鈦材料物理性能(physical propert yo ftitanium material)

鈦在元素周期表中屬于第ⅣB族。原子序數22，原子量47．90，原子半徑O．145nm，原子體積10．8×10^-3m³／kg•at。鈦具有5種穩定的同位素，它們的原子量分別是46、47、48、49和50o鈦材料的物理性能包括晶格參數、密度、熔點、熔化潛熱、比熱容、熱導率、線膨脹系數、電性能、磁性能、彈性模量和表面張力。

晶格參數鈦具有兩種同素異形體。低溫時鈦是六角密排的晶體結構，稱為α相。α相在25℃時的晶格參數n=2．95×10^-4／μm，c=4．686×10^-4μm，軸比c／a=1．588。高于882．5℃時，鈦是體心立方晶體結構，稱為β相。β相在900℃時的晶格參數a=3．3×10^-4／μm，用外推法確定β相在室溫時的晶格參數是3．28×10^-4／μm，但實際上即使采用水淬方法，也不能將β相的晶體結構保留到室溫，在室溫穩定的是α相。α相轉變成β相伴隨著晶格體積的減少(約為5．5％)和其他物理性能的改變。

隨著各種合金元素的加入，鈦的晶格參數也會有些變化。例如氮、氧、碳等元素，均使α相的品格參數增加，氫在α相中的溶解度很低，對晶格參數影響不大。鈦的合金化元素中，廣泛應用的是鋁，其含量小于3％時，對α相的晶格參數影響較小，鋁含量增大時，會使α相的晶格參數c減小。以置換式溶入β相的原子，原子體積比鈦小的元素如鉻、鐵、錳等，會使B相的晶格參數減小，而鉭、鈮尤其是鋯等元素，則使β相晶格參數稍有增加。

密度純鈦在室溫(25℃)時的密度是4．505g／cm³，870℃時是4．35g／cm³，900℃時是4．32g／cm³，熔融狀態時(開始結晶的溫度)是4．11g／cm³。隨著鈦中合金元素加入量的不同，鈦的密度也有所變化，其變化范圍在4．4～4．9g／cm³之間。

熔點鈦的熔點約為1668±5℃。鈦中存在的或加入不同的合金元素，都會使熔化溫度改變，如氧的存在會使鈦的熔化溫度升高。

熔化潛熱按照鈦的熵值計算出來的鈦的熔化潛熱是18．8kJ／mol(298K時鈦的熵值是30．5kJ／(mol•K)。根據鈦的熔化潛熱計算出鈦的沸騰溫度是3177℃。鈦的氣化(升華)熱是420．7kJ／mol。鈦的熔化潛熱幾乎是鐵的兩倍，所以鈦在熔化時將消耗更多的能量。

質量熱容鈦在288K時的質量熱容是0．515kJ／(kg•K)，隨著溫度升高，鈦的比熱容增大。在870～890℃時，由于α→β轉變，質量熱容發生突然變化。鈦在β相區的質量熱容幾乎與溫度無關。由于合金元素的加入，鈦在100℃時的質量熱容變化范圍為[0．42～0．54J／(g•℃)][(0．10～0．13cal)／(g•¨℃)]。

熱導率鈦的熱導率很低，這導致鈦的鑄錠和坯料加熱時，鈦結構焊接時，沿著截面產生很大的溫差，從而產生較大的局部應力。低于500℃時，其熱導率隨溫度升高而下降。合金元素對熱導率的影響，在低溫時。比在高溫時更加明顯。鈦中加入鋁合金化時，其熱導率明顯下降。

熱膨脹鈦的線脹系數明顯低于鋁和鋼，為7．35×10^-6／K。由于加入合金元素，隨溫度升高，電阻呈線性增長。當α相向β相轉變時，伴隨著電阻下降。在β相區，電阻隨溫度增加的幅度比在α相區小得多。

鈦向超導狀態的轉變溫度是0．266K。α一鈦的霍爾常數是(+1．82土O．2)×10^-13。

磁性能鈦屬于順磁金屬，低于800℃時，它的磁化率隨溫度升高而增加。20℃時，α—Ti的磁化率為3．2×10^-6；900℃時，β一Ti為4．5×10^-6。

彈性模量鈦的彈性模量與晶體取向有關。室溫時，單晶鈦在c軸方向的彈性模量是146000MPa，垂直于f軸方向是106000MPa。通常非織構的多晶鈦的彈性模量是112000MPa。低于350℃時，鈦的彈性模量隨溫度升高呈線性下降。彈性模量不高是鈦的缺點之一，有時為了獲得足夠的結構剛性，采用更大的截面。合金化不能明顯地提高鈦的彈性模量，大約在105000～125000MPa范圍內變化。切變模量變化的范圍是42000～47000MPa。

表面張力鈦具有高的表面張力，1600℃時，其表面張力σ=1．75N／m。焊接時，高的表面張力有利于保障焊縫根部的形成。