我國工業(yè)純鈦按GB／T3260－1994《鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成份》的規(guī)定共分為TAO、TA1、TA2、TA3四級。美國ASTM定為Gr1、Gr2、Gr3、Gr4四級，日本JIS標(biāo)準(zhǔn)分為1種、2種、3種、4種四級。

鈦及鈦合金有三大類：α 鈦（牌號為TA-*） β鈦 （牌號為TB-*） α+β鈦（牌號為TC-*）

*為阿拉伯?dāng)?shù)字，具體看GB/T 3620.1-2007 有中國所有的鈦及鈦合金牌號和成分。

成分及特性

工業(yè)純鈦

commercially pure titanium

鈦 Ti

含一定量的氧、氮、碳、硅、鐵及其他元素雜質(zhì)的α相鈦。鈦含量不低于98%、含有少量氧、氮、氫、碳、硅和鐵等雜質(zhì)的致密金屬鈦。氧、氮、碳、氫和硅屬于間隙雜質(zhì)元素，鐵屬于替代式β穩(wěn)定元素。氧、氮、碳都能提高鈦的室溫抗拉強(qiáng)度，同時(shí)也會降低鈦的塑性，因此鈦中氧、氮、碳的含量都有比較嚴(yán)格的限制，特別是氧含量。氫在鈦中的溶解度很小，氫與鈦的反應(yīng)是可逆的。氫對鈦性能的主要影響表現(xiàn)為"氫脆"，當(dāng)鈦中氫含量達(dá)到一定量后，將會大大提高鈦對缺口的敏感性，從而急劇地降低缺口試樣的沖擊韌性等性能。通常規(guī)定鈦中氫含量不得超過0.015%。鈦是現(xiàn)代宇宙航空科學(xué)，海洋科學(xué)和核能發(fā)電等尖端科學(xué)工業(yè)所不可缺少的材料。鈦比一般金屬輕48%，且韌性強(qiáng)，耐酸堿性、抗腐蝕、穩(wěn)定性高，高強(qiáng)度，良好彈性等優(yōu)點(diǎn)，符合人體工程系，鈦對人體無毒，無任何輻射。

牌號

工業(yè)純鈦的典型牌號有:美國ASTM的Gr-1、Gr-2、Gr-3、Gr-4;日本JIS的classl、2、3;英國IMI的115、125、130、155、160;德國DIN的3.7025、3.7035、3.7055、3.7065。中國工業(yè)純鈦的材料牌號有變形工業(yè)純鈦TA1、TA2、TA3;鑄造工業(yè)純鈦ZTAl、ZTA2、ZTA3。

加工

工業(yè)純鈦一般應(yīng)經(jīng)過兩次真空(其中至少一次是在真空自耗電極電弧爐中)熔煉，其鑄件通常是在真空殼式爐中進(jìn)行生產(chǎn)。工業(yè)純鈦既可承受熱加工，也可承受冷加工。由于鈦加熱時(shí)容易吸收氧、氫和氮，使塑性降低并使性能變壞，所以在加熱時(shí)必須注意使?fàn)t內(nèi)的氣氛保持中性或微弱氧化性氣氛，盡量避免采用還原性氣氛，更不允許使用氫氣加熱。可在通常的設(shè)備上進(jìn)行鍛造、擠壓、軋制和拉伸等加工，其熱加工的溫度范圍為800~900℃。進(jìn)行冷加工時(shí)，當(dāng)冷加工率達(dá)到一定值(如30%~60%)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行中間退火。

工業(yè)純鈦的切削性類似于奧氏體不銹鋼，但由于鈦的化學(xué)活性高、導(dǎo)熱性差，對刀具表面有較高的粘結(jié)傾向，因此具體切削工藝與鋼應(yīng)有所區(qū)別。采用鋒利的工gorlg刀具、大進(jìn)給量、較低的切削速度和溶油性冷卻液，以及剛性強(qiáng)的工夾具，能順利地進(jìn)行切削加工。工業(yè)純鈦適合于各種焊接，焊縫區(qū)有極好的流動性。焊接方法很多，工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是氬氣保護(hù)電弧焊。

折疊用途

由于工業(yè)純鈦具有較好的綜合性能和優(yōu)異的耐蝕性能，使它成為許多工業(yè)部分不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。而作為生物植入材料，自60年代以來，已在臨床上得到廣泛應(yīng)用。在所有的常用植入金屬材料中，鈦的生物相溶性好，而且由于其密度和彈性接近人骨，又無磁性，因而在不銹鋼、鈷鉻鉬合金和鈦三大金屬植入物材料中，鈦是最有發(fā)展前途的一種生物工程材料。鈦的應(yīng)用已解決了許多重大工程技術(shù)難題，促進(jìn)了科技進(jìn)步，帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，而鈦的優(yōu)異性能和巨大潛力，又展示了其應(yīng)用的更廣闊的前景。

鈦合金都有哪些分類類型？

鈦是同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)為1668℃，在低于882℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱為α鈦；在882℃以上呈體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪?，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金（titaniumalloys）。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類：α合金,(α+β)合金和β合金。中國分別以TA、TC、TB表示。

α鈦合金

它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下，均是α相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng)。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度不高。

β鈦合金

它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強(qiáng)度，淬火、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)1372～1666MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。

α+β鈦合金

它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強(qiáng)化。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50%～100%；高溫強(qiáng)度高，可在400℃～500℃的溫度下長期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。

三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好，α+β鈦合金次之，β鈦合金最差。α鈦合金代號為TA，β鈦合金代號為TB，α+β鈦合金代號為TC。

鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。典型合金的成分和性能見表。

熱處理鈦合金通過調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認(rèn)為細(xì)小等軸組織具有較好的塑性、熱穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度；針狀組織具有較高的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。

TA2屬于工業(yè)純鈦合金，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 2965-2007，

TA2主要用于機(jī)身組件，低溫容器，熱交換器，CPI設(shè)備，冷凝器管，酸洗籃，眼鏡、通訊天線、彈簧等部件。

TA2一般供貨狀態(tài)：TA2法蘭、鈦鍛件、鈦法蘭、TA2鈦管、鈦設(shè)備、鈦棒

TA2化學(xué)成分如下圖：

工業(yè)純鈦與化學(xué)純鈦不同之處是：它含有較多的氧.氮.碳及多種其它雜志元素（如鐵.硅等），它實(shí)質(zhì)上是一種低合金含量的鈦合金 。與化學(xué)純鈦相比，由于含有較多的雜志元素使其強(qiáng)度大大提高，它的力學(xué)性能與化學(xué)性與不銹鋼相似（但和鈦合金相比，強(qiáng)度仍然較低）

　　工業(yè)純鈦的特點(diǎn)是：強(qiáng)度不高，但塑性好，易于加工成行，沖壓、焊接、可切割加工性能良好；在大氣，海水.濕氯氣 及氧化性、中性、弱還原性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，抗氧化性優(yōu)于大多數(shù)不銹鋼但耐熱性較差，使用溫度不太高。

工業(yè)純鈦按其雜質(zhì)含量的不同，分為TA1.TA2和TA3三個(gè)牌號。這三種工業(yè)純鈦的間隙雜質(zhì)元素是逐漸增加的，故其機(jī)械強(qiáng)度和硬度也隨之逐級增加，但塑性.韌性相應(yīng)下降。

工業(yè)上常用的純鈦是TA2，因其耐蝕性能和綜合力學(xué)性能適中。對耐腐和強(qiáng)度要求較高時(shí)可采用TA3。對要求較好的成型性能時(shí)可采用TA1。

（1）主要用作工作溫度360度以下，受力不大但要求高塑性的沖壓件和耐蝕結(jié)構(gòu)零件，例如：飛機(jī)的骨架隔皮，發(fā)動機(jī)附件，船舶用耐海水腐蝕管道、閥門、泵、海水淡化系統(tǒng)零部件，化工上的熱交換器.泵體、蒸餾塔、冷卻器、攪拌器、三通、葉輪、堅(jiān)固件、離子泵、壓縮機(jī)氣閥以及柴油發(fā)動機(jī)活塞、連桿、葉簧等。

（2）TA1.TA2在鐵含量為0.095%.氧含量為0.08%.氫含量為0.0009%.氮含量為0.0062%時(shí)，具有很好的低溫韌性和高的低溫強(qiáng)度，可用作-259℃以下的低溫結(jié)構(gòu)材料。

我國工業(yè)純鈦的分類及用途

我國將工業(yè)純鈦分成三級，即TA1、TA2、TA3。這三種工業(yè)純鈦的間隙元素是逐漸增加的；而機(jī)械強(qiáng)度和硬度也隨著逐級增加。工業(yè)上大量的用作耐蝕材料的仍然是工業(yè)純鈦。這是因?yàn)楣I(yè)上常用的鈦合金是TA2。這種鈦合金的耐蝕性能和綜合機(jī)械性能適中。對耐磨（鈦板及鈦合金不耐磨）和強(qiáng)度要求較高時(shí)可采用TA3。

純鈦的性能

Ti：4.507 g/cm3，Tm：1688℃。具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，≤882.5℃為密排六方結(jié)構(gòu)的α相，≥882.5℃體心立方結(jié)構(gòu)的β相。

純鈦的強(qiáng)度低，但比強(qiáng)度高，塑性好，低溫韌性好，耐蝕性很高。鈦具有良好的壓力加工工藝性能，切削性能較差。鈦在氮?dú)庵屑訜峥砂l(fā)生燃燒，因此鈦在加熱和焊接時(shí)應(yīng)采用氬氣保護(hù)。

純鈦的分類

根據(jù)雜質(zhì)含量，鈦分為高純鈦（純度達(dá)99.9%）和工業(yè)純鈦（純度達(dá)99.5%）。工業(yè)純鈦有三個(gè)牌號，分別用TA＋順序號數(shù)字1、2、3表示，數(shù)字越大，純度越低。

純鈦的用途

雜質(zhì)含量對鈦的性能影響很大，少量雜質(zhì)可顯著提高鈦的強(qiáng)度，故工業(yè)純鈦強(qiáng)度較高，接近高強(qiáng)鋁合金的水平，主要用于制造350℃以下溫度工作的石油化工用熱交換器、反應(yīng)器、船艦零件、飛機(jī)蒙皮等。

在鈦金屬材料中，包括鈦棒、鈦法蘭、鈦板等都分為純鈦和鈦合金兩種，鈦合金與純鈦相比是在純鈦中加入了Al、Mo、Cr、Sn、Mn、V等合金元素。因此，純鈦在機(jī)械性能方面有其特有的優(yōu)良性能和不同用途。

工業(yè)純鈦及鈦合金牌號

TA1/TA2

TA1、TA2、TA3均為工業(yè)純鈦，它們具有較高的力學(xué)性能、優(yōu)良的沖壓性能，并可進(jìn)

行各種形式的焊接，焊接接頭強(qiáng)度可達(dá)基體金屬強(qiáng)度的90%，且切削加工性能良好。這三

種工業(yè)純鈦的間隙雜質(zhì)元素是逐漸增加的，故其機(jī)械強(qiáng)度和硬度也隨之逐級增加，但塑性

韌性相應(yīng)下降。

工業(yè)上常用的工業(yè)純鈦是TA2，因其耐蝕性能和綜合力學(xué)性能適中。對耐磨和強(qiáng)度要求

求較高時(shí)可采用TA3。對要求較好的成型性能時(shí)可用TA1。

TA1、TA2在鐵量w為0.095%、氧含量w為0.08%、氫含量w為0.0009%、氮含

量w為00062%時(shí)，具有很好的低溫韌性和高的低溫強(qiáng)度，可用作-253℃以下的低溫結(jié)構(gòu)材料。

化學(xué)成分:

TA1含鈦(Ti)余量鐵(Fe)≤0.20碳(C)≤0.08氫(N)≤0.03氫(H)≤0.015氧()≤0.18

TA2含鈦(Ti)余量，鐵(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10氮(N)≤0.05氫(H)≤0.015氧()≤0.25

TC4

鈦合金TC4材料的組成為Ti-6Al-4V，屬于(a+β)型鈦合金。

TC4 熱膨脹系數(shù):

TC4鈦合金具有優(yōu)良的耐蝕性、小的密度、高的比強(qiáng)度及較好的韌性和焊接性等一系

列優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、石油化工、造船、汽車，醫(yī)藥等部門都得到成功的應(yīng)用。

TC4鈦合金力學(xué)性能:

抗拉強(qiáng)度σb/MPa≥895,規(guī)定殘余伸長應(yīng)力σr0.2/MPa≥825，伸長率δ5(%)≥10,斷面

收縮率ψ(%)≥25

·TC4鈦合金密度:

4.5(g/cm3)工作溫度-100~550(℃)

●TC4鈦合金化學(xué)成分:

TC4含鈦(Ti)余量鐵(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10氮(N)≤0.05氫(H)≤0015氧()≤02鋁(Al)5.5~68釩(V)3.5~4.5。

鈦的密度

工業(yè)純鈦（TA1、TA2、TA3） 4.51g/cm3

鈦合金 TA4、TA5、TC6  4.45g/cm3

TA6  4.40g/cm3

TA7、TC5  4.46g/cm3

TA8   4.56g/cm3

TB1、TB2   4.89g/cm3

TC1、TC2   4.55g/cm3

TC3、TC4   4.43g/cm3

TC7   4.40g/cm3

TC8   4.48g/cm3

TC9   4.52g/cm3

TC10   4.53g/cm3