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    國內鈦及鈦合金的應用現狀及前景分析
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    國內鈦及鈦合金的應用現狀及前景分析

     王保山      李桃山

    南昌航空大學飛行器工程學院100631班:20

    南昌航空大學飛行器工程學院100631班:10

     

     

    隨著航空科技的迅猛發展,許多問題都凸顯出來,尤其是受到材料性能的約束,材料不僅是制造航空產品的物質基礎,同時也是使航空產品達到人們所期望的技術性能、使用壽命與可靠性的技術基礎。鈦以及鈦合金在航空材料中有著舉足輕重的地位,在航空工業中應用越來越廣泛,但是否會像鋁合金一樣在幾十年后淡出航空領域而被其它材料所取代呢?

    本文對鈦及其合金有一個大概介紹,并通過多方查詢現有資料并結合實際情況,闡述了鈦行業的發展現狀以及未來的市場情況,論證了鈦行業在未來的幾十年里將會有一個發展的契機。

    關鍵字:  鈦合金  應用現狀  前景分析

      要:

         鈦及鈦合金是上世紀40年代末發展起來的一類新型結構材料。憑借著其密度小,比強度、比剛度高,抗腐蝕性能、高溫力學性能、抗疲勞和蠕變性能都很好,具有優良的綜合性能。使得在航空材料的使用上占有一席之地,同時具有廣闊的發展空間和應用前景。和傳統金屬相比,鈦是稀有金屬,是重要的替代金屬。我國鈦資源儲量豐富,憑借“稀而不缺”的優勢,我國鈦工業具有進一步壯大的潛力。

      文:

    1、鈦金屬的簡介:

        鈦是一種金屬元素,灰色,原子序數22,相對原子質量47.87。能在氮氣中燃燒,熔點高。鈍鈦和以鈦為主的合金是新型的結構材料,主要用于航天工業。鈦的密度為4.5/立方厘米(20℃),高于鋁而低于鐵、銅、鎳。但比強度位于金屬之首,是不銹鋼的3倍,是鋁合金的1.3倍。熔點1668±4℃沸點3260±20℃,臨界溫度4350℃,臨界壓力1130大氣壓。

        鈦作為結構材料所具有的良好機械性能,就是通過嚴格控制其中適當的雜質含量和添加合金元素而達到的。

    世界鈦礦原料主要包括鈦鐵礦精礦、金紅石精礦、銳鈦礦精礦、人造金紅石、鈦渣等,其中,銳鈦礦精礦很少。大量開采利用的是鈦鐵礦和金紅石,其中鈦鐵礦占絕大多數。全球鈦資源分布廣泛,30多個國家擁有鈦資源。鈦資源主要分布在澳大利亞、南非、加拿大、中國和印度等國家。其中加拿大、中國、印度主要是鈦巖礦;澳大利亞、美國主要是鈦砂礦;南非的鈦巖礦和鈦砂礦都十分豐富。

    2、鈦及鈦合金的應用現狀:

    鈦及鈦合金的用途廣泛,主要用于軍事工業和航天航空產業,并且在海洋產業、汽車工業、醫學、體育和日用品等方面也占有一定的比例。鈦及鈦合金的主要應用領域如下表所示。

    可以說鈦及鈦合金已經走進了我們的生活,并在以后的一段時間內扮演著重要的角色。

     

     

        我國雖然是世界鈦礦資源最豐富的國家之一,但90%以上是共生巖礦,品位低,成分復雜,開采困難。同時由于經營分散,機械化程度不高,產品質量不穩定,造成鈦礦資源浪費嚴重。目前開發多以民采為主,難以形成規?;_發利用。

    在對鈦合金材料進行加工時由于切削溫度高,產生的大量熱量難以及時釋放;鈦合金彈性模量低,使已加工表面容易產生回彈;在加熱和鍛造過程中形成富氧層等原因使得鈦合金在加工時要遵循一定的原則。比如選用合理的刀具材料,選擇合理的道刀具參數,對被加工材料進行適當的熱處理,同時對加工技術也提出了更為苛刻的要求這些都使得在加工時成本升高,不能使得鈦合金材料廣泛的生產利用。

    目前我國鈦加工及其制造業在地理上體現了三分天下的格局:首先是以寶雞有色金屬加工廠及其控股的寶雞鈦業有限公司為龍頭的西北地區,其次是以沈陽有色金屬加工廠、撫順特鋼板材有限責任公司、沈陽東方鈦業有限公司等單位為主形成的東北鈦加工及設備制造集團,接著是以寶鋼集團上海五鋼有限公司、南京寶鈦中惠集團有限公司、張家港市宏大鋼管廠等單位為主形成的長江三角洲鈦加工及其設備制造集團。

    3、近年發展暴露出的一些問題:

    1)鈦產業的聚集度不夠——中國有300多家鈦加工企業,但是有自己品牌特色的不多,大多是中低端產品。所以說中國的企業自主研發能力不足,發展模式還是停留在制造這塊。在鈦材和金屬制品以及鈦白粉等深加工環節的發展依然不夠。我國只能說是鈦的生產大國。

    2)上下游企業之間缺少實質的有機聯系——國內的鈦加工企業之間不能形成明顯的產業加工聯系,使得原材料價格受外界尤其是國外的影響波動大。海綿鈦的價格無法長期處于穩定的狀態。

    3鈦冶煉的節能減排任務艱巨——雖說中國在鈦冶煉技術方面得到了突破性的發展,但是在節能減排方面的技術離世界先進水平差距仍然很明顯。同時企業在生產加工過程中對節能減排方面的投入不足,也使得能源消耗大。

    4鈦加工仍有重大缺項,不能充分滿足國民經濟發展的需要——近年來,我國的鈦工業得到了顯著的發展,但是不夠全面,在一些鈦產品有關領域仍是空白。例如鈦及其合金擠壓管材、鈦帶及鈦焊管、大口徑管材、大型鈦鑄件等。這些項目仍需國內科研人員的研究從而取得突破。
    4、鈦及鈦合金的發展前景:

    雖說有這么多的不足,但是我國鈦行業發展的空間仍然很廣闊。

    首先,我國占據著全世界30%的鈦資源儲量。世界金融危機曾一度使得鈦行業萎靡,但我國有資源,這是最大的優勢。而且全球的航空事業仍在蓬勃發展,而鈦合金作為航空材料的主要材料必能得到長足發展。

        同時隨著國內ARJ-21 和C919 商用飛機項目的深入推進,國內鈦工業高端化發展具有政策和市場雙重利好支持。并且,與經濟實力提升相匹配的國防建設也有助于我國鈦產業鏈延伸發展。

    其次波音787試飛成功以及空客A380的交付使用,市場對國際客機兩大巨頭恢復鈦材需求的預期愈來愈強。據估計2020年我國航空領域將擁有4100架飛機,比2010年增加2475架。在此期間內,我國大飛機計劃也開始實施,預計累計產量將達到2300架。這也為鈦行業的發展起到了推動作用。

    近年來我國航空事業迅猛發展,神舟系列載人飛船的不斷升空,北斗系列衛星不斷完善,尤其南海各種事件不斷發生等也在推到著我國航空航天和國防產業的建設。在帶動鈦行業發展的同時也在逐步實現資源優勢向產業鏈優勢的轉變。

    結 速 語:

        航空領域的長期高消耗以及發展受到局限時,尋找新材料解決現有問題成為了人們關注的對象。而這些問題隨著鈦及鈦合金出現得到了很好的解決。如果將鈦行業的發展比作一個人的成長,那么現在的它正處在青少年時期。也許現在的我們感覺鈦工業的發展有許多的不足,但此時畢竟處于不成熟階段,還有很多關于鈦及鈦合金的特性以及技術都在等待著我們發現。單單是比強度高和耐腐蝕性強這兩大特點就決定著鈦必然航空航天、武器裝備、能源、化工、冶金等領域擁有廣闊的應用前景。而且在鈦行業“十二五”報告的促進下,鈦行業的各種機將更加完善。

    可以說在今后的百年內,鈦成為了眾多材料中的龍頭,同時隨著發展也將從高端領域漸漸覆蓋到低端領域。

    參考文獻:

    [1] 孫楓,鈦資源優勢向鈦產業鏈優勢轉變進行時,莫尼塔-稀有金屬行業研究報告.2011:7-14;

    [2] 王向東,逯福生,賈翔,郝斌,馬云風.中國鈦行業發展思考,中國金屬通 

    報.2010,(7):38-39;

    [3] 李樹俠,樸松花.鈦合金材料的機械加工工藝綜述.飛航導彈.2007,(7):

       57-61;

    [4] 張喜燕,趙永慶,白晨光.鈦合金及應用.化學工業出版社.2005;



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