钛材生产工艺.doc

钛材生产工艺 　　 ??? 目前，金属钛生产的工业方法是可劳尔法，产品为海绵钛。制取钛材传统的工艺是将海绵钛经熔铸成锭，再加工而成钛材。按此，从采矿到制成钛材的工艺过程的主要步骤为：　　钛矿-采矿-选矿-太精矿-富集-富钛料-氯化-粗TiCl4-精制-纯TiCl4-镁还原-海绵钛-熔铸-钛锭-加工-钛材或钛部件上述步骤中如果采矿得到的是金红石，则不必经过富集，可以直接进行氯化制取粗TiCI4。另外，熔铸作业应属冶金工艺，但有时也归入加工工艺。 　　上述工艺过程中的加工过程是指塑性加工和铸造而言。塑性加工方法又包括锻造、挤压、轧制、拉伸等。它可将钛锭加工成各种尺寸的饼材、环材、板材、管材、棒材、型材等制品，也可用铸造方法制成各种形状的零件、部件。 钛和钛合金塑性加工具有变形抗力大；常温塑性差、屈服极限和强度极限比值高、回弹大、对缺口敏感、变形过程易与模具粘结、加热时又易吸咐有害气体等特点，塑性加工较钢、铜困难。 　　故钛和钛合金的加工工艺必须考虑它们的这些特点。钛采用塑性加工，加土尺寸不受限制，又能够大批量生产，但成材率低，加工过程中产生大量废屑残料。针对钛塑性加工的上述缺点，近年来发展了钛的粉末冶金工艺。钛的粉末冶金流程与普通粉末冶金相同，只是烧结必须要在真空下进行。它适用生产大批量、小尺寸的零件，特别适用于生产复杂的零部件。这种方法几乎无须再经过加工处理，成材率高，既可充分利用钛废料作原料，又可以降低生产成本，但不能生产大尺寸的钛件。钛的粉末冶金工艺流程为:钛粉(或钛合金粉)-筛分-混合-压制成形-烧结-辅助加工-钛制品。 　　钛材生产的原则流程 钛材除了纯钛外，目前世界上已经生产出近30种牌号的钛合金。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V，Ti-5Al—2.5Sn等。 　钛及钛合金的应用情况 　钛别 牌号 　　　　　　　主要特性 　　　　　　用途举例 碘法钛 TAD 这是以碘化物法所获得的高纯度钛，故称碘法钛，或称化学纯钛。但是，其中仍然还有氧.氮.碳.这类间隙杂质元素，它们对纯钛的力学性能影响很大。随着钛的纯度提高，钛的强度、硬度明显下降。故特点是：化学性稳定性很好，但强度很底。 由于高纯度的钛强度较低，它作为结构材料应用意义不大，故在工业中很少用。目前在工业中广泛使用的是工业纯钛和钛合金。 工业纯钛 TA1TA2TA3 工业纯钛与化学纯钛不同之处是：它含有较多的氧.氮.碳及多种其它杂志元素（如铁.硅等），它实质上是一种低合金含量的钛合金 。与化学纯钛相比，由于含有较多的杂志元素使其强度大大提高，它的力学性能与化学性与不锈钢相似（但和钛合金相比，强度仍然较低）工业纯钛的特点是：强度不高，但塑性好，易于加工成行，冲压、焊接、可切割加工性能良好；在大气，海水.湿氯气 及氧化性、中性、弱还原性介质中具有良好的耐蚀性，抗氧化性优于大多数臭固体不锈钢但耐热性较差，使用温度不太高。工业纯钛按其杂质含量的不同，分为TA1.TA2和TA3三个牌号。这三种工业纯钛的间隙杂质元素是逐渐增加的，故其机械强度和硬度也随之逐级增加，但塑性.韧性相应下降。工业上常用的纯钛是TA2，因其耐蚀性能和综合力学性能适中。对耐腐和强度要求较高时可采用TA3。对要求较好的成型性能时可采用TA1。 （1）主要用作工作温度360度以下，受力不大但要求高塑性的冲压件和耐蚀结构零件，例如：飞机的骨架 个皮，发动机附件，船舶用耐海水腐蚀管道、阀门、泵及水带.海水淡化系统零部件，化工上的热交换器.泵体、蒸馏塔、冷却器、搅拌器、三通、叶轮、坚固件、离子泵、压缩机气阀以及柴油发动机活塞、连杆、叶簧等。（2）TA1.TA2在铁含量为0.095%.氧含量为0.08%.氢含量为0.0009%.氮含量为0.0062%时，具有很好的低温韧性和高的低温强度，可用作-259℃以下的低温结构材料。 α型钛合金 TA4 这类合金在室温和使用温度下有α型单相态，不能热处理强化(追灭是唯一的处理方式)，,主要依靠固溶强化。室温强度一般低于β型和α+β型钛合金(但高于工业纯钛)，而在高温(500℃--600℃)下的强度和蜕变，强度却是三类钛合金中最高的，且组织稳定，抗氧化性和焊接性能好，耐蚀性和可切削加工性能也较好，但塑性低(热塑性仍然良好)室温冲压性能差。其中使用最广的是TA7，它在退火状态下具有中等强度和足够的塑性,焊接性能良好,可在500℃以下使用,当其间隙杂质元素(氧、氢、氮等)含量极低时，再超低温时还具有良好的韧性和综合力学性能，是优良的超低温合金之一。 抗拉强度比工业纯钛稍高,可做中等强度范围的结构材料，国内主要用作焊丝。 TA5TA6 用于400℃以下在腐蚀介质中工作的零件及焊接件，如飞机才皮,骨架零件,压气机壳体、叶片、船舶零件等。