為什么聽到鈦合金都覺得很牛,到底是一種什么樣的材料?
我們在一些電視節目或者網絡上,經常(chang)能看到介紹建造(zao)(zao)航(hang)(hang)母(mu)(mu)有多么的燒錢,這是因為(wei)航(hang)(hang)母(mu)(mu)的建造(zao)(zao)需要涉及到很多技術領域和相關的材(cai)料(liao),所(suo)以說建造(zao)(zao)航(hang)(hang)母(mu)(mu)光有錢還不(bu)夠(gou),還需要有強大的工業基(ji)礎和材(cai)料(liao)研發能力(li)。
曾經有報道說航(hang)母甲板上一顆鉚(liu)釘就(jiu)能(neng)換一輛轎車,可見有多燒錢,這種鉚(liu)釘也(ye)不是(shi)普通的鉚(liu)釘,它是(shi)用鈦合(he)金(jin)(jin)材(cai)料制成(cheng)的鉚(liu)釘,這種昂貴的鈦合(he)金(jin)(jin)鉚(liu)釘并不是(shi)滿甲板都是(shi),也(ye)只有在(zai)起落戰斗(dou)機(ji)的地方才(cai)有。
因為(wei)戰斗機在(zai)起飛時會噴出(chu)超過(guo)1000攝氏度的高(gao)溫,這就(jiu)需(xu)要對(dui)甲(jia)板有耐高(gao)溫的要求,而對(dui)耐高(gao)溫材(cai)料(liao)的焊接技術(shu)又不成(cheng)熟,所以甲(jia)板之間的拼裝就(jiu)需(xu)要靠鈦合金鉚(liu)釘來完成(cheng)。
鈦合(he)金是以鈦為基(ji)礎加入了其它(ta)元素組成的(de)合(he)金,鈦合(he)金材料(liao)具有(you)質(zhi)量輕,強度大,彈性(xing)小(xiao),耐高溫(wen)和耐腐(fu)蝕等特(te)點,主要用于航空發(fa)動(dong)機,火箭,導(dao)彈的(de)部件,(普(pu)通工(gong)業(ye)也會用到鈦,鈦的(de)等級(ji)也有(you)很多(duo),不同行業(ye)根據(ju)要求會選擇合(he)適(shi)等級(ji)的(de)鈦。)
鈦(tai)合金(jin)是比較(jiao)年輕的一種(zhong)金(jin)屬(shu),從被研(yan)發出(chu)來到現在(zai)也(ye)就六,七十年的歷史,進入(ru)20世紀后傳統的鋼鐵和(he)鋁(lv)已經(jing)不能(neng)滿(man)足航天航空,航海等領域的需(xu)求,在(zai)1954年由美國公司研(yan)發出(chu)了鈦(tai)合金(jin)材料。
每(mei)當說起一個(ge)產品的(de)材料(liao)采用(yong)了鈦合金(jin)(jin)時(shi),就(jiu)會吸引很多人(ren)(ren)的(de)眼球(qiu),因為鈦合金(jin)(jin)這種材料(liao)特別的(de)貴(gui),在很多人(ren)(ren)眼中鈦合金(jin)(jin)都是(shi)高檔(dang)金(jin)(jin)屬材料(liao)的(de)代(dai)名(ming)詞,這么(me)金(jin)(jin)貴(gui)的(de)材料(liao)一般都是(shi)用(yong)在航空發動(dong)機上,它(ta)還是(shi)一些(xie)尖端武器裝備的(de)最理想材料(liao)。
但事實上(shang),組成鈦(tai)(tai)合金(jin)這種(zhong)材(cai)料的(de)主要金(jin)屬(shu)鈦(tai)(tai)并不稀有(you),在地球上(shang)鈦(tai)(tai)元(yuan)素(su)(su)的(de)含(han)量占到地殼(ke)總質量的(de)0.45%,僅(jin)次于鐵,鋁(lv),鎂等金(jin)屬(shu)元(yuan)素(su)(su),目(mu)前已知的(de)鈦(tai)(tai)礦(kuang)物種(zhong)類就超過(guo)了140多種(zhong),儲(chu)量也(ye)是很(hen)豐富的(de)。
在(zai)自(zi)然界中鈦(tai)(tai)存在(zai)于鈦(tai)(tai)鐵礦和金紅石等礦物中,純鈦(tai)(tai)呈銀灰色,同時它也是一種輕質金屬(shu),鈦(tai)(tai)的(de)密度只有4.54克每(mei)立方厘(li)米,熔點在(zai)1668攝(she)氏度,具有可(ke)塑性(xing)。
而真(zhen)正讓鈦備受(shou)追捧的(de)還(huan)是它本身具有(you)的(de)特(te)性,作為一種輕(qing)質金屬(shu),在所有(you)元素中,鈦的(de)重量與(yu)(yu)強度的(de)比例最高,重量比鋼輕(qing)44%,但機械強度卻與(yu)(yu)鋼差(cha)不多,比鋁強3倍,鈦擁有(you)極強的(de)抗腐蝕能力,與(yu)(yu)鋁相(xiang)似(si)的(de)是鈦在常溫下表面也會(hui)覆蓋一層致(zhi)密的(de)氧化膜。
其無毒(du),無磁的(de)特點也很適合于工(gong)業(ye)生(sheng)產,液態鈦(tai)(tai)幾乎可(ke)以(yi)與(yu)所有(you)金屬(shu)相溶,因此可(ke)以(yi)與(yu)多種(zhong)金屬(shu)形成合金,通過加入一(yi)定比例的(de)其它金屬(shu)元(yuan)素,可(ke)以(yi)讓冶煉出來的(de)鈦(tai)(tai)合金在保證重量輕,強(qiang)度大,耐腐蝕(shi)特性的(de)同時(shi),還擁有(you)更大的(de)強(qiang)度或者更強(qiang)的(de)耐高溫度性能(neng),甚至還擁有(you)記(ji)憶(yi)能(neng)力,鈦(tai)(tai)是與(yu)人(ren)體最(zui)相容的(de)一(yi)種(zhong)金屬(shu),在醫學領域也有(you)使用(yong),比如心臟支架,骨科(ke)鈦(tai)(tai)板等(deng),日常(chang)生(sheng)活中(zhong)一(yi)些眼鏡(jing)框(kuang),手表框(kuang),還有(you)一(yi)些體育用(yong)品也會廣(guang)泛(fan)使用(yong)鈦(tai)(tai)合金。
這(zhe)就會涉及到金屬的(de)冶(ye)煉技術,鈦(tai)(tai)合金對(dui)冶(ye)煉環境(jing)及其(qi)苛刻,鈦(tai)(tai)在(zai)高溫條件下(xia)(xia)化學活性小,所(suo)以(yi)冶(ye)煉鈦(tai)(tai)合金必須(xu)要(yao)(yao)在(zai)高溫下(xia)(xia)進行,一般情況下(xia)(xia)鈦(tai)(tai)合金冶(ye)煉溫度(du)要(yao)(yao)在(zai)800攝氏度(du)以(yi)上,并且還(huan)要(yao)(yao)在(zai)真(zhen)空(kong)的(de)環境(jing)下(xia)(xia)操作,這(zhe)個冶(ye)煉環境(jing)相對(dui)于鋼鐵(tie)等金屬要(yao)(yao)高很多,正所(suo)謂物以(yi)稀(xi)為貴(gui),久(jiu)而久(jiu)之鈦(tai)(tai)合金就成了所(suo)謂的(de)稀(xi)有金屬,這(zhe)就導致了它的(de)價格(ge)居高不(bu)下(xia)(xia)。
雖(sui)然鈦(tai)合(he)金的(de)產量低價格貴,但并不代表用(yong)得少,特別是各國(guo)(guo)在一些尖端武器裝備和國(guo)(guo)之重器上(shang)對鈦(tai)合(he)金的(de)使用(yong)也是很豪放的(de),據(ju)透露(lu),中國(guo)(guo)殲(jian)-20使用(yong)的(de)鈦(tai)合(he)金大約占機(ji)身(shen)重量的(de)20%,這些鈦(tai)合(he)金主要(yao)用(yong)于機(ji)身(shen)的(de)結構材料。
目前鈦(tai)合金(jin)(jin)材料在航空航天工業中應(ying)用是最多的(de),所以(yi)(yi)也將鈦(tai)合金(jin)(jin)叫作“空間金(jin)(jin)屬(shu)”,它重量輕,強度大又耐(nai)高溫(wen),特別適合制(zhi)造航空航天器,很多以(yi)(yi)前使用鋁(lv)合金(jin)(jin)的(de)部(bu)件都改用了鈦(tai)合金(jin)(jin)。
隨(sui)著(zhu)技術的(de)發展,現在(zai)飛(fei)機的(de)最高(gao)航速(su)(su)(su)時(shi)(shi)是音(yin)速(su)(su)(su)的(de)3倍以上,這么(me)快(kuai)的(de)超音(yin)速(su)(su)(su)飛(fei)行(xing),會(hui)使飛(fei)機與空氣摩擦(ca)而產生大量的(de)熱,一般當(dang)飛(fei)行(xing)速(su)(su)(su)度達(da)到音(yin)速(su)(su)(su)2倍以下時(shi)(shi)機身用鋁合(he)金(jin)就(jiu)(jiu)可以了,當(dang)飛(fei)行(xing)速(su)(su)(su)度達(da)到音(yin)速(su)(su)(su)的(de)2倍以上時(shi)(shi),鋁合(he)金(jin)就(jiu)(jiu)經受不住(zhu)了,就(jiu)(jiu)必須采用耐高(gao)溫和性能更好的(de)鈦合(he)金(jin),當(dang)飛(fei)行(xing)速(su)(su)(su)度超過音(yin)速(su)(su)(su)的(de)3倍時(shi)(shi),機身就(jiu)(jiu)要使用更多的(de)鈦合(he)金(jin)。
一(yi)些攻擊核潛艇的(de)(de)內壓艇殼,魚雷艙等部件(jian)都(dou)是(shi)用鈦(tai)合金(jin)打造,鈦(tai)合金(jin)材(cai)(cai)料無磁,耐腐(fu)蝕,強度極高,可以有效的(de)(de)抵(di)抗炸彈的(de)(de)沖擊波,還有就是(shi)能夠下(xia)潛得更深(shen),例如我國“蛟龍號”載(zai)人艙就使用了鈦(tai)合金(jin)材(cai)(cai)料,能夠下(xia)潛到7000多米(mi)的(de)(de)深(shen)海,這就相當于每平(ping)方米(mi)要承(cheng)受7000噸的(de)(de)壓力,壓力大(da)得驚人啊。
現在(zai)(zai)各國除了在(zai)(zai)航空,火(huo)箭發動(dong)機,潛艇,戰機等高精尖設備上(shang)大量使(shi)用鈦合金外(wai),在(zai)(zai)常規或者單兵裝備上(shang)也廣泛(fan)使(shi)用鈦合金,例如榴(liu)彈(dan)炮,防(fang)彈(dan)頭盔等。
目(mu)前世(shi)界(jie)上(shang)鈦(tai)(tai)合(he)(he)金技術最強,應(ying)用(yong)(yong)最多的(de)(de)(de)就(jiu)是美俄中(zhong),而中(zhong)國的(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)儲(chu)量(liang)世(shi)界(jie)第(di)一(yi),約占世(shi)界(jie)總儲(chu)量(liang)的(de)(de)(de)28.9%,其中(zhong)鈦(tai)(tai)鐵礦(kuang)(kuang)儲(chu)量(liang)約為(wei)7.2億噸(dun),占全球鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)的(de)(de)(de)92%,金紅石儲(chu)量(liang)約為(wei)4700萬噸(dun),二者合(he)(he)計儲(chu)量(liang)約7.67億噸(dun),這(zhe)應(ying)該就(jiu)是所說的(de)(de)(de)家里(li)有礦(kuang)(kuang),對于鈦(tai)(tai)合(he)(he)金的(de)(de)(de)冶煉和加工也已(yi)經實現(xian)了產業化,所以說鈦(tai)(tai)合(he)(he)金在(zai)中(zhong)國各(ge)領域的(de)(de)(de)廣泛應(ying)用(yong)(yong)已(yi)經不存在(zai)原理(li)和技術問題(ti)了,相信未來鈦(tai)(tai)合(he)(he)金這(zhe)種(zhong)“空(kong)(kong)間金屬”不再只是航空(kong)(kong)航天(tian)領域才會(hui)使用(yong)(yong)。