與以往的合金材料相比，鈦合金具(ju)有(you)低密度、高比強度、抗(kang)腐蝕(shi)、高溫和低溫性(xing)(xing)能(neng)優(you)良等眾多優(you)點，因此在(zai)石油化工、海洋(yang)環境、生物醫學(xue)、航(hang)空航(hang)天(tian)、汽車工業(ye)及艦船等諸多領域可以(yi)得到更(geng)為廣(guang)泛的應用。鑄造鈦合(he)(he)金是(shi)鈦合(he)(he)金經過澆鑄成(cheng)所(suo)需的形狀得到的，其中應用最廣(guang)泛的是(shi)ZTC4（Ti-6Al-4V）合(he)(he)金，工藝性(xing)(xing)能(neng)穩定，具(ju)有(you)良好的強度和斷裂韌性(xing)(xing)（350℃以(yi)下）。
作(zuo)為(wei)各種特殊(shu)環(huan)境和(he)特殊(shu)流體(ti)介質(zhi)(zhi)管路輸(shu)送系統的主要控制部(bu)件，閥(fa)門(men)已經成為(wei)生(sheng)產(chan)中(zhong)很多設備的重(zhong)要組成部(bu)分，可以說(shuo)任何行業都離不開(kai)閥(fa)門(men)。由于不同(tong)領(ling)域的環(huan)境、溫(wen)(wen)度和(he)介質(zhi)(zhi)要求不同(tong)，閥(fa)門(men)選材尤為(wei)關鍵，廣泛受人重(zhong)視(shi)。以鈦合(he)金(jin)和(he)鑄造鈦合(he)金(jin)為(wei)主體(ti)的閥(fa)門(men)由于其耐腐蝕、高(gao)溫(wen)(wen)和(he)低溫(wen)(wen)性能(neng)優良、高(gao)強度等良好(hao)的優越(yue)性能(neng)，在閥(fa)門(men)領(ling)域有著(zhu)廣闊的前景。
1、常用的鑄(zhu)造鈦合金
1.1種類
隨著科(ke)技的(de)發展(zhan)和(he)生(sheng)產需要(yao)，不同種(zhong)(zhong)類(lei)的(de)鑄造(zao)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)被研制(zhi)出來(lai)，應用(yong)于很多領域。從(cong)照相組(zu)成(cheng)成(cheng)分(fen)來(lai)看(kan)，鑄造(zao)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)可(ke)(ke)以(yi)分(fen)為(wei)α、β和(he)α+β 3種(zhong)(zhong)類(lei)型；從(cong)強(qiang)(qiang)度(du)來(lai)看(kan)，可(ke)(ke)以(yi)分(fen)為(wei)中(zhong)強(qiang)(qiang)度(du)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)、高強(qiang)(qiang)度(du)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)；從(cong)使(shi)用(yong)環境溫度(du)來(lai)看(kan)，可(ke)(ke)以(yi)分(fen)為(wei)低溫鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)（小(xiao)于等于室溫）、中(zhong)溫鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)（400℃）、高溫鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)（大于等于500℃）和(he)抗燃燒鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)等。可(ke)(ke)以(yi)看(kan)出，鑄造(zao)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)使(shi)用(yong)范圍很大，幾乎(hu)涵(han)蓋各個方面，有(you)著很高的(de)市場價(jia)值(zhi)。
1.2力學(xue)性能
鑄(zhu)造鈦合金有ZTA1、ZTA2、ZTA5和ZTC4等多種類型，涵蓋α、β和α+β 3種類型，在國內分別以TA、TC和TB表示，其常(chang)見的力學性(xing)能見表1。
表1常見鑄造鈦合(he)金的(de)力(li)學性(xing)能
以目前應用(yong)最為(wei)廣泛的(de)ZTC4鑄造鈦合金(jin)為(wei)例，其(qi)(qi)Al含(han)量(liang)為(wei)5.5%～6.75%，V含(han)量(liang)為(wei)3.5%～4.5%，剩下的(de)成分均為(wei)Ti。從表1中(zhong)可(ke)以看出，ZTC4鑄造鈦合金(jin)的(de)抗拉強(qiang)度(du)為(wei)895 MPa，屈服強(qiang)度(du)為(wei)825 MPa。其(qi)(qi)力學性(xing)能與(yu)中(zhong)高強(qiang)度(du)鋼的(de)性(xing)能較為(wei)接(jie)近，使用(yong)上可(ke)以較好地替代鋼材，另一方面，其(qi)(qi)密度(du)僅僅為(wei)4.4 g/cm3，遠小于鋼材，有(you)利于設備減重，同時其(qi)(qi)還(huan)保留了鈦合金(jin)耐(nai)腐蝕的(de)優越性(xing)能，這是(shi)鋼材所不能滿足的(de)。
因此在今后的工業生產中，若由于生產需求需要進行減重，選(xuan)擇(ze)合(he)適的鑄造鈦合(he)金進行替代，既可(ke)以有效地進行產品(pin)減重，又(you)可(ke)以保證產品(pin)性(xing)能(neng)，不失(shi)為一個(ge)很好的選(xuan)擇(ze)。
2、鑄造鈦合(he)金(jin)在閥門行業的(de)應用
2.1船用鈦質閥門
近年來，隨著我國(guo)經濟的(de)高速(su)發展，各個行業遍(bian)地開(kai)花，閥(fa)門作為一種(zhong)必不(bu)可少的(de)通用(yong)機(ji)械設備，產品的(de)市場需求(qiu)量不(bu)斷增加，我國(guo)閥(fa)門產業也得(de)到了快速(su)的(de)發展。
閥門(men)(men)通常(chang)由閥體、閥蓋(gai)、閥瓣(ban)、閥桿、熱片(pian)、填(tian)料(liao)(liao)(liao)及驅動件組成，閥體、閥蓋(gai)所(suo)選材料(liao)(liao)(liao)為(wei)主體材料(liao)(liao)(liao)，閥瓣(ban)（閘板）、球(qiu)體、閥座、閥桿和(he)密封座等(deng)(deng)所(suo)選材料(liao)(liao)(liao)稱(cheng)為(wei)內件材料(liao)(liao)(liao)，另外(wai)還有(you)緊固(gu)件材料(liao)(liao)(liao)；閥門(men)(men)常(chang)見選材有(you)灰鑄(zhu)鐵、球(qiu)墨鑄(zhu)鐵、合(he)金(jin)鋼和(he)銅合(he)金(jin)等(deng)(deng)，可選擇性多樣化。但隨著生產的進一(yi)步需(xu)要，研究人員發現在(zai)一(yi)些惡(e)劣的工(gong)作環境和(he)復雜特殊的工(gong)況(kuang)下，常(chang)規(gui)的閥門(men)(men)材料(liao)(liao)(liao)無法滿足生產和(he)科研需(xu)要。這時鈦及鑄(zhu)造鈦合(he)金(jin)因(yin)為(wei)優越的性能(neng)引(yin)起了人們的注意，鈦制閥門(men)(men)得到了一(yi)定的發展(zhan)。
海水管路(lu)系統(tong)所(suo)處的(de)(de)工作環境十(shi)分(fen)惡(e)劣，船(chuan)用(yong)閥(fa)門(men)的(de)(de)性能(neng)直(zhi)接影(ying)響管路(lu)系統(tong)的(de)(de)安全乃至總(zong)體性能(neng)。早(zao)在20世(shi)紀60年代，俄羅斯(si)便開(kai)始(shi)了艦(jian)船(chuan)鈦合(he)金(jin)的(de)(de)研究，隨后又(you)開(kai)發了船(chuan)用(yong)β鈦合(he)金(jin)，用(yong)到之后的(de)(de)軍(jun)用(yong)艦(jian)船(chuan)管道系統(tong)中，其中涉及的(de)(de)鈦合(he)金(jin)閥(fa)門(men)有截止閥(fa)、止回閥(fa)和(he)球閥(fa)等(deng)，使(shi)用(yong)種類繁多，數量巨大；同時，民用(yong)船(chuan)舶管路(lu)系統(tong)也(ye)開(kai)始(shi)使(shi)用(yong)鈦制(zhi)閥(fa)門(men)。相比于(yu)之前采用(yong)的(de)(de)銅合(he)金(jin)、鋼等(deng)，之后的(de)(de)下水試(shi)驗也(ye)表明采用(yong)鑄造鈦合(he)金(jin)后，自(zi)身(shen)結構強度和(he)耐腐蝕(shi)等(deng)諸(zhu)多方(fang)面(mian)都(dou)有了很高的(de)(de)可靠(kao)性，使(shi)用(yong)壽命(ming)也(ye)得到大幅(fu)度延長，從原先的(de)(de)2～5 a可以(yi)延長至2倍以(yi)上，引起了大家的(de)(de)廣泛重視。位于(yu)我國洛陽的(de)(de)中船(chuan)七(qi)二五(wu)研究所(suo)為(wei)某型號(hao)艦(jian)船(chuan)供應的(de)(de)三偏心蝶閥(fa)正是(shi)改變(bian)以(yi)往選材和(he)設計方(fang)案，采用(yong)Ti80等(deng)作為(wei)主(zhu)體材料(liao)，閥(fa)門(men)使(shi)用(yong)壽命(ming)延長至25 a以(yi)上，提(ti)高閥(fa)門(men)產品應用(yong)的(de)(de)可靠(kao)度和(he)實用(yong)度，填補了國內技術空白。
2.2航空航天鈦質閥門
在航空航天方(fang)面，鑄造(zao)鈦合(he)金也有著不(bu)俗的(de)(de)(de)表現，這歸功于(yu)其(qi)良好的(de)(de)(de)耐熱性和強度。同樣是60年代這段時期，美國航空首次試用鈦鑄件(jian)。經(jing)過一(yi)段時間的(de)(de)(de)研究(jiu)，從1972年鑄造(zao)鈦合(he)金開始正式(shi)應用在飛機(ji)上（波(bo)音(yin)757、767及777等），不(bu)僅(jin)(jin)采用了較(jiao)多的(de)(de)(de)靜止結構鈦合(he)金鑄件(jian)，而且也開始用于(yu)關鍵(jian)位置，比如(ru)關鍵(jian)管路系統(tong)閥門控制(zhi)，常用的(de)(de)(de)閥門有安全閥、止回閥等，降低(di)了飛機(ji)的(de)(de)(de)制(zhi)造(zao)成(cheng)本，增加了安全性和可靠性，同時由于(yu)鈦合(he)金相對于(yu)其(qi)他合(he)金，密度較(jiao)小，重量僅(jin)(jin)為同等強度鋼材的(de)(de)(de)60%左右，因此(ci)其(qi)廣泛應用可以促(cu)使(shi)飛機(ji)向(xiang)著高強度、輕量化(hua)的(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)穩步(bu)邁進。
目前來看，航(hang)空航(hang)天閥(fa)(fa)門(men)(men)主要應用于氣動(dong)(dong)、液動(dong)(dong)、燃油和(he)潤滑(hua)等(deng)諸多(duo)控制系統，比較(jiao)適合耐腐(fu)蝕和(he)環境溫度較(jiao)高的環境，是航(hang)天飛行(xing)器、發動(dong)(dong)機(ji)等(deng)至關重要的部(bu)門(men)(men)零(ling)件(jian)之(zhi)一。傳統的閥(fa)(fa)門(men)(men)經常需(xu)要進(jin)行(xing)階段性(xing)更換(huan)，甚至無法滿足(zu)需(xu)求，同時隨著航(hang)空航(hang)天閥(fa)(fa)門(men)(men)市(shi)場(chang)規模(mo)正急速(su)擴(kuo)大，所以鈦(tai)質(zhi)閥(fa)(fa)門(men)(men)因其(qi)優越(yue)的性(xing)能所占份(fen)額也(ye)在(zai)不斷上升。
2.3化工行業鈦質閥門(men)
化工類的閥門(men)(men)一般都在(zai)高(gao)溫、高(gao)壓、耐腐(fu)蝕和壓差大等(deng)普遍惡劣環境中使(shi)用，因此合適(shi)的材料選擇對于閥門(men)(men)化工行(xing)業的應用顯得至(zhi)關重(zhong)要(yao)，早(zao)期選材多(duo)以碳素鋼、不銹鋼等(deng)為主，使(shi)用一段時間(jian)會發生銹蝕現(xian)(xian)象，需要(yao)進(jin)行(xing)更換維護。隨著(zhu)鑄(zhu)造鈦(tai)合金(jin)技(ji)術的不斷發展和其優越性能(neng)逐漸被人發現(xian)(xian)，鈦(tai)質閥門(men)(men)也出現(xian)(xian)在(zai)人們的眼(yan)里。
以(yi)化(hua)(hua)(hua)纖(xian)工業精對苯二甲(jia)酸(suan)（PTA）生產(chan)裝置作(zuo)為(wei)例(li)，工作(zuo)介質主要為(wei)醋(cu)酸(suan)和氫溴酸(suan)，具有很(hen)強的(de)(de)腐蝕性(xing)，近8 000臺包含截止(zhi)(zhi)閥、球閥等閥門需要使用(yong)，種類繁雜，數(shu)量巨大，因(yin)此鈦質閥門成為(wei)很(hen)好的(de)(de)選擇，增加了使用(yong)的(de)(de)可靠(kao)性(xing)和安(an)全性(xing)。一般(ban)情況下，由(you)于尿素的(de)(de)腐蝕性(xing)，尿素合成塔(ta)出口(kou)和進(jin)口(kou)的(de)(de)閥門能夠(gou)滿足1 a的(de)(de)使用(yong)壽(shou)命已經達到使用(yong)要求。而山西呂梁化(hua)(hua)(hua)肥廠(chang)(chang)、山東滕州化(hua)(hua)(hua)肥廠(chang)(chang)和河南靈寶化(hua)(hua)(hua)肥廠(chang)(chang)等企業進(jin)行了多次嘗試，最終選擇鈦閥高壓止(zhi)(zhi)回閥H72WA-220ROO-50，H43WA-220ROO-50、65、80及保溫(wen)截止(zhi)(zhi)閥BJ45WA-25R-100、125等用(yong)于尿素合成塔(ta)的(de)(de)進(jin)口(kou)，使用(yong)壽(shou)命均在2 a以(yi)上，體現了較(jiao)好的(de)(de)耐腐蝕性(xing)[9]，降低了閥門的(de)(de)更換頻(pin)率和使用(yong)成本。
鑄造(zao)鈦(tai)合(he)金(jin)在(zai)閥門市場的應用(yong)(yong)不僅僅局限于上(shang)述行業(ye)，其他方面(mian)發展(zhan)(zhan)有著不錯(cuo)的發展(zhan)(zhan)，比如日本研(yan)制(zhi)開發的新型鑄造(zao)鈦(tai)合(he)金(jin)Ti-33.5Al-1Nb-0.5Cr-0.5Si，具有低密度(du)，高蠕(ru)變強(qiang)度(du)和較好(hao)的耐磨性(xing)等諸多優點，將其用(yong)(yong)在(zai)汽車發動機(ji)后排氣閥，可以改善發動機(ji)的安(an)全性(xing)能(neng)，同時(shi)延(yan)長使(shi)用(yong)(yong)壽命。
3、鑄造鈦合金在其他行業的應用
相比于(yu)鑄(zhu)造鈦(tai)合(he)(he)金(jin)在閥門行(xing)(xing)業(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)來說，鑄(zhu)造鈦(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)其(qi)他應用(yong)(yong)(yong)更為廣泛。鈦(tai)和鈦(tai)合(he)(he)金(jin)都(dou)(dou)(dou)具有(you)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)耐腐蝕性能(neng)，因此對于(yu)石油(you)化工等(deng)(deng)(deng)有(you)腐蝕性要求(qiu)的(de)(de)(de)(de)行(xing)(xing)業(ye)(ye)是有(you)重(zhong)要意義的(de)(de)(de)(de)，在這些行(xing)(xing)業(ye)(ye)中(zhong)，容積泵、換熱器、壓縮機(ji)和反(fan)應器等(deng)(deng)(deng)需(xu)(xu)要進行(xing)(xing)工業(ye)(ye)生產(chan)的(de)(de)(de)(de)大型(xing)(xing)設備很多(duo)都(dou)(dou)(dou)是會采用(yong)(yong)(yong)耐腐蝕的(de)(de)(de)(de)鈦(tai)鑄(zhu)件，有(you)著(zhu)最大的(de)(de)(de)(de)市場需(xu)(xu)求(qiu)。醫學(xue)領(ling)域方面，由于(yu)鈦(tai)是世界公認的(de)(de)(de)(de)安全無毒、無重(zhong)金(jin)屬(shu)析出(chu)的(de)(de)(de)(de)安全金(jin)屬(shu)，因此很多(duo)醫療輔助器械、人體假肢等(deng)(deng)(deng)都(dou)(dou)(dou)是以(yi)鑄(zhu)造鈦(tai)合(he)(he)金(jin)作為材質的(de)(de)(de)(de)，尤其(qi)是在牙科(ke)醫療上，幾(ji)乎全部試用(yong)(yong)(yong)過的(de)(de)(de)(de)牙科(ke)醫療鑄(zhu)件都(dou)(dou)(dou)是由工業(ye)(ye)純(chun)鈦(tai)和Ti-6Al-4V合(he)(he)金(jin)制成(cheng)的(de)(de)(de)(de)，有(you)著(zhu)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)生物相容性、機(ji)械性能(neng)和抗腐蝕性能(neng)。另一方面，由于(yu)鈦(tai)及鈦(tai)合(he)(he)金(jin)密度小(xiao)、性能(neng)好(hao)等(deng)(deng)(deng)優點，廣泛運用(yong)(yong)(yong)在高爾夫(fu)球(qiu)桿、球(qiu)頭(tou)、網球(qiu)拍、羽毛球(qiu)拍和釣具等(deng)(deng)(deng)眾(zhong)多(duo)運動器械，用(yong)(yong)(yong)其(qi)制成(cheng)的(de)(de)(de)(de)產(chan)品重(zhong)量(liang)輕，有(you)質量(liang)保證，很受大眾(zhong)的(de)(de)(de)(de)歡(huan)迎。例如日本鋼管(guan)公司(si)（N104）研制的(de)(de)(de)(de)SP-700新(xin)型(xing)(xing)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)制品用(yong)(yong)(yong)作Taylor牌(pai)300系列高爾夫(fu)球(qiu)頭(tou)表面材料，暢銷全球(qiu)高爾夫(fu)球(qiu)市場。
從20世紀末(mo)期開始，鑄造(zao)鈦合金在石油化工(gong)、航天航空(kong)、生物醫學、汽車工(gong)業和(he)運(yun)動休閑等領(ling)域已從最初(chu)的(de)初(chu)步試探(tan)到現在的(de)極力推廣發(fa)展(zhan)，逐步形成產業化和(he)規模化。
4、應用(yong)的局限(xian)性
但是(shi)，雖然以鑄造鈦(tai)合金、純鈦(tai)等鈦(tai)材作為主體的(de)(de)閥門(men)和其他產品(pin)，在諸多(duo)領域都有(you)著廣闊的(de)(de)應(ying)用(yong)前景(jing)，但也有(you)一定的(de)(de)局限(xian)性(xing)。
相比于(yu)其(qi)他(ta)金(jin)(jin)屬材料(liao)，鈦(tai)作(zuo)為一(yi)種新興金(jin)(jin)屬，其(qi)發展時(shi)間是很短暫(zan)的(de)(de)(de)(de)，鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)應(ying)用(yong)距(ju)今也不過短短70 a的(de)(de)(de)(de)時(shi)間，因此目前可供參考的(de)(de)(de)(de)技術資料(liao)十分有限，仍處于(yu)摸索的(de)(de)(de)(de)階段。一(yi)方(fang)面由于(yu)金(jin)(jin)屬鈦(tai)的(de)(de)(de)(de)冶(ye)煉(lian)難度很大，成(cheng)本(ben)居高(gao)(gao)不下；另一(yi)方(fang)面由于(yu)鈦(tai)及(ji)鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)、鑄造鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)加(jia)工成(cheng)本(ben)很高(gao)(gao)，加(jia)工時(shi)間較(jiao)長，加(jia)工成(cheng)本(ben)是其(qi)材料(liao)價值的(de)(de)(de)(de)數(shu)倍，甚(shen)至高(gao)(gao)達(da)數(shu)十倍，是公認的(de)(de)(de)(de)最難加(jia)工的(de)(de)(de)(de)材料(liao)之(zhi)一(yi)，無法做到大規模的(de)(de)(de)(de)推廣(guang)使(shi)用(yong)。因此提高(gao)(gao)金(jin)(jin)屬鈦(tai)的(de)(de)(de)(de)冶(ye)煉(lian)技術，同(tong)時(shi)尋(xun)找合(he)適的(de)(de)(de)(de)加(jia)工方(fang)法是目前的(de)(de)(de)(de)當(dang)務之(zhi)急。
5、結束(shu)語(yu)
對(dui)于(yu)鈦(tai)(tai)及其(qi)鈦(tai)(tai)合金(jin)來說(shuo)，一(yi)方面(mian)性(xing)能優越，是(shi)很多(duo)材(cai)料比如鋼材(cai)的理想替代品(pin)，另一(yi)方面(mian)鈦(tai)(tai)資(zi)源儲量(liang)豐富，因此受到(dao)了眾多(duo)研究人員的重視(shi)。雖(sui)然目前(qian)還存在著(zhu)鈦(tai)(tai)資(zi)源開(kai)采、冶煉(lian)技術難度大和(he)(he)加(jia)工困難等一(yi)些問題(ti)，但是(shi)，閥(fa)門產(chan)業和(he)(he)鈦(tai)(tai)產(chan)業同樣是(shi)一(yi)個朝氣蓬勃、飛(fei)速發展的行(xing)(xing)業。伴隨(sui)著(zhu)將來鈦(tai)(tai)材(cai)料的穩定開(kai)采和(he)(he)生(sheng)產(chan)及新(xin)工藝的推出(chu)和(he)(he)完善，鑄(zhu)造鈦(tai)(tai)合金(jin)及鑄(zhu)件在閥(fa)門行(xing)(xing)業的應用發展會(hui)更加(jia)成熟并(bing)且趨于(yu)規模化，在其(qi)他行(xing)(xing)業也會(hui)有(you)著(zhu)廣(guang)闊的應用前(qian)景。
