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钛丝的生产工艺与应用领域

发布时间:2023-02-14人气:428

在日本,钛的生产技术确立后已经历了20多年,产量逐渐增大,现已达到大约1万t/a。但是,钛丝材的产量却非常低,每年仅200t左右,使用范围仅局限于焊丝、飞机用螺栓类 眼镜架以及击剑面具等,可以说还没有到正式被利用的阶段。

钛丝的耐蚀性、高比强 非磁性及其综合性能远远优于不锈钢和铝合金等;价格高一个数量级,这是其扩大利用的一大障碍,随着坚实的应用开发,可以看到在嗜好品、文体娱乐、汽车和医疗等民用领域,钛丝的利用范围正在扩大。

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钛丝材的生产工艺在铸锭前与板材相同,铸锭后经表面处理一热轧开坯一表面处理一热轧线坯一酸洗一表面剥皮一非氧化退火一前处理澜滑一拉丝加工生产出钛丝。生产设备基本上与生产钢材的相同,所以是由相关的钢铁厂家生产,没有钛丝专用的生产设备,热轧温度与钢材的l 000~ 1 200℃相比要低, 约为800~ 900℃ , 这是为了避免晶粒粗大化针状组织化和二相组织化。同时也起到防止从接触钢材中的铁的扩散侵入以及从枯- 气傩中吸收氢的效果,热轧工艺中的鳞片状之下的富氧层是不可避免的,必须除去,一般采用酸洗或者剥皮的方法。软化退火温度在不引起晶粒粗大的前提下要尽量提高,在约700~ 800℃ 的氩气中连续进行,或者在真空炉中批量进行。拉丝甲,由于钛的活性高,易引起热粘连,因此,应使偶滑剂具有载体功能,不预先使表面具有相当厚的氧化膜或镀镍腆,特殊的润滑膜。而进行低速拉丝的话,就会国热粘连而发生咬模现象,使拉丝不能进行。一般希望采用MOS2等粉末润滑剂,拉丝机也可采用辊式模拉丝方式.钛线的拉丝性能非常好,无论是纯钛还是钛合金都有与钢丝同样的超过90%的总加工率极限.利用钛丝的加工硬化,可使其高强度化,这种加工硬化尽管比钢丝低,但对钛台金丝也可达到1400N/mm2的水平,另外,在500℃ 附近,进行相向β相的微细析出硬化处理,可使 β合金及α+β合金曲强度增加500N/mm2左右,达到接近2000N/mm2这样与钢丝相当的强度,因而可以扩展其用途。但是这种时效硬化处理,使伸长率和断面收缩率极低,所以仅适用于最终成形后的产品。现有市售代表性的钛丝品种有α合金(CP-2,TiX一870)、 α+β合金(Ti一6A1一4V)和 β合金(β-C,15-3-3)。可根据相应的用途要求,选择品种及热处理方法,以得到所需要的力学性能。

据1993年度日本钛协会的资料,钛丝的年产量为211t,其中包括眼镜用70t,焊接用25t,击剑面具用5t,手表带用5t,飞机螺栓用20t,总计约125t,占60%。考虑制作过程中的损失,每年约有40t被实际使用。预料钛丝将在体育、文娱、民生和医疗方面扩大应用。

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在汽车部件方面,特别重机疲劳性能的阀弹簧,其特性已得到充分验证,为了防止线问接触的磨损,对钛丝进行非电解镀镍处理,这种重量减轻50% 的弹簧的耐久性也已经得到证明,但因价格商,仅限于赛车用。阀的实用化研究也正在取得进展,并确立了耐磨耗的雄焊焊接技术 不但可作进气阀,而且也可作排气阀,连杆也已有市售,其附件连杆螺栓 双 、螺桂也在研究用钛合金制造。支承汽车的悬架弹簧,其轻盈化效果好,已达到完全可实用的阶段,由于价格高,仅限于赛车,配套部件等。最近Timer公司开发了与纯钛价格接近的 β合金,成为汽车世界采用钛的导火线,兴趣很大。目前在实用车上采用的仅仅是阀护厦, 是由Ti一6AI一4V台金热锻造而成,也正在考虑用合金冷压制造,以降低成本。自行车已经有全钛车出售,轮幅、鞍座已用钛制造。

在体育和文娱方面,主要是利用钛的重量轻这一特性。击剑面具早已全面采用,在棒球和冰球方面理应得到应用,但宣传不够。短跑用的钉子鞋也使用了钛合金,若能解决钛的耐磨性及价格问题,那就可扩展到棒球和高尔夫球等用的所有的钉子鞋。钓鱼用的绕线架, 盛放钓的鱼的鱼礴也用钍丝。

钓香鱼的渔线从尼龙线向金属线转化,除一部分用钢琴线外,部分也使用Ti-Ni合金线。也正在探讨用钛制作钓大金枪鱼的渔钩和渔线等。

发射卫星用的火箭,其卫星和燃料部的分离采用弹簧方式。东京大学宇宙研究所己采用钛制弹簧, 这种弹簧不仅减轻了重量,而且收容弹簧所占的空间小,已发射了20多发。这种配置对称的弹簧,其特性要完全一致,因此在制作中必须严格管理。

东京大学海洋研究所的“白风丸”探海探测船为了探铡10km以上的探海状况,采用了钍制CTD缆线及绳索。前者可连续记录盐分浓度、温度和探度,中心为铜导线、外侧用钛丝(β一C合金)进行二重铠装,前端装有传感器。后者用作海水采样等,绳索结构为7×3,外径为6.4ram(线材直径为1.1mm.1300N/mm2),断裂负荷可耐2.35,采用ASTM 级等4类钛,由 99%的冷加工线材制成。过去采用镀锌钢丝但至12km深海时,不能耐自重,采用轻的钛,至12km时,其残宗载荷可达初始载荷的50%,而且具有不需涂油,采样无污染等优点。另外海边等养殖网也用钛丝织成,15年前就试验性布设,至今仍毫无损坏地在用。礴中混人百分之几的食藻类和贝类的石鲫鱼,就无需定期清除的作业。

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在工具、连结件方面,钛丝用作钛屋顶连结用螺丝,穿孔螺栓等,也用作钛钉,连结瓦的捆束等。钛丝还用于板手、登山工具、防弹衣、锁、插花铗等的材料。

在医疗方面,人工齿根、固定骨折部的螺栓,人工半月板等人体植人材也用钛丝。另外用直径0.70mm 以下的超细线制成控制缆线以便进行将器具插入血管和内脏的外部操作。

在民生用品和装饰品方面、使用量最多的是眼镜架.精工和西铁城等手表大厂正在积极制作钛手表。此外,钛可着色,因而可制成耳环、项链、手镯等装饰品。

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