地提炼钛。直至可以商业化地提炼钛。直至今日,该方法仍然是应用最广泛的工艺,被称为今日,该方法仍然是应用最广泛的工艺,被称为“Kroll工工艺艺”。u第二次世界大战后,钛基合金很快称为航空发动机的关键材第二次世界大战后,钛基合金很快称为航空发动机的关键材料。料。1948年杜邦公司首先开始商业化生产金属钛。年杜邦公司首先开始商业化生产金属钛
5、。简简 介介u钛在地壳中的含量为钛在地壳中的含量为0.6%,是仅次于铝、铁、镁排在第四位,是仅次于铝、铁、镁排在第四位的金属元素。遗憾的是,人们极少在地壳中发现高含钛量的矿石,的金属元素。遗憾的是,人们极少在地壳中发现高含钛量的矿石,且从未发现过纯钛。由于制取金属纯钛的难度很大,所以钛的价且从未发现过纯钛。由于制取金属纯钛的难度很大,所以钛的价格很高。格很高。u主要矿藏为钛铁矿(主要矿藏为钛铁矿(FeTiO3)和金红石矿()和金红石矿(TiO2)。)。u金属钛生产从金属钛生产从1948年至今才有半个世纪的历史,它是伴随着航年至今才有半个世纪的历史,它是伴随着航空和航天工业而发展起来的新兴工业。
6、它的发展经受了数次大起空和航天工业而发展起来的新兴工业。它的发展经受了数次大起大落,这是因为钛与飞机制造业有关的缘故。大落,这是因为钛与飞机制造业有关的缘故。u但总的说来,钛发展的速度是很快的,它超过了任何一种其他但总的说来,钛发展的速度是很快的,它超过了任何一种其他有色金属的发展速度。这从全世界海绵钛工业发展情况可以看出:有色金属的发展速度。这从全世界海绵钛工业发展情况可以看出:海绵钛生产规模海绵钛生产规模60年代为年代为60kt/a,70年代为年代为1l0kt/a,80年代为年代为130kt/a,到,到1992年已达年已达140kt/a。简简 介介简简 介介简简 介介钛在航空上的应用:钛在
7、航空上的应用:机身和航空发动机机身和航空发动机现代航空发动机上钛的用量约占现代航空发动机上钛的用量约占25波音777所用发动机简简 介介钛的其它使用:钛的其它使用:u钢铁及其它金属的强化元素钢铁及其它金属的强化元素u因具有极好的耐腐蚀性能用作身体器官的代替品,因具有极好的耐腐蚀性能用作身体器官的代替品,如人工关节如人工关节生物材料生物材料u高档消费品,如高尔夫球头、球杆高档消费品,如高尔夫球头、球杆奢侈消费品奢侈消费品u第二部分第二部分 基本问题基本问题基本问题与氧气的反应活性高也使得钛在暴露于空气中时表面与氧气的反应活性高也使得钛在暴露于空气中时表面会形成一层稳定的氧化层,这就使得钛在恶劣环
8、境下会形成一层稳定的氧化层,这就使得钛在恶劣环境下的腐蚀抗性很高,尤其是在酸溶液中。的腐蚀抗性很高,尤其是在酸溶液中。熔点高使得钛比铝的使用温度高了熔点高使得钛比铝的使用温度高了150左右。对氧气左右。对氧气的高反应活性使得钛的最高适用温度在的高反应活性使得钛的最高适用温度在600左右,在左右,在此温度之上,氧在氧化层中的扩散变快,导致氧化层此温度之上,氧在氧化层中的扩散变快,导致氧化层过度增厚,并且与钛合金连接处的氧化层变脆。过度增厚,并且与钛合金连接处的氧化层变脆。2.1 基本性质基本性质基本问题2.2 晶体结构晶体结构u纯钛在纯钛在822822时有同素异形转变,从高温时的体心立时有同素异
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