钛合金在汽车及其他领域的应用

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：021－邮箱：,联系人:丁珠保钛合金在汽车及其他领域的应用1钛合金优点钛具有一系列优点,如:强度高,密度低弹性模量约是钢的一半,热膨胀系数低，约是不锈钢及铝材的50%,无磁性,热导率低,耐腐蚀、对环境无污染等。因此,不但宇航工业及化学工业已大量用钛,而且作为汽车用材很早就引起人们的注意。汽车用钛可极大减轻车重,降低燃料消耗,提高工作效率,改善环境和降低噪音等。2钛合金的一般加工工艺3钛合金在汽车上应用的历史

二十多年前，赛车上已开始使用钛了。同一般汽车相比，赛车非常注重性能，对质量轻速度高的要求更强烈。近年来，钛在一般汽车上的应用渐露头角，且用量不断增加。汽车用钛的首要因素是减重和提高性能，而从外观及符合所需标准等方面考虑也需要用钛来制作零部件。据资料介绍，每降低10%的车重，废气排放量可减少10%,燃料消耗节省7%。因此，汽车的轻量化将起到节能和环保功效，钛则是实现汽车减重的最理想金属。汽车(包括摩托车）是钛的一个新兴发展市场，但成本是一般汽车上使用钛材今后的课题。。4钛合金在汽车上应用进展1956年通用汽车公司（GM）和其供货商装配了一辆展览用的理想小车，其车体全全钛的。自此,GM一直想在发动机中使用钛,包括排气气门和连杆。目前,一些汽车制造商已在某些型号车中使用了少量钛零件。本田汽车公司1994年在NSX赛车的3.0L24阀V-6发动机中使用锻造钛连杆;三菱汽车公司在其制造的高容量、四缸发动机中使用了钛气门弹簧承座;保时捷汽车中也使用了汽车连杆5钛合金在汽车行业中使用的部件

一、发动机部件：二、排气系统三、车用弹簧6钛合金在汽车行业中使用的部件

引擎连杆连杆连接活塞与曲轴，将活塞的动力传递到曲轴，因此承受很大的冲击力，所以必须强度大且不易变形。此外，连杆也必须质轻，以减少惯性损失，提升引擎最高转速。钛合金因具有质轻、比强度高的性质，故钛合金连杆的优点为：（一）可减少引擎震动与噪音。（二）可提高曲轴转动速度。（三）可减少曲轴应力。（四）活塞侧压力较小，活塞裙较不易磨损。（五）有较高的引擎扭力。7钛合金连杆最广泛的材料为Ti-6Al-4V，属于α＋β钛合金，兼具α合金的韧性与抗潜变性及β合金的强度与良好成型性，且具有极佳的耐腐蚀性。其缺点是生产成本高，故钛金属公司(TIMET)已研发了Ti-62S作为替代Ti-62S(Ti-6Al-1.7Fe-0.18O2-0.1Si)性质接近于Ti-6Al-4V，添加Si可增加其强度及抗潜变能力；添加铁可降低原料成本，亦能促进晶粒细化，进而提高强度，同时改善加工性；添加O2可强化钛合金。由于生产成本较低，价格较Ti-6Al-4V便宜10-20%。钛合金连杆的制造法一般为锻造法，但因锻造材料步留率低、切削性较易、切钢差及锻造物需要酸洗除去表层氧化物的关系，导致加工成本很高。所以目前钛合金连杆的制造趋势朝向净型铸造法及粉末冶金制造法。这两种方法所获得的工件在疲劳性质上已有重要的改善。8AccuraNSX3.0升V6引擎首先采用了钛合金连杆，使用的钛合金为Ti-3A-2.0V。与镍铬钢连杆比较，可节省30﹪的重量且有相等的疲劳强度。Ti-3A-2.0V价格较Ti-6Al-4V便宜，Ti-6Al-4V与Ti-3Al-2.0V有相同的Al/V比，故能由回收的Ti-6Al-4V中制造出Ti-3Al-2.0V，且因重量减轻，惯性损失少，故引擎最高转速可增加700rpm。9

气门座进汽门(IntakeValve)工作温度约300-400℃，排汽门(ExhaustValve)工作温度约600~800℃，因材料需具有抗热性，尤其是在高温下，必须保持其强度、硬度而不烧蚀。所以具有高温耐氧化性及耐高温潜变的钛合金是最合适的材料。就目前的应用而言，进汽门的材料以Ti-6Al-4V为主,排汽门的材料以Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si(Ti-6242S)为主，Sn和Al通常一起添加，以便得到无脆性的高强度；添加Mo可增加钛合金的热处理性，加强淬火及时效钛合金的高强度，同时增加硬化能。使用钛合金汽门的优点如下：（一）汽门重量减轻可减少汽门机构惯性质量，可提高引擎汽门震动的临界转速。（二）可减少弹簧负荷，减少汽门机构磨损。10（三）可降低燃油消耗。（四）可降低汽门机构噪音。表2钛合金汽门机构与钢制汽门机构之比较比较项目钢汽门钛合金汽门进汽门重量排汽门重量汽门弹簧锁扣重量汽门机构重量汽门震动临界转速燃油经济性福特汽车(Ford)的一项研究报告指出，在一具四缸八汽门，1.9升的引擎中使用钛合金汽门，汽门重量可减少原钢汽门重量的48﹪；引擎汽门震动的临界转速可提高650r/min；汽门弹簧负荷减少约30﹪；因汽门机构摩擦损失减少，在油耗表现上，平均每加仑汽油可增加0.7里的里程数。表2为此具引擎在汽门机构重量与引擎效能的比较。11然而，其它具有发展潜力的合金有：(一）进汽门可采用Ti-62S，其特性相当于Ti-6Al-4V，且价格较便宜。（二）排汽门可采用Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo-0.45Si(Ti-1100)，因为Mo含量较低，故其耐潜变抵抗性较Ti-6242S优，耐氧化温度可达600℃(1100°F)。此合金正由美国赛车零件制造商评估中，应用性指日可待。（三）排汽门可采用γ-TiAl。γ-TiAl具有耐高温及重量轻的特点，但不适合以传统的锻造法加工，仅适合使用铸造法与粉末冶金法加工。当制造方法更加成熟后，其价格也许会较目前广泛使用的镍基超合金排汽门便宜。12汽门弹簧座(ValveSpringRetainer)汽门弹簧座必须具备高强度及耐疲劳性，对于耐高温的要求不像汽门那么高。β钛合金为热处理型合金，能依固溶时效处理来获得很高的强度，所以Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn与Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si是合适的材料。三菱汽车(Mitsubishi)在其量产汽车上使用Ti-22V-4Al钛合金汽门弹簧座。重量较原钢制锁扣减轻了42﹪，汽门机构惯性质量减少6﹪，引擎最大转速增加了300rpm。汽门弹簧(ValveSpring)汽门弹簧的作用是使汽门能确实的关闭，尤其是引擎在高速运转时，汽门弹簧因运动速度加快，易引起弹簧之谐振而导致汽门开闭不确实，影响引擎性能，故汽门的材料须具备质轻、强度大及耐疲劳的特性。钛合金重量轻、比强度大及剪力模数低，实是弹簧的理想材料。13圆筒圈状压缩弹簧负荷与变形量之关系式如下：3δ=8NDP，其中δ=弹簧变形量，D=弹簧直径，d=线径，G=剪力模数，Gd4P=弹簧负荷，N=弹簧圈数。因钛合金的剪力模数G较小会使弹簧在受负荷时变形量增加，为了避免这种情形，可使弹簧在设计时有较少的圈数及缩小弹簧直径，如此不但可减少弹簧的变形量，而且尺寸大小仅是钢弹簧的一半，弹簧重量仅为钢弹簧的一半。弹簧重量一减轻，便可提高共振频率，提高引擎汽门弹簧谐振的临界转速，增加引擎高速运转之效率。对汽车设计者而言，钛合金弹簧尺寸较小，在空间的应用上会更灵活。β钛合金因具有高强度及良好的冷加工成型性，所以是汽门弹簧的优良材料。一般在商业上使用最多的β钛合金是Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr(Ti-38644)。14涡轮增压器(turbocharger)使用涡轮增压器可以改善引擎的燃烧效率并增进引擎马力及扭力。然而，涡轮增压器的轮机转子(turbinewheel)长期暴露在850℃以上的高温废气中，故具备耐热性是很重要的条件。传统的轻金属，如铝合金或镍基合金，因其溶点较低，便无法使用。虽然陶瓷材料重量轻且耐高温性佳而被应用在轮机转子上，但由于成本高及形状上无法最佳化而使得应用上受到限制。因此Tetsui等人发展了TiAl轮机转子，经过了多次的引擎试验，不但其耐久性及效能已受到证实，而且也可以改善引擎加速性及减少废气中的有害物质。此项设计已成功商业化的应用在MitsubishiLancerEvolution系列车款上。15汽车用钛的前景气阀

气阀是另一个比较热门的钛合金应用对象。由于气阀（特别是排气阀）的工作温度较高，约900℃，因此，使用常规的Ti-6Al-4V合金以及TiB2/TiC增强的钛合金均不能满足抗氧化性能以及抗蠕变性能的要求。γ-TiAl合金具有较高的高温强度和抗氧化性能，已被用来制备赛车气阀，但是，由于γ-TiAl的室温塑性平均不超过1%，使用时的安全系数太小，并且，由于其制备成本较高，组织控制困难以及性能不稳定，因此，γ-TiAl距离轿车应用还有很长的路。

16汽车排气系统材料钛合金在汽车上的另一个应用就是排气系统。以前使用的材料为不锈钢，显然质量较钛合金为高。从表1可以看出，使用钛合金可以明显减轻汽车质量。除此以外，由于钛合金的焊接性能好，不像不锈钢那样容易从焊缝开裂，因此，钛合金排气阀的使用寿命较长，为12年～14年，而不锈钢一般不到7年就得更换，从而有效节约了费用。目前，出于减轻质量以及便于加工的原因，使用塑性好的商业纯钛来制备排气系统部件。但是，由于尾气温度较高，纯钛的耐高温氧化性能不如不锈钢，因此被应用于排气系统的后端而不是全部部件，这样其减重效果大打折扣。如何开发室温塑性好且高温抗氧化能力强的钛合金，以及如何通过表面改性和涂层处理来提高其表面抗氧化水平均属目前的研究问题。17表1汽车排气系统材料的质量对比18曲轴和其他发动机部件

日本正在试制Ti-5Al-2Cr-1Fe合金曲轴。这种曲轴因需要进行防粘接处理,目前还未实用。其它发动机部件如摇臂,气门弹簧和连杆的下螺栓等可利用Ti-6Al-4V合金制造215回气管回气管

采用钛制尾喷管回气管组件可不受氯盐和含硫废气的腐蚀,甚至在焊接处也不会出现锈蚀,且比传统的不锈钢排气系统材料减重克kg,同时改善了燃料效率,具有较快加速能力和较短的制动距离。新型雪佛莱CorvetteZ06汽车上已采用了钛制回气管。19

悬簧

与汽车使用的普通钢弹簧相比,钛弹簧质量轻、耐腐蚀性好和剪切模量低(可减少弹簧卷的转向)。钛制弹簧可比钢的减重60%～70%。在一个典型美国造的5座～6座的家用车中,使用4个悬簧,每辆车就可减重9kg～13。6kg。Time他曾专门为满足汽车悬簧生产商的成本和零件装配要求而开发了一种钛合金,该材料保留了航空用钛合金弹簧的优异性能,且大大降低了成本。最初用为欧洲大众汽车公司的新型LupoFSI汽车的齿轮悬簧,用量很小。2001年,大众公司指定用钛制作其新型LupoFSI车用弹簧。20钛弹簧使用时的优越性

用钛合金制备轿车弹簧具有一系列优点：首先从其弹性性能上说，由于钛合金的弹性极限（σe）高而弹性模量（E）低，其弹性应变σ2e/2E非常高，是钢弹簧的10倍以上，因此，使用钛合金弹簧将明显提高乘车舒适度；其次，从使用寿命上说，由于钛合金具有优异的疲劳极限，可以满足弯曲疲劳强度大于800MPa的要求，其卷簧所需材料的质量减少且寿命延长。钛合金的抗腐蚀能力强，无需额外的表面防锈处理，因此，钛弹簧的使用寿命比汽车本身的寿命还长，无需中间更换。再次，从加工角度来说，由于制备弹簧的钛合金为β钛合金，其在淬火状态下强度很低，非常有利于冷拔拉丝，可以利用钢丝的设备进加工，然后通过时效处理提高强度，因此生产设备简单。最后，从油耗方面来说，由于钛合金的密度小，钛弹簧的质量仅有钢弹簧的一半多，并且，在相同的弹性功前提下，钛弹簧的高度仅为钢弹簧的40%，便于车体设计。因此，用钛合金制作车用弹簧被认为是最理想的材料。21图1：钛合金制备的弹簧22钛汽车弹簧应用的合金牌号

目前车用钛合金弹簧为钛合金，是1990年由TIMET公司发明的，牌号为TimetalLCB（LowCostBetaTitanium）。此合金是在航空用钛合金弹簧Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr（牌号为BetaC）的基础上，通过使用了大量的Fe-Mo中间合金改良而来，目的是保证性能基本相当的情况下降低成本。尽管其成本较BetaC有了一定程度的下降。。23

消音器

钛消音器只有5kg～6kg,比不锈钢等消音器轻很多,便于操作。日本汽车领域的钛需求(1999年达457t)基本上全用于消音器。本田、铃木等四家较大的厂家已采用钛制消音器。钛消音器主要用于大型汽车和个别中型汽车。钛的耐蚀性、强度、表面意匠性等正在评价中。GM公司的2000款雪佛莱CorvetteZ06汽车上,用了一个11.8kg重的钛消音器和尾气管系统代替了原来重20kg的不锈钢系统,减重41%,强度不变。车速度更快、操作灵活且节约燃料。24紧固件

对汽车应用,许多类型的紧固件都可用钛取代钢,未来轻型运输工具中钛紧固件是可行或必须的。车体及其其他部件

Timet认为钛可用在家用车辆的其它部件以大大削减车重,提高耐用性,这包括发动机元件、驱动齿轮系零件、悬挂系统和结构件,如减震缓冲器中心杆、挂耳螺帽和螺栓、控制杆紧固件、从动轴、车挡支架、门突入梁、制动器卡钳活塞、销轴栓等。可利用Ti6Al4V合金制作离合器片，压力板及其变速器部件，最近开始用旋压成型制造纯钛外壳，日本学者设计了一种新的组合滑动模,采用下冲式成形开发了另一种汽车链轮。25汽车钛合金的国际市场状况美国

美国已生产出赛车用的钛制进气气门、排气气门、气门护圈和连杆等部件。每年专用于汽车上的钛材达50t。1996在美国的拉斯维加斯召开的国际钛协会展览会上展出了Timet公司用工业纯钛制造的汽车排气系统,随后克莱斯勒和GM公司制出了纯钛排气系统商用样机,大规模的生产评估正在进行。同时GM公司还在进行Timetal62S和TimetalLCB轮轴的研究,并考虑把这种合金投入批量生产。另外美国的高性能汽车NSXAcura也使用了钛制连杆,这是批量生产汽车连杆用钛的一个实例。美国已经实行了PNGV(PartnershipforaNewGenerationofVehicles)计划,政府每年用于该计划的资金超过1亿美元。该计划对新一代汽车提出了明确的减重目标26日本

日本早在20年前就把钛应用于赛车及一部分跑车,但在重视成本的一般小客车中尚未应用。如日产R382汽车因采用了钛合金制气门,在日本大赛中获胜。目前,钛及其合金在汽车上的应用主要有发动机部件弹簧、车杆、连杆、标准件、车轮、动力阀等。据日本的经验，汽车动力阀使用的钛合金相当于减轻20kg的效果。汽车的用钛量在逐年增长,1989年～1999年为669t,而2000年已达473t,2001年估为491t,预计2002年可能达到500t。27

日本大同钢铁公司研制的新型钛铝合金。。用于汽车发动机的排气气门,可大大改善发动机的性能。合金中加入Nb和Si是为了提高抗氧化性能及抗蠕变性能。与排气门常用的马氏体耐热钢和镍基合金相比,该合金的突出特点是密度小,而且导热性良好。此外,新合金在较高温度(540℃以上)条件下的强度高于常用合金,而且其蠕变强度也高于镍基合金,同时又具有很好的耐磨性能。

日本金属材料研究所与韩国机械与金属研究所合作,采用元素混合法把合金粉末和强化粉末均匀混合、真空烧结、热等静压制成两种低成本的合金,具有优良的拉伸、蠕变和疲劳性能,可望制成汽车零件。日本丰田公司则采用优良的钛合金粉末制成汽车气门、连杆等。其中气门已通过应用考核,已装配在新型的丰田轿车上。28

日本为汽车用钛进行了大量的研究开发。未来技术研究所开发了SAT64AW,SAT64HM,SAT325HM,Ti220V24Al21Sn等汽车用钛合金。SAT64HM,SAT325HM合金具有良好的热加工性、钻削性和抗疲劳性能,可作钻孔多的连杆等部件,切削加工成本较低。

三菱汽车公司开发的Ti-2V-4Al合金冷加工性好,适用于制造阀杆。户田制作所用Ti-6Al4V制作的进气气门和排气气门,改善了发动机的性能,可使汽车速度提高10%～15%。

值得一提的是,1992年在东京召开的第29届国际汽车展览会上,首次展出了钛制车身外板和节能低公害发动机汽车,引起了与会者各方面的关注。1996年日本制造的太阳能汽车结构部件上采用钛,在第四次世界太阳能汽车大赛上取得了名次。日本市场的合金牌号29汽车用钛的前景新一代汽车设计更注重减轻质量、降低燃料消耗、降低发动机噪音和振动,以满足环境要求。在这种趋势下,轻金属钛将成为未来汽车的一个主要应用领域。然而,钛零件在汽车应用中仍然很少。随着经济的发展以及钛的成本降低(如新的低成本原料、连铸、连轧及粉末冶金等低成本工艺的实行等),会有更多的工程设计人员将选择钛用做汽车零件。钛最终将在汽车生产工业中占有重要的地位。目前美国每年可生产1500-1600万辆汽车，若每辆汽车有的钛部件，则汽车用钛市场交货量将达到15000多吨，可见市场前景广阔。30钛合金在汽车中的潜在应用部件3132汽车用钛合金的更新历程33几种汽车材料与传统材料的性能比较34特殊部件钛合金零件的流程图35新一代汽车的减重目标36新型低成本应用汽车的合金系列37新型生物医用功能材料钛及钛合金

生物医用金属材料，作为人体内植入制品已有400余年①，英国较早的采用了纯金板修补颅骨及镶牙，其后陆续采用了银、铜、铁片、铁丝及铁基合金等金属固定骨折稳定关节。1930年以后，英国、美国采用了钴基合金，第二次世界大战期间，随着临床治疗的需求扩大，英国、美国和日本等国家采用了大量的不锈钢人体植入件。随着稀有金属工业的发展，加工态和铸态的铌、锆、钛开始用于临床治疗。进入九十年代，仅美国每年采用的金属人体植入件达200万件以上①，其中髓关节、股骨件达5万件以上。九十年代中期，钛工业迅速发展，为医疗外科临床需求提供了更多高质量的钛及钛合金制品，医学界的研究证明，钛及钛合金具有优异的生物相容性，大量临床应用实例证明，钛及钛合金作为人体植入件的效果是最好的，所以，治疗范围扩大，用量显著增加。据报导②，近10年来，生物医用金属材料市场的增长率保持在20-25％，这促进了38医用金属材料及其制品产业化发展。目前，世界上每年有超过1000吨的钛及钛合金制品被植入人体内，其中约占80％是Ti-6Al-4V合金。世界各国的相关研究和大量的临床治疗实例，从深度和广度上认可钛及钛合金是迄今为止最理想的人体植入物金属材料，被当今医疗外科业列为继不锈钢、钴基合金之后崛起的第三代金属。39中国采用金属材料用于外科植入物的工作起步晚。上海第一医学院华山医院于1958年用牙托粉和不锈钢髓内钉制成的人造股骨头，在风湿样髋关节强直的病人中使用，1959-1960年采用了镍铬不锈钢制成的人造股骨头治疗陈旧性股骨颈骨折和股骨头坏死的病人，在临床治疗中发现用牙托粉和不锈钢髓内钉在结合处有折断迹象。1972年起，开始采用了国产钛及钛合金人造骨与关节用于临床治疗病人。随着中国钛工业的发展，为医疗界提供了高质量和多品种的钛及钛合金制品，北京积水潭医院、上海第六人民医院、天津医院、中国人民解放军总医院、西安第二军医大附属医院、沈阳骨科医院等二十多家医院从1972年起③，先后采用钛及钛合金人造骨与关节用于临床治疗应用和研究，制造的髋关节（包括股骨头）、肘关节、肱骨头、膝关节、掌指关节、指间关节、人造椎体和下颌骨等用于临床治疗病人，经过三年多的跟踪观察认为效果满意，指出在人体承受力小的地方换接骨可以使用纯钛，在人体下肢因为负重大，关节活动量大，采用Ti-6Al-4V合40金是最理想的。同时，华山医院与上海冶金研究所的摸拟人体体液的浸泡试验，电化学阳极化试验和腐蚀动力学曲线的测定，证明了钛及钛合金人造骨与关节用于人体具有优异的耐腐蚀性，生物学反应也很小，是一种理想的医用金属材料。复旦大学生物系人类生理学教研组与上海第六人民医院对植入人体骨与关节进行了力学性能测定，认为钛及钛合金的强度满足了人体植入物的要求。411.本公司创业的定位主导产品是钛及钛合金棒材，随着生物医用钛及钛合金市场的需求迅速增长，本公司转向生物医用钛及钛合金加工材的专业化生产，设计实施的生产工艺流程如下图示：

422.标准：为了保障人体植入物用钛及钛合金材料的质量，确保患者人身的健康，在研究大量临床应用的基础上，国外建立了一系列外科植入物用钛及钛合金加工材的标准，九十年代初，美国、英国的标准经过完善和修订，纳入国际标准化组织（ISO）《外科植入物——金属材料——纯钛材加工》和《外科植入物­——金属材料——Ti-6Al-4V合金加工材》。中国在这方面的工作起步较晚，1989年，由宝鸡有色金属加工厂负责，上海手术器械六厂和天津医疗器械检测中心为协作单位，在广泛收集国外标准的基础上，编制了中国第一个标准《外科植入物用TC4钛合金加工材》，于1990年11月通过专家审核，正式实施标准号为GB/T13810-1992，经过完善和修订，成为现在实施的标准《外科植入物用钛及钛合金加工材》，标准号为GB/T13810-1997，其技术内容上等效美国ASTM、英国BS和ISO的相关标准，规定的检测项目有钛及钛合金的化学成份、力学性能、工艺性能、尺寸偏差、显微组织和质量保证等基本一致。43本公司根据顾客对钛及钛合金加工材的不同要求，按以下中国标准组织生产（见表1）44以外科植入物用钛及钛合金加工材为例，本公司提供用于制造外科植入物用的钛及钛合金棒材、板材和丝材（见表2）金属材料用于人体硬组织修复和替换，或用于心血管和软组织修复以及人工器官的制造，是一种与人的生命和健康密切相关的特殊功能材料。在生物系统中，金属材料受到与其接触的液体，有机分子、酶、自由基、细胞等影响，发生了腐蚀而造成金属离子向周围扩散导致毒副作用；金属材料自身的降解产物也会改变与邻近液体的PH值和组成，并使自身性质蜕变而导致植入失效，这成为医用金属材料要解决的主要问题。一般金属材料力学性能优良、易加工，但其化学成份组成与人体组织成分相距甚远，很难与生物组织亲合。目前，广泛应用的金属材料主要有：451、医用不锈钢属于铁基合金钢，常见的有奥氏体不锈钢，如：AlSl316、AlSl317，在临床应用中由于碳含量的影响导致发生晶间腐蚀，其后开发出超低碳不锈钢，如AlSl316L、AlSl317L，仍然没有解决在生理环境中的抗腐蚀性能问题，作为人体植入物的稳定性不理想。2、医用钴基合金，在生理环境中以其优异的耐腐蚀性能、良好的综合力学性能和生物相容性被临床应用，但是一直担心引起过敏反应问题没有解决。3、医用钛及钛合金，在医疗领域中已经成为首选的优质金属材料，广泛应用的主要原因：46（1）质轻钛及钛合金的密度，20℃时为克/厘米3，仅为不锈钢的56％，植入人体内大幅度减轻了人体的负荷量，作为医疗器械也减轻了医务人员操作负荷。（2）弹性模量低钛及钛合金的弹性模量低，纯钛为10850公斤力/毫米2，仅为不锈钢的53％，植入人体内与人体自然骨更接近，有利于接骨，能够减少骨头对植入物的应力屏蔽效应，因此钛合金肘关节，踝关节在人体矫形手术中广泛应用，据报导，每年世界上大约有1亿病人由于臂关节、膝关节炎症而进行替换治疗。钛合金假肢在各国也得到推广应用。（3）无磁性钛及钛合金是无磁性金属，不受电磁场影响，不受雷电影响，这有利于植入物后人体的安全。（4）无毒性钛及钛合金的无毒性，作为植入物对人体无毒副作用。47（5）抗腐蚀性钛及钛合金被称为是生物惰性金属材料，对人体血液的浸泡环境中具有优异的耐腐蚀性能，保证了与人体血液及细胞组织的相容性好，这是钛及钛合金应用的基础条件，作为植入物不产生人体污染，不会发生过敏反应，在面部治疗，介入性治疗和循环系统医疗器械中，纯钛网作为骨头托架，已用颚骨再造手术；钛合金制的血管支架更适合人体要求；心率调节器和除颤器用钛的效果良好。（6）强度高、韧性好因外伤、肿瘤等因素导致骨、关节损害，为建立稳固的骨支架，必须借助弧型板、螺丝钉、人造骨及关节等，这些植入物要长期留置于人体内，会受到人体的弯曲、扭转、挤压、肌肉收缩力等作用，要求植入物具有高的强度和韧性，研究与临床实例证明，在人体受力小的部位可以用纯钛，在人体受力大的部位可以用Ti-6Al-4V合金，其室温抗拉强度TA2不小于440Mpa，TC4不小于895Mpa，完全可以满足人体植入物的要求。48钛及钛合金具有优异的使用特性，被世界公认是医疗领域中优异的金属材料，同使用不锈钢、钴基合金等金属材料相比较，具有较大的应用优势，发展空间很大.随着经济和医疗事业的发展，人民生活水平的提高，以及战争等因素，需要进行肌体矫正，整容手术的人越来越多，钛及钛合金在医学领域中具有广阔的应用前景。49

计算机行业钛的应用－硬盘盘片盘片基材的发展趋势为铝玻璃钛美国国际商业机器公司（IBM）推出的Deskstar75GXP及Deskstar40GV，使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料，是硬盘具有更大的平滑性和更高的坚固性和更高的稳定性。钛来制作硬盘则比铝硬盘片和玻璃硬盘片有更多的优越性，TIMET公司从1998年开始小规模的制作钛盘片，并取得了发明专利，通过测试钛盘片的性能，认为钛盘片完全可以取代铝和玻璃盘片。钛做为高速、高性能的互联网和企业网服务器中的硬盘盘片材料将会得到快速的发展，并且有良好的市场前景501、钛合金强度高，可减少磁盘厚度，提高存储密度和转速。2、盘片表面光洁度高，可减少读写磁头与磁盘的距离，提高存储密度。3、表面硬度高，可减少盘片损坏概率。4、盘片刚度高，可较低高速驱动器中因旋转震动引起的磁道失真度（TMR）。5、抗震性能好，可使磁盘高速旋转，经硬盘生产商测试，硬盘转速为10000r/min以上的抗震性能优于玻璃和传统的Al—NIP磁盘（铝盘片）。钛合金做磁盘的优越性516、产成本低，可提高盘片常量；盘片生产工艺简单，生产速度快，成批生产时，每个毛片的制造成本（不包括原料费和专利权税）低于1美元。原料钛比铝贵，单比玻璃或陶瓷便宜。在盘片数量相等的情况下，钛盘片和铝（涂镍的）、玻璃或玻璃—陶瓷盘片相比成本可大幅度降低。7、与目前的Ni—P/Al—Mg工艺相比，生产成本具竞争力。而且原材料容易得到，介质设备生产商能够使用和拥有盘片生产工艺，可直接控制成本。8、具有高温介质沉淀性能，可提高盘片的矫顽力，提高盘片产量。9、无磁性，可阻止磁盘数据存储时的齿形干扰，10、读写磁头精密度高，提高磁盘性能。钛合金做磁盘的优越性52目前适用做磁盘的钛合金及其专利最适合硬盘用的钛合金是（ASTM9级）（UNSR56320）。该合金在退火条件下具有较高的强度和较好的延性，可以冷轧加工，并就有极好的加工性能，而且爱任何温度下均无磁性，与目前惯犯用与盘片的5086铝合金（UNSA95086）想比较有极大的优越性。美国钛金属公司（TIMET）于1998年投资500万美元专门成立TitaniumX公司（又名钛存储系统（MS）公司和Tulip存储公司），主要研制生产钛盘片，期望能带来20%的利润，这家位于美国加州的TitaniumX公司开发了钛在计算机硬盘中的新应用领域，测试了钛盘片的性能，取得了钛盘片生产技术专利。53磁盘用钛合金市场现状美国钛金属公司（TIMET）于1998年投资500万美元专门成立TitaniumX公司（又名钛存储系统（MS）公司和Tulip存储公司），主要研制生产钛盘片，期望能带来20%的利润，这家位于美国加州的TitaniumX公司开发了钛在计算机硬盘中的新应用领域，测试了钛盘片的性能，取得了钛盘片生产技术专利。硬盘盘片的材料的改进可克服高速发展的互联网、企业网服务器中的数据流障碍，允许更高的数据流量，包横网络的快速发展。供死的第一个产品是粗糙的、未抛光的钛盘片，商标为ServerDiskTM。目前正在在主流硬盘驱动器和15000R/min服务器红进行性能测试。如果测试成功，将进行商业化生产。1976年——2000年间有关“钛盘片”的美国专利供有37条日本钢管公司（NKK）申请的专利，具体的没见报道。54磁盘用钛合金市场展望

计算机硬盘盘片的市场很大，发展迅速。1998年世界盘片产量约为亿张。专家分析预测硬盘生产速度将以每年10—15%的速度增长，到2002年可达7亿张。TitaniumX公司期望今后4年的市场占有率增长80%。硬盘市场主要有三个部分：台式计算机、企业服务器和便携式计算机。·台式计算机占市场份额最大，1998年，台式计算机硬盘约占总硬盘交货的58%，台式计算机主要考虑成本，其盘片规格多为英寸直径、密耳厚。·企业服务器—硬盘性能是企业服务器主要考虑因素。1998年企业服务器硬盘约占总硬盘市场的26%。服务器的主要特点是速度高和容量大，其中10000r/min的服务器发汗速度很快，韩剧了较大的市场份额，预计其销售额可从1999年的200亿美元上升到2002年的250亿美元。1999年，titaniumX公司生产交货量达到1亿张，盘片价值3亿美元，磁介质设备15亿美元。·便携式计算机——坚固性是便携式计算机的主要特性，尤其是笔记本电脑更强调其坚固耐用性。便携式计算机硬盘的发函趋势是使用玻璃和玻璃-陶瓷制成的英寸盘片，1998年该市场份额约占总硬盘市场的10%。55钛材在核电站和铁路上的应用钛具有高的比强度，优良的耐腐性，在核电站上获得了应用。其具体部件有：透平冷凝器、冷凝器、管板、透平叶片、传热管等。核反应堆须用大量的冷凝器冷却，所用的冷却介质---海水腐蚀性强，一般材质使用寿命很短，而钛具有很好的耐海水腐蚀性能，广泛应用于制冷凝器，取得了良好的效果。其冷凝器的热面积有5—500㎡，换热管用￠25×0.5×6000mm、￠19×0.5×