钛金属和钛合金应用 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、导热率低、无毒无磁、可焊接、生物相容性好、表面可装饰性强等特性,广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑、体育用品等领域。世界上许多国家都已经认识到钛合金材料的重要性,相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。 2011年,**商业航空的消费比例达到46%,*钛材比例为9%(主要为*航空),整个航空领域消耗钛材比例**50%;工业消耗钛材比例为43%,新兴市场消费钛材比例为2%。 钛制品需求结构在地区上存在明显差异。在拥有发达的航空航天和***工业的北美和欧盟地区,尤其是美国,大约50%以上的钛制品需求来自于航空航天和***领域。而在日本,来自化工等行业的工业用钛占据了需求的主导地位。据日本钛协会统计,航空航天只占到日本钛需求的2%-3%。与日本的情况颇为类似,我国钛制品需求大部分来自化工和能源领域,航空航天只占到10%。虽说中国已成为**较大的钛金属生产国和消费国之一,不过大部分生产一直局限于等级较低的钛,用于自行车架、高尔夫球杆或化工行业使用的防腐管材。 但是近年来航空航天用钛量在亚洲地区出现明显增长,可见,钛市场的前景比较光明。 航空航天领域 航空航天领域用钛大国集中在西方国家,尤其是美国,60%的钛材都应用到这个领域。亚洲国家,日本和中国在此领域中钛的投入量均在10%左右。但是近年来随着亚洲航空航天的飞速发展,钛在航空航天领域的消费量将会随之增长。从**角度来看,航空业对钛市场起着决定性的作用,从历史上看,钛行业大的周期轮回都和航空业的冷暖密切相关。 2011年,**钛材产量达到14.8万吨,其中商用航空用钛材约6.4万吨,未来**经济增长对航空运输的需求量依然巨大,预计未来20年新增飞机需求约在3万架左右,同时,新型飞机对钛的需求量**老式飞机,预计20年内商用飞机对钛材的平均需求量将达到40吨/架;据此推算,未来20年**商用航空领域新增钛材需求约120万吨,年复合增长率约17%,平均每年新增6万吨钛材需求,民用航空用钛材领域将呈现快速增长。*航空领域也将出现新的机会;由于**地缘政治形势紧张,**各国军费开支增加,*航空领域也有望出现新的需求。 民用客机 钛合金在飞机的主要用途如下: (1)减轻结构重量、提高结构效率:先进的战技性能(如**音速飞机)要求飞机具有比较低的结构重量系数(即:机体结构重量/飞机正常起飞重量),而钛合金具有强度接近中强钢但密度小的特点,代替结构钢和高温合金,能大幅度减轻结构重量,同时也能节省费用;以发动机为例,有统计数据显示,飞机发动机的质量每降低一公斤,使用费用可降低约220-440美元。 (2)符合高温部位的使用要求:钛合金具有耐热性好的特点,如常用的Ti-6Al-4V能在350℃下长期工作,因此在飞机的高温部位(如后机身等)可取代因高温使用性能不能满足要求的铝合金;TC11能在500℃下长期工作,在发动机的压气机部位可取代高温合金和不锈钢。 (3)符合与复合材料结构相匹配的要求:为减轻结构重量和满足隐身要求,先进飞机大量使用复合材料,钛合金与复合材料的强度、刚度匹配较好,能获得很好的减重效果。同时,由于二者电位比较接近,不易产生电偶腐蚀,因此相应部位的结构件和紧固件宜采用钛合金。 (4)符合高抗蚀性和**命的要求:钛合金具有较高的疲劳寿命和优良的耐腐蚀性能,可以提高结构的抗腐蚀能力和寿命,满足先进飞机、发动机高可靠性和**命的要求。 汽车行业 降低燃油消耗、减少有害废弃物(CO2、NOX 等)排放已经成为汽车行业技术进步的主要动力和方向之一。研究表明,轻量化是实现节省燃料、减少污染的有效措施。汽车的质量每降低10%,燃料消耗可节省8%-10%,废气排放可减少10%。在驾驶方面,汽车轻量化后加速性能提高,车辆控制稳定性、噪音、振动方面也都有改善。从碰撞安全性考虑,汽车轻量化后,碰撞时惯性小,制动距离减少。 汽车轻量化的可以选择途径就是用高比强度的轻质材料,如铝、镁、钛等替代传统的汽车材料(钢铁)。2009年**汽车用钛量已达3000吨。钛在赛车上的应用已有许多年的历史目前赛车几乎都使用了钛材,日本汽车用钛已**过600吨,随着**汽车工业的发展,汽车用钛还在快速增加。