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為什么聽到鈦合金都覺得很牛,到底是一種什么樣的材料?

發布時間:2021-07-15 11:13:22 丨 瀏覽次數:

      我們在一些電視節目或者網絡上,經常能看到介紹建造航母有多么的燒錢,這是因為航母的建造需要涉及到很多技術領域和相關的材料,所以說建造航母光有錢還不夠,還需要有強大的工業基礎和材料研發能力。

曾經有報道說航母甲板上一顆鉚釘就能換一輛轎車,可見有多燒錢,這種鉚釘也不是普通的鉚釘,它是用鈦合金材料制成的鉚釘,這種昂貴的鈦合金鉚釘并不是滿甲板都是,也只有在起落戰斗機的地方才有。

  因為戰斗機在起飛時會噴出超過1000攝氏度的高溫,這就需要對甲板有耐高溫的要求,而對耐高溫材料的焊接技術又不成熟,所以甲板之間的拼裝就需要靠鈦合金鉚釘來完成。

  鈦合金是以鈦為基礎加入了其它元素組成的合金,鈦合金材料具有質量輕,強度大,彈性小,耐高溫和耐腐蝕等特點,主要用于航空發動機,火箭,導彈的部件,(普通工業也會用到鈦,鈦的等級也有很多,不同行業根據要求會選擇合適等級的鈦。)

  鈦合金是比較年輕的一種金屬,從被研發出來到現在也就六,七十年的歷史,進入20世紀后傳統的鋼鐵和鋁已經不能滿足航天航空,航海等領域的需求,在1954年由美國公司研發出了鈦合金材料。

  每當說起一個產品的材料采用了鈦合金時,就會吸引很多人的眼球,因為鈦合金這種材料特別的貴,在很多人眼中鈦合金都是高檔金屬材料的代名詞,這么金貴的材料一般都是用在航空發動機上,它還是一些尖端武器裝備的最理想材料。

  但事實上,組成鈦合金這種材料的主要金屬鈦并不稀有,在地球上鈦元素的含量占到地殼總質量的0.45%,僅次于鐵,鋁,鎂等金屬元素,目前已知的鈦礦物種類就超過了140多種,儲量也是很豐富的。

  在自然界中鈦存在于鈦鐵礦和金紅石等礦物中,純鈦呈銀灰色,同時它也是一種輕質金屬,鈦的密度只有4.54克每立方厘米,熔點在1668攝氏度,具有可塑性。

  而真正讓鈦備受追捧的還是它本身具有的特性,作為一種輕質金屬,在所有元素中,鈦的重量與強度的比例最高,重量比鋼輕44%,但機械強度卻與鋼差不多,比鋁強3倍,鈦擁有極強的抗腐蝕能力,與鋁相似的是鈦在常溫下表面也會覆蓋一層致密的氧化膜。

  其無毒,無磁的特點也很適合于工業生產,液態鈦幾乎可以與所有金屬相溶,因此可以與多種金屬形成合金,通過加入一定比例的其它金屬元素,可以讓冶煉出來的鈦合金在保證重量輕,強度大,耐腐蝕特性的同時,還擁有更大的強度或者更強的耐高溫度性能,甚至還擁有記憶能力,鈦是與人體最相容的一種金屬,在醫學領域也有使用,比如心臟支架,骨科鈦板等,日常生活中一些眼鏡框,手表框,還有一些體育用品也會廣泛使用鈦合金。

  這就會涉及到金屬的冶煉技術,鈦合金對冶煉環境及其苛刻,鈦在高溫條件下化學活性小,所以冶煉鈦合金必須要在高溫下進行,一般情況下鈦合金冶煉溫度要在800攝氏度以上,并且還要在真空的環境下操作,這個冶煉環境相對于鋼鐵等金屬要高很多,正所謂物以稀為貴,久而久之鈦合金就成了所謂的稀有金屬,這就導致了它的價格居高不下。

  雖然鈦合金的產量低價格貴,但并不代表用得少,特別是各國在一些尖端武器裝備和國之重器上對鈦合金的使用也是很豪放的,據透露,中國殲-20使用的鈦合金大約占機身重量的20%,這些鈦合金主要用于機身的結構材料。

  目前鈦合金材料在航空航天工業中應用是最多的,所以也將鈦合金叫作“空間金屬”,它重量輕,強度大又耐高溫,特別適合制造航空航天器,很多以前使用鋁合金的部件都改用了鈦合金。

  隨著技術的發展,現在飛機的最高航速時是音速的3倍以上,這么快的超音速飛行,會使飛機與空氣摩擦而產生大量的熱,一般當飛行速度達到音速2倍以下時機身用鋁合金就可以了,當飛行速度達到音速的2倍以上時,鋁合金就經受不住了,就必須采用耐高溫和性能更好的鈦合金,當飛行速度超過音速的3倍時,機身就要使用更多的鈦合金。

  一些攻擊核潛艇的內壓艇殼,魚雷艙等部件都是用鈦合金打造,鈦合金材料無磁,耐腐蝕,強度極高,可以有效的抵抗炸彈的沖擊波,還有就是能夠下潛得更深,例如我國“蛟龍號”載人艙就使用了鈦合金材料,能夠下潛到7000多米的深海,這就相當于每平方米要承受7000噸的壓力,壓力大得驚人啊。

  現在各國除了在航空,火箭發動機,潛艇,戰機等高精尖設備上大量使用鈦合金外,在常規或者單兵裝備上也廣泛使用鈦合金,例如榴彈炮,防彈頭盔等。

  目前世界上鈦合金技術最強,應用最多的就是美俄中,而中國的鈦礦儲量世界第一,約占世界總儲量的28.9%,其中鈦鐵礦儲量約為7.2億噸,占全球鈦礦的92%,金紅石儲量約為4700萬噸,二者合計儲量約7.67億噸,這應該就是所說的家里有礦,對于鈦合金的冶煉和加工也已經實現了產業化,所以說鈦合金在中國各領域的廣泛應用已經不存在原理和技術問題了,相信未來鈦合金這種“空間金屬”不再只是航空航天領域才會使用。


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