鈦金屬自從在二十世紀初被發現以來,由于其相對密度小、耐熱性和耐腐蝕性好及結構強度高等特點,鈦及其合金一直得到廣泛的研究和應用。相較于純金屬,鈦合金擁有更多更好的特性,因此被應用在各種場景中。并且伴隨著科技的進步,鈦合金已成為新技術、新設備及新工藝不可或缺的材料,其相關產業已進入一個全新的歷史發展時期。

鈦的特性及應用

鈦是一種銀白色金屬，在金屬分類中被歸類為稀有輕金屬。其熔點為1668℃，從體心立方晶格的β相到密排六方晶格的α相，或α相向β相的轉變，相變點為882°C。與其他金屬相比，鈦在化學物質和機械性能方面具有自己的特性。

1.密度小，比強度高

金屬鈦的密度為4.51g/cm3,高于鋁而低于鋼、銅、鎳，但比強度高于鋁合金和高強合金鋼。比強度高說明了金屬材料輕和高強度，所以鈦又是一種輕型高強度的金屬結構材料。鈦的比強度高，使其在航空、宇航、導彈、兵器等尖端技術發展中被大量采用。在一般工業中，如高速旋轉的發電機護環，蒸汽透平的大葉片、高檔自行車、高爾夫球桿、跳高用的撐桿等都使用了鈦及鈦合金。

2.彈性模量低[i]

鈦的彈性模量在室溫下為106.4GMPa，是鋼的57％。這表明鈦抵抗正應變的能力低于鋼的能力，因此鈦的使用受到限制，并且它不適用于剛性結構部件。但是，在鈦長管束換熱器中，采用擋板設計克服了剛度極差的缺點，即使在振動條件下使用效果也很好。

鈦的彈性模量隨著溫度的升高而下降，鈦的彈性模量與溫度的關系見下圖：

從上表可以看出：鈦在環境溫度高于300℃條件下使用，彈性模量有較大幅度下降。所以，在較高溫度下選用鈦設備時，在設計上取環境溫度上限的E值為宜。

 3.導熱系數小

金屬鈦的傳熱機制主要是電子導熱，其次是晶格導熱。實際測試的結果，鈦的導熱系數0.1507J，是低碳鋼的五分之一，銅的二十五分之一，與不銹鋼相近。鈦的導熱系數雖小，但可以在用來制作攀巖的巖釘，其鈦質巖釘不僅質輕且不會摩擦導熱，是登山運動員選擇的理想材料。

4.抗拉強度與其屈服強度接近 

鈦的屈強比（抗拉強度/屈服強度）高，導致金屬鈦材料在成形時塑性變形差。再加上鈦的屈服極限比彈性模量的比值大，所以鈦成型時的回彈能力較大。

鈦的這種特性，使我們找到了最佳的加工和成形條件——溫成形，它避免了由鈦的高回彈性和高屈服比引起的應力和應力開裂，并避免鈦在氫脆中引起的氫氣吸收高于400°C。這也是在一般工業中使用鈦設備時指定環境溫度不超過315°C的原因之一。

5.無磁性、無毒 

鈦是無磁性金屬，在很大的磁場中也不會被磁化，鈦制心臟起搏器不受雷雨天氣的影響，且與人體組織及血液有好的相溶性，所以被醫療界采用。

6.抗阻尼性能強[ii]

金屬鈦受到機械振動、電振動后，與鋼、銅金屬相比，其自身振動衰減時間最長。利用鈦的這一性能可作音叉、醫學上的超聲粉碎機振動元件和高級音響揚聲器的振動薄膜等。

7.耐熱性能好

新型鈦合金可在600℃或更高的溫度下長期使用。隨著航空、宇航工業的發展，其發動的盤、葉片、后機身、導向器、進氣機匝等部件使用了耐熱鈦合金。

8.耐低溫性能好 

鈦合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等為代表的低溫鈦合金,其強度隨溫度的降低而提高,但塑性變化卻不大。在-196-253℃低溫下保持較好的延性及韌性,避免了金屬冷脆性,是低溫容器,貯箱等設備的理想材料。

9.吸氣性能強

鈦是一種化學性質非?；顫姷慕饘?在高溫下可與許多元素和化合物發生反應。鈦吸氣主要指高溫下與碳、氫、氮、氧發生反應。

10.耐腐蝕性能強

鈦是一種非?；顫姷慕饘伲淦胶怆娢缓艿?，在介質中的熱力學腐蝕傾向大。但實際上鈦在許多介質中很穩定，如鈦在氧化性、中性和弱還原性等介質中是耐腐蝕的。這是因為鈦和氧有很大的親和力，在空氣中或含氧的介質中，鈦表面生成一層致密的、附著力強、惰性大的氧化膜，保護了鈦基體不被腐蝕。即使由于機械磨損也會很快自愈或重新再生，這表明了鈦是具有強烈鈍化傾向的金屬。

目前鈦已成為企業采用新工藝、新技術，和生產設備大型化、自動化、安全可靠、長期運行的不可缺少的金屬材料之一。

參考資料：

[1]鈦的特性及其應用——淺談鈦的應用基礎

注釋：

i 對彈性體施加一個外界作用力，彈性體會發生形狀的改變

ii 阻止物體繼續運動。當物體受到外力作用而振動時，會產生一種使外力衰減的反力,稱為阻尼力(或減震力)