与以(yi)往(wang)的(de)合(he)金(jin)材料相比，钛合(he)金具有低(di)密(mi)度、高(gao)比(bi)强(qiang)度(du)、抗腐(fu)蚀(shi)、高(gao)温和(he)低(di)温(wen)性能优良(liang)等(deng)众多优点[1]，因(yin)此在石(shi)油化(hua)工(gong)、海(hai)洋(yang)环(huan)境、生物(wu)医(yi)学、航(hang)空航(hang)天、汽(qi)车(che)工业及舰(jian)船(chuan)等诸(zhu)多(duo)领(ling)域可(ke)以得到(dao)更(geng)为(wei)广(guang)泛(fan)的(de)应用(yong)。铸(zhu)造(zao)钛(tai)合(he)金是钛合(he)金(jin)经过(guo)浇铸(zhu)成所需的形(xing)状(zhuang)得(de)到(dao)的(de)，其中应(ying)用最广(guang)泛的是 ZTC4（Ti-6Al-4V）合金(jin)，工艺(yi)性能稳(wen)定，具(ju)有良(liang)好的(de)强度(du)和(he)断(duan)裂(lie)韧性(xing)（350 ℃以(yi)下(xia)）[2]。
作(zuo)为(wei)各(ge)种特殊环境和(he)特殊(shu)流(liu)体(ti)介(jie)质管路输(shu)送系(xi)统(tong)的主(zhu)要控制(zhi)部件，阀门(men)已经成为生(sheng)产(chan)中(zhong)很多设备的(de)重(zhong)要(yao)组成部分，可以说任(ren)何(he)行(xing)业(ye)都(dou)离(li)不(bu)开(kai)阀(fa)门(men)。由(you)于(yu)不(bu)同领域的(de)环境、温(wen)度和(he)介(jie)质(zhi)要求不(bu)同(tong)，阀(fa)门(men)选材尤为(wei)关(guan)键(jian)，广泛受人重视。以(yi)钛合(he)金(jin)和(he)铸造钛(tai)合金(jin)为(wei)主体的(de)阀(fa)门由于其(qi)耐腐蚀(shi)、高(gao)温和(he)低温性(xing)能优(you)良(liang)、高强(qiang)度(du)等(deng)良(liang)好的优越性(xing)能(neng)，在阀门(men)领域(yu)有着广(guang)阔的前景。
1、常(chang)用(yong)的(de)铸造(zao)钛(tai)合(he)金
1.1 种类
随(sui)着科(ke)技的发(fa)展(zhan)和(he)生(sheng)产(chan)需要，不同(tong)种类的(de)铸(zhu)造(zao)钛(tai)合金被研制(zhi)出来，应用于很(hen)多(duo)领(ling)域。从照(zhao)相(xiang)组成(cheng)成(cheng)分(fen)来(lai)看(kan)，铸造钛(tai)合(he)金(jin)可以分为 α、β 和(he) α+β 3 种类(lei)型；从(cong)强度(du)来看(kan)，可以(yi)分(fen)为中强度(du)钛(tai)合(he)金(jin)、高(gao)强(qiang)度钛合金(jin)；从使(shi)用(yong)环境(jing)温(wen)度(du)来看，可(ke)以分(fen)为(wei)低温(wen)钛合金(jin)（小(xiao)于等(deng)于室温(wen)）、中温钛(tai)合金(jin)（400℃）、高温(wen)钛(tai)合(he)金(jin)（大于等于500℃）和(he)抗(kang)燃(ran)烧钛合金等。可以看出(chu)，铸(zhu)造钛合金(jin)的使用范围(wei)很(hen)大，几乎(hu)涵(han)盖(gai)各个方面，有(you)着很(hen)高的市场价(jia)值(zhi)。
1.2 力(li)学(xue)性(xing)能(neng)
铸(zhu)造钛合金(jin)有 ZTA1、ZTA2、ZTA5 和(he) ZTC4 等(deng)多(duo)种(zhong)类(lei)型，涵(han)盖(gai) α、β和α+β3种(zhong)类(lei)型，在(zai)国内分(fen)别(bie)以(yi) TA、TC 和 TB 表(biao)示，其(qi)常见(jian)的(de)力(li)学(xue)性(xing)能(neng)见表 1[3]。
以(yi)目(mu)前应(ying)用最为(wei)广(guang)泛(fan)的 ZTC4 铸(zhu)造(zao)钛合金(jin)为(wei)例，其 Al 含量(liang)为(wei) 5.5%~6.75%，V 含量(liang)为 3.5%~4.5%，剩下(xia)的(de)成分(fen)均(jun)为(wei) Ti。从(cong)表(biao) 1 中可以看(kan)出(chu)，ZTC4 铸造(zao)钛合(he)金的(de)抗拉强(qiang)度(du)为(wei) 895 MPa，屈(qu)服(fu)强度(du)为(wei) 825 MPa。其力(li)学(xue)性(xing)能与中高(gao)强(qiang)度(du)钢(gang)的性(xing)能较(jiao)为(wei)接(jie)近(jin)，使(shi)用(yong)上可以(yi)较好地替代钢(gang)材，另(ling)一方面(mian)，其(qi)密度(du)仅仅(jin)为 4.4 g/cm3，远(yuan)小于钢(gang)材(cai)[4]，有利于设(she)备(bei)减重，同(tong)时其(qi)还保留(liu)了(le)钛合(he)金(jin)耐(nai)腐蚀的优越(yue)性能，这是(shi)钢材(cai)所(suo)不(bu)能(neng)满足(zu)的(de)。
因此在(zai)今(jin)后(hou)的(de)工业(ye)生(sheng)产(chan)中(zhong)，若(ruo)由(you)于生产需求(qiu)需要(yao)进(jin)行减重，选择合(he)适的(de)铸(zhu)造(zao)钛(tai)合(he)金(jin)进行替(ti)代(dai)，既可(ke)以有效(xiao)地(di)进行产品(pin)减重(zhong)，又(you)可以(yi)保证(zheng)产品性能，不失(shi)为(wei)一(yi)个(ge)很好的选(xuan)择(ze)。
2、铸造(zao)钛合金在阀(fa)门行业(ye)的应用(yong)
2.1 船用(yong)钛质阀门
近年来(lai)，随着(zhe)我(wo)国(guo)经济的高(gao)速发(fa)展(zhan)，各个行业遍(bian)地开花(hua)，阀门(men)作为(wei)一种必不(bu)可少的通用(yong)机械设备，产品(pin)的(de)市场(chang)需(xu)求(qiu)量不(bu)断(duan)增(zeng)加(jia)，我(wo)国(guo)阀(fa)门产业(ye)也(ye)得(de)到了快(kuai)速的发展(zhan)。
阀(fa)门通(tong)常(chang)由(you)阀(fa)体、阀盖(gai)、阀(fa)瓣、阀杆(gan)、热片(pian)、填(tian)料及(ji)驱(qu)动(dong)件组成(cheng)，阀(fa)体(ti)、阀(fa)盖(gai)所选(xuan)材料为(wei)主体(ti)材料，阀(fa)瓣(ban)（闸(zha)板）、球(qiu)体(ti)、阀座、阀(fa)杆和(he)密封(feng)座(zuo)等所选(xuan)材料称为内件(jian)材料(liao)[5]，另外还有(you)紧(jin)固(gu)件材(cai)料；阀(fa)门常(chang)见选(xuan)材(cai)有灰(hui)铸(zhu)铁(tie)、球(qiu)墨(mo)铸(zhu)铁、合(he)金钢和(he)铜(tong)合金等，可选择(ze)性多(duo)样(yang)化(hua)。但(dan)随(sui)着(zhe)生(sheng)产的进一(yi)步需(xu)要，研(yan)究(jiu)人(ren)员(yuan)发(fa)现(xian)在(zai)一些恶(e)劣的工作(zuo)环(huan)境(jing)和(he)复(fu)杂(za)特(te)殊(shu)的工(gong)况(kuang)下(xia)，常规的阀(fa)门(men)材(cai)料(liao)无(wu)法(fa)满足生产和科(ke)研需要(yao)。这时(shi)钛(tai)及铸造钛(tai)合(he)金因(yin)为优越(yue)的性能引起(qi)了人们的(de)注(zhu)意，钛制(zhi)阀(fa)门得到(dao)了(le)一定(ding)的发展。
海水管路系(xi)统所(suo)处的(de)工(gong)作(zuo)环境十(shi)分恶劣(lie)，船用(yong)阀(fa)门(men)的(de)性能直(zhi)接影响(xiang)管(guan)路系统的(de)安(an)全(quan)乃(nai)至(zhi)总体(ti)性(xing)能。早在 20世(shi)纪(ji) 60年代，俄(e)罗斯便(bian)开始了舰(jian)船(chuan)钛(tai)合(he)金(jin)的(de)研(yan)究，随(sui)后又开发(fa)了(le)船用 β 钛(tai)合(he)金(jin)，用到之(zhi)后的军(jun)用(yong)舰(jian)船(chuan)管道系统中(zhong)，其中(zhong)涉及(ji)的钛合(he)金(jin)阀门(men)有(you)截止(zhi)阀、止(zhi)回(hui)阀和球阀等[6]，使(shi)用种类繁多(duo)，数量(liang)巨大；同(tong)时(shi)，民(min)用船舶(bo)管(guan)路(lu)系(xi)统也开(kai)始(shi)使(shi)用钛(tai)制阀门(men)。相(xiang)比于(yu)之(zhi)前采(cai)用(yong)的(de)铜合(he)金(jin)、钢(gang)等，之后的下水试验(yan)也表明(ming)采(cai)用(yong)铸(zhu)造(zao)钛(tai)合金(jin)后(hou)，自(zi)身结(jie)构强度和耐腐(fu)蚀(shi)等诸多(duo)方面(mian)都(dou)有了(le)很(hen)高的(de)可(ke)靠性(xing)，使(shi)用寿命(ming)也得(de)到大(da)幅(fu)度延长(zhang)，从(cong)原(yuan)先的 2~5 a
可(ke)以(yi)延(yan)长至 2倍(bei)以上，引起(qi)了(le)大家(jia)的(de)广泛(fan)重(zhong)视(shi)。位(wei)于(yu)我国洛阳的(de)中船七(qi)二五(wu)研究所为(wei)某(mou)型(xing)号(hao)舰船供应的(de)三偏(pian)心蝶(die)阀正(zheng)是(shi)改(gai)变以往(wang)选(xuan)材和设(she)计(ji)方(fang)案，采(cai)用(yong) Ti80 等作(zuo)为(wei)主体材(cai)料(liao)，阀门(men)使(shi)用(yong)寿(shou)命(ming)延长(zhang)至 25 a以上(shang)，提(ti)高(gao)阀门产(chan)品(pin)应用的(de)可靠(kao)度和(he)实用(yong)度，填(tian)补(bu)了(le)国(guo)内技术(shu)空(kong)白。
2.2 航(hang)空(kong)航(hang)天钛(tai)质(zhi)阀门
在(zai)航空航(hang)天(tian)方面，铸造钛合(he)金也(ye)有(you)着不(bu)俗的(de)表(biao)现，这归(gui)功(gong)于其良(liang)好的耐热性(xing)和强(qiang)度(du)。同样(yang)是60年代(dai)这段(duan)时期，美(mei)国航空(kong)首(shou)次试用钛铸(zhu)件(jian)。经过(guo)一段时(shi)间的研(yan)究(jiu)，从 1972 年铸造钛合(he)金(jin)开始正式应(ying)用(yong)在飞(fei)机(ji)上(shang)（波(bo)音(yin) 757、767及 777 等(deng)），不(bu)仅(jin)采(cai)用了(le)较多的(de)静止结构(gou)钛合金(jin)铸件，而且(qie)也(ye)开始(shi)用(yong)于(yu)关(guan)键(jian)位置(zhi)[7]，比(bi)如关键(jian)管(guan)路系统阀门(men)控制，常用的(de)阀(fa)门(men)有安全阀(fa)、止回阀等，降低(di)了飞(fei)机的(de)制造(zao)成本，增(zeng)加(jia)了(le)安(an)全(quan)性和可(ke)靠性(xing)，同时(shi)由于(yu)钛合(he)金(jin)相对于其他(ta)合金(jin)，密度(du)较(jiao)小，重量仅为同等强(qiang)度钢(gang)材的(de)60%左(zuo)右(you)，因此(ci)其广(guang)泛(fan)应(ying)用(yong)可(ke)以(yi)促(cu)使飞(fei)机(ji)向(xiang)着(zhe)高(gao)强(qiang)度(du)、轻(qing)量化的方(fang)向稳(wen)步(bu)迈(mai)进(jin)。
目(mu)前(qian)来(lai)看(kan)，航空航(hang)天(tian)阀门(men)主(zhu)要应(ying)用(yong)于(yu)气(qi)动(dong)、液(ye)动、燃油和润(run)滑等诸(zhu)多控制(zhi)系(xi)统，比较(jiao)适(shi)合耐(nai)腐(fu)蚀(shi)和(he)环境(jing)温度(du)较高的环境，是(shi)航(hang)天飞行器、发动(dong)机(ji)等至(zhi)关重(zhong)要的(de)部(bu)门(men)零件之一。传统(tong)的阀(fa)门(men)经常(chang)需(xu)要(yao)进(jin)行阶(jie)段(duan)性(xing)更(geng)换(huan)，甚至(zhi)无法满(man)足(zu)需求(qiu)，同时(shi)随着航空(kong)航天阀门(men)市场(chang)规(gui)模正(zheng)急(ji)速(su)扩大(da)，所以(yi)钛质阀门(men)因其(qi)优越的(de)性(xing)能(neng)所(suo)占(zhan)份(fen)额也(ye)在不(bu)断上(shang)升(sheng)。
2.3 化工(gong)行(xing)业(ye)钛质阀(fa)门(men)
化(hua)工(gong)类(lei)的阀门一(yi)般(ban)都在高温、高压、耐(nai)腐(fu)蚀和(he)压(ya)差大等普遍(bian)恶(e)劣(lie)环(huan)境中(zhong)使(shi)用，因(yin)此合(he)适的材(cai)料选择对于(yu)阀门(men)化(hua)工行(xing)业(ye)的应用显得至关(guan)重(zhong)要，早(zao)期(qi)选材(cai)多以碳素钢(gang)、不锈(xiu)钢(gang)等(deng)为(wei)主(zhu)，使(shi)用(yong)一(yi)段时(shi)间(jian)会(hui)发(fa)生锈蚀(shi)现(xian)象(xiang)，需要进(jin)行更(geng)换维护(hu)。随(sui)着铸(zhu)造(zao)钛合(he)金(jin)技术的(de)不(bu)断发展(zhan)和其优(you)越性(xing)能(neng)逐(zhu)渐(jian)被人发现，钛质(zhi)阀(fa)门(men)也(ye)出(chu)现(xian)在人(ren)们(men)的眼里。
以化(hua)纤工(gong)业(ye)精(jing)对苯(ben)二甲(jia)酸（PTA）生产装置作(zuo)为(wei)例(li)，工作(zuo)介(jie)质主要为(wei)醋(cu)酸和(he)氢(qing)溴酸(suan)，具(ju)有(you)很强(qiang)的(de)腐(fu)蚀性(xing)，近(jin)8000台(tai)包含截止阀、球阀等阀(fa)门(men)需(xu)要(yao)使用，种类繁(fan)杂[8]，数(shu)量巨大，因(yin)此(ci)钛质阀(fa)门(men)成为很好的(de)选(xuan)择，增(zeng)加了使(shi)用的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和安全性(xing)。一(yi)般(ban)情(qing)况(kuang)下，由(you)于尿素的腐蚀性(xing)，尿素(su)合成塔(ta)出口(kou)和(he)进(jin)口(kou)的阀门能够满(man)足(zu)1a的使用寿(shou)命已(yi)经(jing)达(da)到使用(yong)要求。而山(shan)西吕(lv)梁化肥(fei)厂(chang)、山东滕(teng)州化(hua)肥厂和河(he)南(nan)灵(ling)宝(bao)化肥厂等企业进(jin)行了(le)多次尝试(shi)，最终(zhong)选(xuan)择钛(tai)阀高(gao)压(ya)止回(hui)阀(fa) H72WA-220ROO-50，H43WA-220ROO-50、65、80 及保(bao)温(wen)截(jie)止阀(fa) BJ45WA-25R-100、125 等用于(yu)尿素合(he)成(cheng)塔(ta)的进(jin)口(kou)，使用寿(shou)命均(jun)在 2 a以(yi)上，体现(xian)了较(jiao)好(hao)的(de)耐(nai)腐(fu)蚀(shi)性[9]，降低了(le)阀门的(de)更(geng)换频(pin)率和使用(yong)成(cheng)本(ben)。
铸造(zao)钛(tai)合金在阀门(men)市(shi)场(chang)的(de)应用(yong)不(bu)仅仅局(ju)限于上(shang)述(shu)行业，其他(ta)方面发展有着不(bu)错(cuo)的(de)发展(zhan)，比(bi)如(ru)日本研制开(kai)发的(de)新型铸(zhu)造钛合(he)金(jin) Ti-33.5Al-1Nb-0.5Cr-0.5Si，具有(you)低密度(du)，高蠕(ru)变(bian)强度和较(jiao)好(hao)的(de)耐磨性(xing)等诸多优(you)点(dian)[10]，将(jiang)其用在汽车(che)发动(dong)机后(hou)排气阀(fa)，可(ke)以(yi)改善发动机的(de)安(an)全性能，同时(shi)延(yan)长(zhang)使用寿(shou)命。
3、铸造钛(tai)合金(jin)在其(qi)他行(xing)业(ye)的(de)应用
相比于铸造钛合金在(zai)阀门行(xing)业(ye)的(de)应用(yong)来说，铸(zhu)造(zao)钛合金(jin)的(de)其(qi)他(ta)应(ying)用更(geng)为广泛。钛(tai)和(he)钛(tai)合金(jin)都具有良好的耐腐(fu)蚀(shi)性(xing)能，因(yin)此(ci)对(dui)于石油(you)化工等有(you)腐(fu)蚀(shi)性要求(qiu)的(de)行业是(shi)有(you)重要意(yi)义的，在这些行(xing)业中(zhong)，容积泵、换热(re)器、压缩(suo)机和(he)反应(ying)器(qi)等需要(yao)进(jin)行(xing)工(gong)业生产(chan)的(de)大(da)型设(she)备很多(duo)都是会(hui)采用(yong)耐腐蚀(shi)的钛铸件，有(you)着最(zui)大的(de)市场(chang)需(xu)求。医学(xue)领(ling)域方面，由(you)于(yu)钛是(shi)世界公认的安全(quan)无毒(du)、无(wu)重(zhong)金(jin)属析出的安全(quan)金属(shu)，因此很(hen)多医疗(liao)辅助(zhu)器(qi)械(xie)、人(ren)体假(jia)肢等都是(shi)以铸造(zao)钛合金作为材质的(de)，尤(you)其是在(zai)牙(ya)科(ke)医疗上，几(ji)乎全部(bu)试(shi)用过(guo)的牙科(ke)医(yi)疗铸件都(dou)是(shi)由工业纯钛(tai)和(he)
Ti-6Al-4V 合(he)金(jin)制成的，有着(zhe)良(liang)好的(de)生物相(xiang)容(rong)性、机(ji)械(xie)性能和抗腐(fu)蚀(shi)性能(neng)[11]。另(ling)一方面，由于钛(tai)及(ji)钛(tai)合金(jin)密度小(xiao)、性能(neng)好(hao)等优(you)点(dian)，广泛(fan)运(yun)用在(zai)高尔夫(fu)球(qiu)杆、球(qiu)头(tou)、网球(qiu)拍、羽(yu)毛球(qiu)拍和钓具(ju)等众多运动(dong)器械，用其制成的(de)产(chan)品(pin)重量轻(qing)，有(you)质量(liang)保(bao)证，很(hen)受(shou)大(da)众(zhong)的(de)欢迎(ying)。例如(ru)日本钢管(guan)公司（N104）研制的 SP-700 新(xin)型钛合金的制品用作Taylor 牌 300系列(lie)高尔(er)夫球头表面材(cai)料(liao)[12]，畅(chang)销(xiao)全球高(gao)尔夫球(qiu)市(shi)场(chang)。
从 20 世纪(ji)末期开始，铸造(zao)钛(tai)合金(jin)在(zai)石(shi)油(you)化工、航(hang)天航(hang)空(kong)、生物(wu)医(yi)学、汽车(che)工业(ye)和运动(dong)休闲(xian)等领域已从(cong)最初(chu)的(de)初(chu)步(bu)试探(tan)到现(xian)在(zai)的(de)极力(li)推(tui)广发(fa)展，逐步(bu)形成产(chan)业化(hua)和(he)规(gui)模(mo)化(hua)。
4、应用的局(ju)限(xian)性(xing)
但是，虽然以铸造钛合(he)金(jin)、纯钛等钛材(cai)作为主(zhu)体(ti)的(de)阀门和其他产品(pin)，在(zai)诸(zhu)多(duo)领域都(dou)有着(zhe)广(guang)阔的(de)应(ying)用(yong)前景(jing)，但也(ye)有一定的(de)局(ju)限性(xing)。
相比(bi)于(yu)其他金(jin)属(shu)材料，钛作(zuo)为一(yi)种新(xin)兴(xing)金(jin)属(shu)，其(qi)发展(zhan)时(shi)间是(shi)很短暂(zan)的，钛(tai)合(he)金(jin)应用距(ju)今也(ye)不(bu)过(guo)短短(duan) 70 a的时(shi)间，因(yin)此(ci)目前可供(gong)参(can)考(kao)的技(ji)术(shu)资料(liao)十分(fen)有限(xian)，仍(reng)处于摸索的阶(jie)段(duan)。一方(fang)面(mian)由(you)于金属钛(tai)的(de)冶(ye)炼难(nan)度很大(da)，成(cheng)本(ben)居(ju)高(gao)不下；另(ling)一(yi)方(fang)面由(you)于钛(tai)及(ji)钛(tai)合金(jin)、铸造(zao)钛(tai)合金的加工成(cheng)本很(hen)高(gao)，加(jia)工时(shi)间较长(zhang)，加工成本(ben)是其材(cai)料(liao)价值的数(shu)倍，甚至高达(da)数十(shi)倍，是公认(ren)的最难(nan)加工(gong)的材料(liao)之一，无法(fa)做到(dao)大规模的推广使(shi)用。因(yin)此提(ti)高(gao)金(jin)属(shu)钛(tai)的(de)冶(ye)炼(lian)技(ji)术，同(tong)时寻找合(he)适的加工方法是目前(qian)的(de)当(dang)务(wu)之(zhi)急(ji)。
5、结(jie)束(shu)语
对于(yu)钛(tai)及其(qi)钛(tai)合(he)金(jin)来说(shuo)，一(yi)方(fang)面性能(neng)优越(yue)，是(shi)很多材(cai)料(liao)比如(ru)钢材(cai)的(de)理想替代(dai)品，另一(yi)方面(mian)钛(tai)资(zi)源储(chu)量(liang)丰富，因(yin)此(ci)受到(dao)了众多研(yan)究人(ren)员(yuan)的重视。虽(sui)然(ran)目(mu)前还存在着(zhe)钛资(zi)源开采、冶(ye)炼技术难(nan)度大(da)和(he)加工(gong)困难等(deng)一些(xie)问(wen)题，但(dan)是，阀(fa)门(men)产业和钛(tai)产业同样是一(yi)个(ge)朝(chao)气(qi)蓬勃(bo)、飞速发(fa)展的(de)行业(ye)。伴随着(zhe)将来钛材(cai)料的(de)稳(wen)定(ding)开(kai)采(cai)和生(sheng)产(chan)及新(xin)工(gong)艺(yi)的(de)推出和完(wan)善(shan)，铸(zhu)造(zao)钛(tai)合(he)金及铸件(jian)在阀(fa)门(men)行业(ye)的应用(yong)发展(zhan)会更(geng)加成熟(shu)并且趋于(yu)规模(mo)化(hua)，在其(qi)他(ta)行业也(ye)会有(you)着(zhe)广阔(kuo)的应用(yong)前景。
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