钛棒及钛合金棒在热挤压加工中的结构变化

钛棒的外观与钢极为相似，密度为4.51克／厘米3，不足钢的60％，是难熔金属中密度最低的金属元素。钛的力学性质即通称的机械性能与纯度十分相关。高纯钛具有优良的机加工性能，延伸率、断面收缩率均佳，但强度低，不适合作结构材料。工业纯钛含有适量的杂质，具有较高的强度和可塑性，适宜制作结构材料。钛及钛合金坯料的热导率低，在热挤压时会使表层与内层产生极大的温差，当挤压筒的温度为400度时，温差可达200~250度。在吸气强化和坯料断面有很大温差的共同影响下,坯料表面和中心的金属产生极不相同的强度性能和塑性性能，在挤压过程中就会造成很不均匀的变形,在表面层中产生大的附加拉应力，成为在挤压制品表面形成裂口和裂纹的根源。钛及钛合金制品的热挤压过程比铝合金、铜合金，甚至钢的挤压过程更为复杂，这是由钛及钛合金特殊的物理化学性能所决定的。

到目前为止，钛棒的挤压过程必须采用润滑剂。其主要原因是:钛在980度和1030度温度下，会与铁基或镍基合金模具材料形成易熔共晶体，从而使模具强烈磨损。当使用石墨润滑剂时，在制品表面可形成深的纵向刮线，这是钛棒及钛合金棒黏着于模具上工作带来的后果。采用玻璃润滑剂挤压型材时，会导致新类型的缺陷“麻斑”，即制品表面层的裂口。研究表明，“麻斑”的出现是由于钛及钛合金的热导率低，从而使坯料表面层剧烈冷却、塑性剧烈下降的缘故。

钛合金有低强高塑性、中强和高强之分，为200(低强)～1300(高强)兆帕，但大体上可以把钛合金看作是高强合金。它们比被认为是中强的铝合金的强度为高，在强度上已完全可以取代某些型号的钢材。与铝合金在150℃以上的温度下强度迅速下降相比，某些钛合金在600℃仍能保持良好的强度。 致密金属钛由于质量轻，比铝合金强度高，能在高温下保持比铝为高的强度而受到航空工业的高度重视。鉴于钛的密度为钢的57％，其比强度(强度／重量比或强度／密度比皆称比强度)高，抗腐蚀、抗氧化、抗疲劳能力均强，钛合金的3／4用作以航空结构合金为代表的结构材料，1／4主要用作耐蚀合金。钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约 8％的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨'钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4)'Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）。