1、鈦和鈦合金工業(yè)的市場現(xiàn)狀和發(fā)展空間
眾所周知+鈦是地殼中蘊藏量豐富的金屬(居第4位)．其特點是密度低、強度高和耐蝕能力強；與另外兩種輕金屬— — 鉛和鎂相比，鈦具有一系列的優(yōu)點。
鈦和鈦臺金的傳統(tǒng)用途主要集中在航空與航天工業(yè)領域，但鈦和鈦合金的許多其他用途也不斷得到發(fā)現(xiàn)。其中最有代表性的是豪華汽車零件，而擴大應用中最突出的問題是降低產(chǎn)品成本、改進加工技術(shù)和開發(fā)新工藝鈦及其合金的市場和產(chǎn)品需求主要來自噴氣發(fā)動機、飛機骨架和工業(yè)應用三部分，從另外一個角度來看。也能夠分為軍用、民用航空與航天和非航空航天三大領域。每個市場對鈦合金產(chǎn)品的性能要求是有所不同的。
例如，噴氣發(fā)動機的要求主要集中于高溫抗拉強度、蠕變強度、疲勞強度以及高溫熱穩(wěn)定性；飛機骨架所考慮的基本性能是斷裂韌性、很高的拉伸強度和良好的疲勞強度。是否容
易將鈦及其合金材料加工成為各種各樣的零件也是一個重要考慮固素，工業(yè)應用要求材料在各種環(huán)境中具有優(yōu)良的抗腐蝕能力、足夠的強度、可加工性和成本競爭力。
就1990年的世界鈦及其合金市場而論，美國的消耗量約為歐洲消耗量的2.5倍；日本的鈦材大部分用于非航空與航天工業(yè)部門；前蘇聯(lián)在1989年曾經(jīng)擁有大約90 000 t／a的鈦生產(chǎn)能力，如今的用量雖然不得而知，但是肯定已經(jīng)大大減少了。
據(jù)有關(guān)報道，影響美國鈦市場的另一個重要固素是來自前蘇聯(lián)的海綿鈦進口。例如．在1994年的最初5個月里．前蘇聯(lián)賣給美目的海綿鈦約占美國海綿鈦進口總量(約1 970 t)的68％ 。但是，為了避免關(guān)稅壁壘，前者現(xiàn)在已經(jīng)改為向后者出口加工產(chǎn)品了今非昔比．前蘇聯(lián)的海綿鈦現(xiàn)在已經(jīng)不可能支配美國的海綿鈦市場了．因為一些海綿鈦廠業(yè)已停產(chǎn)或者關(guān)閉。
應該指出的是．在美國鈦工業(yè)成長的歷史進程中．開發(fā)了太量的鈦合金。這項工作基本上是在美國國防部的贊助下完成的，其中只有很少一部分投入商業(yè)用途。在最近幾年里，為了降低成本而研制了“低成本鈦臺金”，應用在非航空航天領域。這類臺金包括Ti-6A1-1.7Fe-0.1Si(TIMETAL62S)和Ti4.5Fe-6.8Mo-1.5Ai(TIMETAL LCB，低成本β鈦合金）。利用鈦取代Ti-6A1-4V合金中的釩，顯著地降低材料成本。裝甲用途中也使用了成本比較低的鈦合金，并且簡化了化學處理和加工工藝過程。
在住友金屬工業(yè)公司的組織下，日本也大力開發(fā)新的鈦合金。在1996年于Las Vegas召開的國際鈦協(xié)會(ITA)會議上，A．Kumda報告了他們開發(fā)的3種鈦臺金：可
以模鍛成形、適臺于制造眼鏡架的SAT10ZCF(Ti-10Zr)；顯示出高強度和低成形應力及優(yōu)良可冷成形性而適合于用作高爾夫球桿頭、自行車齒輪和眼鏡架的S AT2041；具有極強抗磨能力、可以用作汽車引擎閥門和化學工業(yè)泵葉輪的SAT64AW ( Ti-6A1-4V/TiC粒子)，鈦基材料開發(fā)的另一領域是金屬問化合物 TixA1(x=l，3)．尤以TiA1為主。
2、非航空航天用途
鈦及鈦合金的傳統(tǒng)非航空航天用途包括換熱器管路和醫(yī)學修補元件，還包括手表外殼、運動器械、建筑物頂蓋、石油工業(yè)與近海/海上設施和腐蝕環(huán)境內(nèi)的橋梁等等。
2.1 運動器械
鈦在運動器械中的用途是相當廣泛的，同時又存在一些爭議。迄今為止，鈦制運動器械包括短跑運動鞋的釘子、高爾夫球桿、高爾夫球桿頭、網(wǎng)球拍、登山釘鞋、冰斧、雪撬、冰鞋刀刃、自行車車架、豪華摩托車連桿、潛水員手表、步槍、潛水服和飛行服等?？招牡母郀柗蚯驐U并不便宜，一根這種球桿的售價高達1500美元。據(jù)報道．美國在為生產(chǎn)高爾夫球桿而消耗了許多鈦。
運動實踐表明，鈦制網(wǎng)球拍比傳統(tǒng)的網(wǎng)球拍更加柔韌，這意味著球與拍的接觸時間更長一些，使旋轉(zhuǎn)增加40％。另外，由鈦粉末冶金復合材料生產(chǎn)的冰鞋刀刃質(zhì)量比傳統(tǒng)的鋼制刀刃質(zhì)量減少了40％ ，現(xiàn)已處于試生產(chǎn)階段。用鈦做成的運動器械的又一實例是熔模鑄造的空心高爾夫球頭。
2.2 汽車
鈦在汽車中的應用愈來愈多，50年代中期就生產(chǎn)出“全鈦”汽車 克萊斯勒公司、福特和通用汽車公司等卡車生產(chǎn)廠家都需要質(zhì)量輕的材料來達到待殊的目的，鈦就是選材對象之一 據(jù)稱，美國每年投入1億美元來開發(fā)新一代汽車，其重要目標是減輕汽車自身的質(zhì)量，降低燃料消耗。從附圖可以看出，減輕車重對于降低油耗來說是至關(guān)重要的。
美國人的研究開發(fā)結(jié)果表明．鈦在汽車中的潛在用途是連桿、閥門、閥門彈簧、閥門彈簧支承座等。在1996年國際鈦協(xié)會展覽會上展出了用工業(yè)純鈦制做的汽車排氣系統(tǒng)，其質(zhì)量僅為32.234kg，比409不銹鋼做成的同一系統(tǒng)減少質(zhì)量達到10kg之多，其效果是相當明顯的。
據(jù)最新報道，在不久前召開的關(guān)于運輸工業(yè)用鈦專題討論會上，人們十分關(guān)注怎樣才能夠把鈦及其臺金零件的成本降低到可以接受的水平。按照傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)，其軋制產(chǎn)品的成本是4.4美元/kg，要用它們加工出來的零件取代常用的相應鋼制零件是不可能的。美國福特汽車公司1997年10月所用鈦原料的成本如附表所示。
按照一般的經(jīng)驗，每一個加工步驟要使其成本翻一番，所以材料費用至少達到l7.62美元/kg，而軋制產(chǎn)品在制作成最終機械加工零件之后，其成本則必然高達44.05
美元/kg。這顯然比期待的鈦及其合金零件成本高得多。
實踐證明，粉末冶金方法具有很強的競爭力。如果目前可以獲得的海綿鈦細粉或者殘料的價格為4.4~8.8美元／kg，那么凈形或者近凈形壓制坯料的成本就會低于4.4美元／kg；在最小數(shù)量的切削加工之后，連桿等零件的成本就是8.8~11美元/kg。
金屬模型鑄造也能夠生產(chǎn)低成本的鈦和鈦合金零件。與生產(chǎn)航空與航天質(zhì)量的鑄件所用的陶瓷模具工藝相比，金屬模具鑄造能夠大大減少花費。采用冷壁坩堝熔煉技術(shù)，能夠生產(chǎn)出具有精細顯微組織、沒有α外殼(表面上的富氧和富氮區(qū)域)的零件。據(jù)稱，國外已經(jīng)借助這種新技術(shù)制造了先進戰(zhàn)術(shù)殲擊機F22動力系統(tǒng)的F119燃氣發(fā)動機可變?nèi)~片和I型賽車的一些閥門。
凈形或者近凈形(粉末冶金或者鑄造)方法是生產(chǎn)尺寸較大、價格較低汽車零件的有效途徑之一 。粉末冶金不僅能夠提供低成本的原材料，而且可以降低機械加工的費用。鑄造零件也能減少切削加工成本。就需要線材和板材的彈簧和排氣系統(tǒng)而言，可以使用成本較低的海綿鈦為原料。
美國福特公司和通用汽車公司都對汽車的進氣與排氣閥門進行過試驗，質(zhì)量比較輕的閥門不僅改善汽車性能，而且允許使用較低的閥門彈簧載荷，可降低噪音和摩擦以及提高燃料效率。最新的結(jié)果表明，一旦安裝了閥門，低的塑性和韌性并不是什么問題，但是有的閥門會在裝配或者拆卸過程中受到破壞。需要克服的問題還包括開發(fā)低成本、高效果的涂層，以有效地保護閥門不受破壞。
福特公司“最佳協(xié)和作用”2010概念汽車，它能夠達到34km/L；福特P2000是另一種概念車。在這兩種小轎車上都使用了許多鈦制零件。
2.3 裝甲
鈦及其合金能夠作為堅固的外殼而應用在武器裝備中，早在40多年前，美國陸軍就對利用鈦作為裝甲材料很感興趣。與傳統(tǒng)的鋼制裝甲相比，可以使質(zhì)量減輕25％~
60％ 。另外，美國空軍已經(jīng)使用焊接的Ti-6A1-4V合金“浴盆”來保護密閉支撐的A-10A“Warlhong ”飛機。
在諸如MIA2坦克之類的陸軍運輸工具中也有用鈦的很大潛力，它可以使原來的68．5 t質(zhì)量減輕51％ 左右。事實表明，在坦克中用鈦的主要優(yōu)點是其強度/密度比高．彈道和多目標性能好、抗腐蝕能力強、具有可焊性和可切削加工性，而其缺點則是費用高。
2.4 其他
擠壓產(chǎn)品的應用很廣，鈦的擠壓加工不像鋁擠壓那么容易，但是現(xiàn)今已經(jīng)取得了一些鈦及其合金擠壓型材，如果將來投入應用，將使有關(guān)裝置和設備的性能大大改善。鈦和鈦合金的其他各種各樣用途是很多的，而業(yè)已成熟和投入實用的則包括電子計算機磁盤基片、懸掛滑翔機框架、紡織機的鈦綜魷框架、鈦刀具和鈦制大型體育場球頂。
傳統(tǒng)的電子計算機磁盤基片是由諸如鋁之類的金屬做成的。鈦磁片基片有許多優(yōu)點，其中包括比鋁更高的強度(從而能夠降低厚度、提高疊層密度和加大磁盤轉(zhuǎn)速)，沒有表面凹凸不平(允許減小磁頭與磁盤之間的距離和提高存儲密度)，增大的損傷偏差，能夠加大表面硬度，可以經(jīng)受更高的溫度，能夠采用更高的磁性介質(zhì)涂覆溫度等等。
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