年青的航空金属——钛

董宁辉

钛是最年青的金属之一，虽然远在1789年就为冶金工作者所发现，但是工业上能生产纯钛，还是最近十年内的事。钛在地壳中的储藏量很丰富，在所有的元素中占第九位，而在常用的金属中仅次于铝、铁、镁占第四位。自从工业上能生产纯钛以后，它的生产就以飞快的速度发展着。

苏联是一个拥有强大钛工业的国家。苏联航空工业的先进以及最近人造卫星和宙宇火箭的发射，都证明了苏联钛冶金工业非常强大。在其它各国中，钛合金的生产亦得到了广泛的重视和发展。目前我国对钛的生产亦引起了重视和进行着研究，随着社会主义建设的推进，我国的钛冶金工业也将会大规模的发展起来。

钛合金之所以能得到这样迅速的发展，是和它有很多优良的性质分不开的，首先是钛的重量比较轻，它的比重为4.5，相当于一般碳钢的比重的60%左右。其次是钛的强度比较高，目前生产的工业纯钛，其强度和延展性和一般碳钢差不多。但是某些钛合金的强度已接近于高强度合金钢。若以比强度来计算，钛合金几乎超过所有常用的金属材料。在高温强度方面，钛合金更显示出其重要性。一般铝合金在250℃已不能使用，而某些钛合金在250。一500℃时仍能保持着一定的强度，特别在300。－400℃高温下的相对强度是所有合金中最高的。钛还有高度的抗剪强度和揉皱强度(这就说明它是适于铆接的，特别是适用于航空工业方面)。再次是钛的抗腐蚀性比较好，钛对硝酸、稀的盐酸和硫酸、稀的碱和许多盐的抗腐蚀性和不锈钢差不多。它对海水的抗腐蚀性更强。曾经把纯钛放在海水中经四个月之久而没有丝毫腐蚀的痕迹。它在这方面的性能超过不锈钢。对于许多有机酸如醋酸，乳酸，酒石酸等，亦有良好的抗腐蚀性，并在低于650℃的温度情况下，有足够满意的抵抗大气氧化的能力。另一个优点是，如前所述，钛的储藏量比较丰富。我国目前对钛的矿源正在勘察寻觅。过去在热河曾开采过钛铁矿，据报道在云南的盘之花已发现了巨大的钛铁矿。可以肯定的说，我国的钛资源将要不断的被发现出来。

钛的熔点很高(1725℃)，所以从它潜在的抗热性来说应该接近于其它难熔的金属。钛具有很高的电阻，某些钛合金的电阻比普通镍铬电阻丝还高。钛传热的本领随着温度的升高而增加，因此在热加工加热时，它比钢加热的时间少。钛的结晶构造虽然与镁相似，但是它的范性却比较高。由于钛合金具备这样一系列的优点，因此目前已成为航空工业及其它国防工业中不可缺少的金属材料。如近代超音速飞机的发展，要求质量轻和性能好的金属材料，飞机重量的减轻对其飞行性能的改进起着重要的作用，每当飞机重量增加一公斤时，就必须相应地增加机翼的面积，发动机的动力和使用更多的燃料。因此最后将使飞机总重增加八至十公斤；相反，如果飞机重量减轻则将增加飞行距离或改进飞行性能。此外当超音速飞机在10000公尺左右的高度飞行，且其速度达到2倍半音速时，飞机蒙皮的温度可达300℃以上。在该温度范围内，一般铝合金已不能使用，而不锈钢又太重，因此要求使用工业纯钛或钛合金。

目前钛合金应用在喷气式飞机的许多零件上，如飞机骨架，翼肋，螺栓等。钛合金在喷气式发动机的零件制造中也得到广泛的应用，如压气机主轴，轮盘，叶片以及其它锻造零件等。同时钛亦被用来制造活塞、活门及起动机等。据报道苏联的原子能动力的飞机亦将利用钛合金。钛合金还可用作制造武器的材料，目前已用来制造火炮的一些零件，以减轻火炮重量和提高其机动性能。如迫击炮的钢底座原为二件，其重22公斤，现以钛合金代替则减为一件，全重11公斤。于是搬运一门迫击炮所需士兵可由三人减至二人。此外有些火炮底座、炮架，反后座装置也可用钛合金来代替一般钢材。钛合金亦用来制造防弹甲板，这样比用钢甲板重量可减轻44%，因而可以增加车辆的活动范围，提高其灵活性和寿命。这对空降部队装备的改进是有重要的意义的。

钛合金还用来制造导弹，火箭的部件以及步兵携带的装备和武器。钛合金对海水的良好抗腐蚀性，已引起制造船舰工程方面的重视。它的应用，可以增加船舰的航行里程，改善其灵活性，减低动力的消耗，以及增加零件的使用寿命等。钛合金还用来制造一般的机器和医疗机器，钛还可以制造无线电真空管和X射线管中的零件。在化学工业方面，钛可用来制造某些酸硷的给送设备和容器。钛亦是食品工业中制造罐头的很好材料。把钛镀在钢铜镍等的表面上可以防止腐蚀。钛亦是制造合金钢，有色金属合金，硬质合金，和永磁合金等方面的重要元素。在冶金工业中钛可作为还原剂和洁净剂。二氧化钛可以作为油漆中的颜料，亦可制造焊条上的焊药。四氯化钛在军事上可用以生产烟幕。

钛虽然具备以上所说的一系列优点，但是由于冶炼和加工过程的复杂性，这样就相应地提高了成本。例如一般合金钢每公斤价格约2元，而工业纯钛每公斤价格100元以上，高出数十倍。因此这就限制了钛合金的使用范围。此外钛合金的机械加工性较差(和不锈钢差不多)，铸造亦不易。有些钛合金还只能在高温进行锻压或轧制。特别是由于钛的熔点比较高，因此目前还没有充分发挥它潜在的抗热性，虽然在这些方面以前进行了很多的工作，但还只能算作是开始。我国由于基础薄弱，更须要投入大批的力量努力来寻找钛矿并进行冶炼，以便能制造性能优良的新的钛合金，为我国的国防和经济建设事业服务。