钛材料物理性能(physical property of titanium material)

钛在元素周期表中属于第ⅣB族。原子序数22，原子量47．90，原子半径O．145nm，原子体积10．8×10^-3m³／kg•at。钛具有5种稳定的同位素，它们的原子量分别是46、47、48、49和50o钛材料的物理性能包括晶格参数、密度、熔点、熔化潜热、比热容、热导率、线膨胀系数、电性能、磁性能、弹性模量和表面张力。

晶格参数钛具有两种同素异形体。低温时钛是六角密排的晶体结构，称为α相。α相在25℃时的晶格参数n=2．95×10^-4／μm，c=4．686×10^-4μm，轴比c／a=1．588。高于882．5℃时，钛是体心立方晶体结构，称为β相。β相在900℃时的晶格参数a=3．3×10^-4／μm，用外推法确定β相在室温时的晶格参数是3．28×10^-4／μm，但实际上即使采用水淬方法，也不能将β相的晶体结构保留到室温，在室温稳定的是α相。α相转变成β相伴随着晶格体积的减少(约为5．5％)和其他物理性能的改变。

随着各种合金元素的加入，钛的晶格参数也会有些变化。例如氮、氧、碳等元素，均使α相的品格参数增加，氢在α相中的溶解度很低，对晶格参数影响不大。钛的合金化元素中，广泛应用的是铝，其含量小于3％时，对α相的晶格参数影响较小，铝含量增大时，会使α相的晶格参数c减小。以置换式溶入β相的原子，原子体积比钛小的元素如铬、铁、锰等，会使B相的晶格参数减小，而钽、铌尤其是锆等元素，则使β相晶格参数稍有增加。

密度 纯钛在室温(25℃)时的密度是4．505g／cm³，870℃时是4．35g／cm³，900℃时是4．32g／cm³，熔融状态时(开始结晶的温度)是4．11g／cm³。随着钛中合金元素加入量的不同，钛的密度也有所变化，其变化范围在4．4～4．9g／cm³之间。

熔点 钛的熔点约为1668±5℃。钛中存在的或加入不同的合金元素，都会使熔化温度改变，如氧的存在会使钛的熔化温度升高。

熔化潜热 按照钛的熵值计算出来的钛的熔化潜热是18．8kJ／mol(298K时钛的熵值是30．5kJ／(mol•K)。根据钛的熔化潜热计算出钛的沸腾温度是3177℃。钛的气化(升华)热是420．7kJ／mol。钛的熔化潜热几乎是铁的两倍，所以钛在熔化时将消耗更多的能量。

质量热容 钛在288K时的质量热容是0．515kJ／(kg•K)，随着温度升高，钛的比热容增大。在870～890℃时，由于α→β转变，质量热容发生突然变化。钛在β相区的质量热容几乎与温度无关。由于合金元素的加入，钛在100℃时的质量热容变化范围为[0．42～0．54J／(g•℃)][(0．10～0．13cal)／(g•¨℃)]。

热导率 钛的热导率很低，这导致钛的铸锭和坯料加热时，钛结构焊接时，沿着截面产生很大的温差，从而产生较大的局部应力。低于500℃时，其热导率随温度升高而下降。合金元素对热导率的影响，在低温时。比在高温时更加明显。钛中加入铝合金化时，其热导率明显下降。

热膨胀 钛的线胀系数明显低于铝和钢，为7．35×10^-6／K。由于加入合金元素，随温度升高，电阻呈线性增长。当α相向β相转变时，伴随着电阻下降。在β相区，电阻随温度增加的幅度比在α相区小得多。

钛向超导状态的转变温度是0．266K。α一钛的霍尔常数是(+1．82土O．2)×10^-13。

磁性能钛属于顺磁金属，低于800℃时，它的磁化率随温度升高而增加。20 ℃ 时，α—Ti的磁化率为3．2×10^-6；900℃时，β一Ti为4．5×10^-6。

弹性模量 钛的弹性模量与晶体取向有关。室温时，单晶钛在c轴方向的弹性模量是146000MPa，垂直于f轴方向是106000MPa。通常非织构的多晶钛的弹性模量是112000MPa。低于350℃时，钛的弹性模量随温度升高呈线性下降。弹性模量不高是钛的缺点之一，有时为了获得足够的结构刚性，采用更大的截面。合金化不能明显地提高钛的弹性模量，大约在105000～125000MPa范围内变化。切变模量变化的范围是42000～47000MPa。

表面张力钛具有高的表面张力，1600℃时，其表面张力σ=1．75N／m。焊接时，高的表面张力有利于保障焊缝根部的形成。