合金元素对纯钛开始再结晶温度的影响已在前节叙述过了。除铌和钴外,一般常用的合金元素和杂质元素均能提高钛的再结晶温度。耐腐蚀钛无缝管测定再结晶主要采用金相观察和X射线衍射相结合的方法。当再结晶发生时,形变后的纤维组织上出现细小的等轴晶粒,同时x射线背反射劳厄图相上的衍射环开始变为不连接的斑点。钛无缝管厂家对于可热处理β合金,还可以用不完全时效(500℃/4~8小时,空冷)的方法显示再结晶组织,经不完全时效后的未再结晶晶粒在腐蚀后呈暗色。经测定,TA2纯钛的开始再结晶温度为550℃左右,TA7钛合金约为600℃,TC4钛合金约为700℃,TB2合金则750℃。
轧制与铝、铜、钢相比,钛合金板带材轧制时的特点是变形抗力大、塑性低、高温下易氧化,因而加工比较困难。轧制包括热轧、温轧和冷轧。热轧是钛板带生产过程的重要工序。制定钛合金板带材热轧工艺制度时,还应考虑到晶粒组织对力学性能的影响。为了减少加热时吸气层和氧化皮的形成,纯钛和低合金化钛合金采用较低的加热温度,且在热透情况下尽可能缩短保温时间。然而降低温度会使轧制时变形抗力急剧增加,同时塑性也下降,这对于高合金化钛合金往往是不允许的。钛合金板商家表示为了获得均匀细小晶粒组织和具有良好性能的板带材,生产中常常采用多次热轧、包覆叠轧和温轧等,以保证板带材在α或α+β相区有足够的变形量。因此,确定合理的热轧工艺制度是十分重要的。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期,钛及其合金已在一般工业中应用,用于制作电解工业的电极,发电站的冷凝器,石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。特点钛合金与其他金属材料相比,有下列优点:①比强度(抗拉强度/密度)高(见图),抗拉强度可达100~140kgf/mm2,而密度仅为钢的60%。中温强度好,使用温度比铝合金高几百度,在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450~500℃的温度下长期工作。耐蚀性好,在大气中钛表面立即形成一层均匀致密的氧化膜,有抵抗多种介质侵蚀的能力。
钛在250℃以上吸氢,400℃以上吸氧,600℃以上吸氮,这些元素的渗入将大大降低钛的力学性能。因此氩气对热态焊缝的保护是焊接接头质量优劣的关键因素。钛材管道的焊接保护都是通过管内通氩,管外用专门的保护罩来进行的。保护罩的形式一般有整罩结构、半罩结构和弯头罩结构。管内充氩保护均采用分段充氩的方法。在焊口的两侧200~300mm的地方,作好密封装置,封好充氩。密封装置采用胶皮和不锈钢夹板封口。出气口采用φ4mm孔径,进气口采用φ8mm孔径,这样可保证将管内空气驱赶干净,达到氩气保护的目的,防止外部空气进入,有利于焊缝成形。进气口应密封严密,防止进氩气时从缝隙处带入空气而导致氩气保护被破坏。对全位置焊接的焊口,充氩比较困难,因为焊口两端距离都较长,还有弯头件等。充氩采用分段充氩方法,在该道焊缝组对前,就将密封垫片(由不锈钢夹板与胶皮组成,充氩管为软胶管,并联一根有一定强度的不锈钢丝)放置在管道内距焊口200~300mm处。待焊缝组对焊接完成后,将密封垫片取出即可。
碱洗过程中,碱液不断地被工件带走或蒸发,因此需要补充碱液。补充碱液时要定期对NaOH和NaN03进行成分分析,适时进行调整,从而使碱液成分保持相对稳定。钛合金板厂家认为碱洗时,不溶性的氧化皮渣沉淀在槽底,影响着槽体良好的导热性能,并且由于沉淀造成的缝隙,使得钢槽极易发生电化学腐蚀,大大缩短了其使用寿命。因此,对沉渣要及时清理。采用一个活动槽底收集渣子是常采取的办法。在需要消除沉积物时,只需将活动槽底吊走即可。
钛密度小、比强度高、耐腐蚀、高弹性、低阻尼、无磁性和高低温性能好等特点,被誉为“太空金属”、“海洋金属”,广泛应用于航空航天、海水淡化、船舶、化工、汽车、电力等诸多国民经济和国防建设领域。由于无缝管成品率低、生产周期长,造价高,而纯钛焊管的生产工序短、生产成本低、生产效率高,大力发展薄壁焊管便成为当今管材生产的一种趋势。在日本、欧美,钛及钛合金薄壁无缝管材正在逐步为钛焊管所取代,应用于滨海电站和核电站中的冷凝器及凝汽器中,不仅提高了热交换效率,还提高了冷凝器和凝汽器机组的使用寿命,经济效益显著。