董寧輝

鈦是最年青的金屬之一，雖然遠在1789年就為冶金工作者所發(fā)現(xiàn)，但是工業(yè)上能生產(chǎn)純鈦，還是最近十年內(nèi)的事。鈦在地殼中的儲藏量很豐富，在所有的元素中占第九位，而在常用的金屬中僅次于鋁、鐵、鎂占第四位。自從工業(yè)上能生產(chǎn)純鈦以后，它的生產(chǎn)就以飛快的速度發(fā)展著。

蘇聯(lián)是一個擁有強大鈦工業(yè)的國家。蘇聯(lián)航空工業(yè)的先進以及最近人造衛(wèi)星和宙宇火箭的發(fā)射，都證明了蘇聯(lián)鈦冶金工業(yè)非常強大。在其它各國中，鈦合金的生產(chǎn)亦得到了廣泛的重視和發(fā)展。目前我國對鈦的生產(chǎn)亦引起了重視和進行著研究，隨著社會主義建設(shè)的推進，我國的鈦冶金工業(yè)也將會大規(guī)模的發(fā)展起來。

鈦合金之所以能得到這樣迅速的發(fā)展，是和它有很多優(yōu)良的性質(zhì)分不開的，首先是鈦的重量比較輕，它的比重為4.5，相當于一般碳鋼的比重的60%左右。其次是鈦的強度比較高，目前生產(chǎn)的工業(yè)純鈦，其強度和延展性和一般碳鋼差不多。但是某些鈦合金的強度已接近于高強度合金鋼。若以比強度來計算，鈦合金幾乎超過所有常用的金屬材料。在高溫強度方面，鈦合金更顯示出其重要性。一般鋁合金在250℃已不能使用，而某些鈦合金在250。一500℃時仍能保持著一定的強度，特別在300。－400℃高溫下的相對強度是所有合金中最高的。鈦還有高度的抗剪強度和揉皺強度(這就說明它是適于鉚接的，特別是適用于航空工業(yè)方面)。再次是鈦的抗腐蝕性比較好，鈦對硝酸、稀的鹽酸和硫酸、稀的堿和許多鹽的抗腐蝕性和不銹鋼差不多。它對海水的抗腐蝕性更強。曾經(jīng)把純鈦放在海水中經(jīng)四個月之久而沒有絲毫腐蝕的痕跡。它在這方面的性能超過不銹鋼。對于許多有機酸如醋酸，乳酸，酒石酸等，亦有良好的抗腐蝕性，并在低于650℃的溫度情況下，有足夠滿意的抵抗大氣氧化的能力。另一個優(yōu)點是，如前所述，鈦的儲藏量比較豐富。我國目前對鈦的礦源正在勘察尋覓。過去在熱河曾開采過鈦鐵礦，據(jù)報道在云南的盤之花已發(fā)現(xiàn)了巨大的鈦鐵礦?？梢钥隙ǖ恼f，我國的鈦資源將要不斷的被發(fā)現(xiàn)出來。

鈦的熔點很高(1725℃)，所以從它潛在的抗熱性來說應(yīng)該接近于其它難熔的金屬。鈦具有很高的電阻，某些鈦合金的電阻比普通鎳鉻電阻絲還高。鈦傳熱的本領(lǐng)隨著溫度的升高而增加，因此在熱加工加熱時，它比鋼加熱的時間少。鈦的結(jié)晶構(gòu)造雖然與鎂相似，但是它的范性卻比較高。由于鈦合金具備這樣一系列的優(yōu)點，因此目前已成為航空工業(yè)及其它國防工業(yè)中不可缺少的金屬材料。如近代超音速飛機的發(fā)展，要求質(zhì)量輕和性能好的金屬材料，飛機重量的減輕對其飛行性能的改進起著重要的作用，每當飛機重量增加一公斤時，就必須相應(yīng)地增加機翼的面積，發(fā)動機的動力和使用更多的燃料。因此最后將使飛機總重增加八至十公斤；相反，如果飛機重量減輕則將增加飛行距離或改進飛行性能。此外當超音速飛機在10000公尺左右的高度飛行，且其速度達到2倍半音速時，飛機蒙皮的溫度可達300℃以上。在該溫度范圍內(nèi)，一般鋁合金已不能使用，而不銹鋼又太重，因此要求使用工業(yè)純鈦或鈦合金。

目前鈦合金應(yīng)用在噴氣式飛機的許多零件上，如飛機骨架，翼肋，螺栓等。鈦合金在噴氣式發(fā)動機的零件制造中也得到廣泛的應(yīng)用，如壓氣機主軸，輪盤，葉片以及其它鍛造零件等。同時鈦亦被用來制造活塞、活門及起動機等。據(jù)報道蘇聯(lián)的原子能動力的飛機亦將利用鈦合金。鈦合金還可用作制造武器的材料，目前已用來制造火炮的一些零件，以減輕火炮重量和提高其機動性能。如迫擊炮的鋼底座原為二件，其重22公斤，現(xiàn)以鈦合金代替則減為一件，全重11公斤。于是搬運一門迫擊炮所需士兵可由三人減至二人。此外有些火炮底座、炮架，反后座裝置也可用鈦合金來代替一般鋼材。鈦合金亦用來制造防彈甲板，這樣比用鋼甲板重量可減輕44%，因而可以增加車輛的活動范圍，提高其靈活性和壽命。這對空降部隊裝備的改進是有重要的意義的。

鈦合金還用來制造導彈，火箭的部件以及步兵攜帶的裝備和武器。鈦合金對海水的良好抗腐蝕性，已引起制造船艦工程方面的重視。它的應(yīng)用，可以增加船艦的航行里程，改善其靈活性，減低動力的消耗，以及增加零件的使用壽命等。鈦合金還用來制造一般的機器和醫(yī)療機器，鈦還可以制造無線電真空管和X射線管中的零件。在化學工業(yè)方面，鈦可用來制造某些酸鹼的給送設(shè)備和容器。鈦亦是食品工業(yè)中制造罐頭的很好材料。把鈦鍍在鋼銅鎳等的表面上可以防止腐蝕。鈦亦是制造合金鋼，有色金屬合金，硬質(zhì)合金，和永磁合金等方面的重要元素。在冶金工業(yè)中鈦可作為還原劑和潔凈劑。二氧化鈦可以作為油漆中的顏料，亦可制造焊條上的焊藥。四氯化鈦在軍事上可用以生產(chǎn)煙幕。

鈦雖然具備以上所說的一系列優(yōu)點，但是由于冶煉和加工過程的復(fù)雜性，這樣就相應(yīng)地提高了成本。例如一般合金鋼每公斤價格約2元，而工業(yè)純鈦每公斤價格100元以上，高出數(shù)十倍。因此這就限制了鈦合金的使用范圍。此外鈦合金的機械加工性較差(和不銹鋼差不多)，鑄造亦不易。有些鈦合金還只能在高溫進行鍛壓或軋制。特別是由于鈦的熔點比較高，因此目前還沒有充分發(fā)揮它潛在的抗熱性，雖然在這些方面以前進行了很多的工作，但還只能算作是開始。我國由于基礎(chǔ)薄弱，更須要投入大批的力量努力來尋找鈦礦并進行冶煉，以便能制造性能優(yōu)良的新的鈦合金，為我國的國防和經(jīng)濟建設(shè)事業(yè)服務(wù)。