鈦棒及鈦合金棒在熱擠壓加工中的結構變化

鈦棒的外觀與鋼極為相似，密度為4.51克／厘米3，不足鋼的60％，是難熔金屬中密度最低的金屬元素。鈦的力學性質即通稱的機械性能與純度十分相關。高純鈦具有優良的機加工性能，延伸率、斷面收縮率均佳，但強度低，不適合作結構材料。工業純鈦含有適量的雜質，具有較高的強度和可塑性，適宜制作結構材料。鈦及鈦合金坯料的熱導率低，在熱擠壓時會使表層與內層產生極大的溫差，當擠壓筒的溫度為400度時，溫差可達200~250度。在吸氣強化和坯料斷面有很大溫差的共同影響下,坯料表面和中心的金屬產生極不相同的強度性能和塑性性能，在擠壓過程中就會造成很不均勻的變形,在表面層中產生大的附加拉應力，成為在擠壓制品表面形成裂口和裂紋的根源。鈦及鈦合金制品的熱擠壓過程比鋁合金、銅合金，甚至鋼的擠壓過程更為復雜，這是由鈦及鈦合金特殊的物理化學性能所決定的。

到目前為止，鈦棒的擠壓過程必須采用潤滑劑。其主要原因是:鈦在980度和1030度溫度下，會與鐵基或鎳基合金模具材料形成易熔共晶體，從而使模具強烈磨損。當使用石墨潤滑劑時，在制品表面可形成深的縱向刮線，這是鈦棒及鈦合金棒黏著于模具上工作帶來的后果。采用玻璃潤滑劑擠壓型材時，會導致新類型的缺陷“麻斑”，即制品表面層的裂口。研究表明，“麻斑”的出現是由于鈦及鈦合金的熱導率低，從而使坯料表面層劇烈冷卻、塑性劇烈下降的緣故。

鈦合金有低強高塑性、中強和高強之分，為200(低強)～1300(高強)兆帕，但大體上可以把鈦合金看作是高強合金。它們比被認為是中強的鋁合金的強度為高，在強度上已完全可以取代某些型號的鋼材。與鋁合金在150℃以上的溫度下強度迅速下降相比，某些鈦合金在600℃仍能保持良好的強度。 致密金屬鈦由于質量輕，比鋁合金強度高，能在高溫下保持比鋁為高的強度而受到航空工業的高度重視。鑒于鈦的密度為鋼的57％，其比強度(強度／重量比或強度／密度比皆稱比強度)高，抗腐蝕、抗氧化、抗疲勞能力均強，鈦合金的3／4用作以航空結構合金為代表的結構材料，1／4主要用作耐蝕合金。鈦合金具有強度高而密度又小，機械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質。還有抗磨性差，生產工藝復雜。鈦的工業化生產是1948年開始的。航空工業發展的需要，使鈦工業以平均每年約 8％的增長速度發展。目前世界鈦合金加工材年產量已達4萬余噸'鈦合金牌號近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4)'Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業純鈦（TA1、TA2和TA3）。