[科普中国]-亚稳定α钛合金

亚稳定α钛合金是n相稳定元素含量较高，室温下组织全部为热不稳定的亚稳定n相的钛基合金。合金具有高的断裂韧性和深淬透性。

性能亚稳定α钛是一种新型金属，亚稳定α钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化亚稳定α钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。99.5%工业纯亚稳定α钛的性能为：密度ρ=4.5g/立方厘米，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25%，断面收缩率ψ=25%，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。

强度高亚稳定α钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，纯亚稳定α钛的密度才接近普通钢的密度，一些高强度亚稳定α钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此亚稳定α钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用亚稳定α钛合金。

热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类亚稳定α钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。亚稳定α钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。

存在的问题亚稳定α钛合金具有质量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优点，故被广泛应用在汽车工业中，应用亚稳定α钛合金最多的是汽车发动机系统。利用亚稳定α钛合金制造发动机零件有很多好处。

亚稳定α钛合金的密度低，可以降低运动零件的惯性质量，同时钛气门弹簧可以增加自由振动，减弱车身的振颤，提高发动机的转速及输出功率。

减小运动零件的惯性质量，从而使摩擦力减小，提高发动机的燃油效率。选择亚稳定α钛合金可以减轻相关零件的负载应力，缩小零件的尺寸，从而使发动机及整车的质量减轻。零部件惯性质量的降低，使得振动和噪声减弱，改善发动机的性能。 亚稳定α钛合金在其他部件上的应用可提高人员的舒适度和汽车的美观等。在汽车工业上的应用，亚稳定α钛合金在节能降耗方面起到了不可估量的作用。1

亚稳定α钛合金零部件尽管具有如此优越的性能，但距钛及其合金普遍应用在汽车工业中还有很大的距离，原因包括价格昂贵、成形性不好及焊接性能差等问题。无论是金属最初的冶炼还是后续的加工，亚稳定α钛合金的价格都远远高于其他金属。汽车工业能够接受的钛制零件成本，用连杆钛材8～13美元/kg，气阀用钛材13～20美元/kg，弹簧、发动机排气系统及紧固件用钛材希望在8美元/kg以下。是铝板材的6～15倍，钢板材的45～83倍。

本词条内容贡献者为:

任毅如 - 副教授 - 湖南大学