鈦（Ti）在地球上儲(chǔ)量豐富，已知的鈦礦物有140多種，但工業(yè)應(yīng)用主要是鈦鐵礦和金紅石，其中中國鈦鐵礦儲(chǔ)量占到全球儲(chǔ)量的28%，排名全球第一。鈦是世界上公認(rèn)的無毒元素，開采和生產(chǎn)成本高，價(jià)格昂貴。由于耐高低溫、抗強(qiáng)酸堿、高強(qiáng)度、低密度等一系列資質(zhì)，成為NASA同款火箭衛(wèi)星專用材料，也被應(yīng)用于我國的玉兔號(hào)、殲20、山東艦航母等超級(jí)項(xiàng)目。此外，Ti 以其天然具有的抑菌性與親生物性，一躍成為是食器界的“榮譽(yù)金屬王”。
也叫工業(yè)純鈦或商業(yè)純鈦，是按照雜質(zhì)元素的含量劃分等級(jí)的。它具有優(yōu)良的沖壓工藝性能和焊接性能，對(duì)熱處理及組織類型不敏感，在令人滿意的塑性條件下具有一定的強(qiáng)度。它的強(qiáng)度主要取決于間隙元素氧、氮的含量。99.5%工業(yè)純鈦的性能為：密度P=4.5g/cm3（僅為鋼的60%），熔點(diǎn)為1800°C（使用溫度比鋁合金高幾百度，在中等溫度下仍能保持所要求的強(qiáng)度，可在450-500°C的溫度下長期工作，而鋁合金在150°C時(shí)比強(qiáng)度明顯下降，鈦合金的工作溫度可達(dá)500°C，鋁合金則在200°C以下），導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W/(M.K)，抗拉強(qiáng)度σb=539MPa（純鈦的強(qiáng)度接近普通鋼的強(qiáng)度，一些高強(qiáng)度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度，因此鈦合金的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料），伸長率：δ =25%，斷面收縮率ψ=25%，彈性摸量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
鈦合金是比較年輕的金屬，從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在約六七十年的歷史。鈦合金材料具有質(zhì)量輕，強(qiáng)度大，彈性小，耐高溫和耐腐蝕等特點(diǎn)，主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭，導(dǎo)彈等部件。鈦有兩種同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)為1720°C。在低于882°C時(shí)呈密排六方晶體格結(jié)構(gòu)，稱為α 鈦；在882°C以上呈體心立方品格結(jié)構(gòu)，稱為β鈦，利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪?，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金。
鈦合金元素根據(jù)它們對(duì)相變溫度的影響可分為三類：
?、?α 穩(wěn)定元素：穩(wěn)定a相、提高相轉(zhuǎn)變溫度的元素。有鋁、鎂、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對(duì)提高合金的常溫和高溫強(qiáng)度，降低比重、增加彈性摸量有明顯效果。
② β穩(wěn)定元素：穩(wěn)定β相、降低相變溫度的元素。又可分同晶型和共析型二種，前者有鉬、鈮、釩等：后者有鉻、錳、銅、硅等。
?、?中性元素：對(duì)相變溫度影響不大的元素，有鋯、錫等。
根據(jù)室溫下鈦合金的組織不同，可將鈦合金分為以下幾類：
它是α相固熔體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下，均是α相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng)，在500°C~600°C的溫度下，仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度不高。
它是β相固熔體組成的單相合金，未熱處理卻具有較高的強(qiáng)度，淬火、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)1372~1666MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。
它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能能較好的進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強(qiáng)化。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50%~100%；高溫強(qiáng)度高，可在400°C ~ 500°C的溫度下長期工作。其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。
三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α＋β鈦合金；α鈦合金的切割加工件最好，α＋β鈦合金次之，β鈦合金最差。鈦合金按照用途可分為耐熱合金、高強(qiáng)合金、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。
TA2（美標(biāo)Gr2）：工業(yè)純鈦
由于其多樣化的可用性和廣泛的可用性，TA2級(jí)鈦被稱為商業(yè)純鈦工業(yè)的“主力”。它與TA1級(jí)鈦合金具有許多相同的品質(zhì)，但略強(qiáng)。兩者同樣耐腐蝕。該牌號(hào)具有良好的可焊性，強(qiáng)度，延展性和可成形性。這使得TA2級(jí)鈦棒和鈦板材成為建筑、發(fā)電、醫(yī)療行業(yè)等許多應(yīng)用領(lǐng)域的首選。
TA9（美標(biāo)Gr7）：Ti-0.2Pb
TA9級(jí)在機(jī)械和物理上等同于TA2級(jí)，除了添加間隙元素鈀，使其成為合金。7級(jí)具有優(yōu)異的可焊性和特性，是所有鈦合金中耐腐蝕性最強(qiáng)的。事實(shí)上，它在還原酸中最耐腐蝕。TA9級(jí)用于化學(xué)工藝和生產(chǎn)設(shè)備部件。TA9擁有極其強(qiáng)的耐腐蝕性能，尤其在還原酸性環(huán)境中。
TA10 （美標(biāo)Gr12）: Ti-0.3Mo-0.8Ni
TA10級(jí)鈦因其高質(zhì)量的可焊性而具有“優(yōu)異”等級(jí)。它是一種高度耐用的合金，可在高溫下提供很大的強(qiáng)度。TA10級(jí)鈦具有與300系列不銹鋼相似的特性。該合金可以使用壓制成型，水壓成型，拉伸成型或落錘法進(jìn)行熱或冷成型。它以各種方式形成的能力使其在許多應(yīng)用中有用。這種合金的高耐腐蝕性也使其對(duì)那些需要考慮縫隙腐蝕的制造設(shè)備具有無法估量的價(jià)值。TA10級(jí)可用于以下行業(yè)和應(yīng)用：殼和熱交換器、濕法冶金應(yīng)用、高溫化學(xué)制造、海運(yùn)和機(jī)票組件。
TC4 (美標(biāo)Gr5）: Ti-6Al-4V
被稱為鈦合金的“主力”的是Ti6Al-4V或5級(jí)鈦，是所有鈦合金中最常用的。它占全世界鈦用量總量的50％。它的可用性在于它的許多好處?？梢詫?duì)Ti6Al-4V進(jìn)行熱處理以增加其強(qiáng)度。它可以在高達(dá)600°F的使用溫度下用于焊接結(jié)構(gòu)。該合金具有重量輕，有用的可成形性和高耐腐蝕性的高強(qiáng)度。Ti6AI-4V的可用性使其成為用于多個(gè)行業(yè)的最佳合金，如航空航天，醫(yī)療，船舶和化學(xué)加工行業(yè)。如：飛機(jī)渦輪機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件、航空航天緊固件、高性能自動(dòng)零件、海洋應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)器材。
TC6: Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si
鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右，僅為鋼的60%，純鈦的強(qiáng)度接近普通鋼的強(qiáng)度，一些高強(qiáng)度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度，因此鈦合金的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強(qiáng)度高、韌性好、質(zhì)輕的零、部件、在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。
使用溫度比鋁合金高幾百度，在中等溫度下仍能保持所要求的強(qiáng)度，可在450-500°C的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150°C-500°C范圍內(nèi)仍有很高的比強(qiáng)度，而鋁合金在150°C時(shí)比強(qiáng)度明顯下降，鈦合金的工作溫度可達(dá)500°C，鋁合金則在200°C以下。
鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其他抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼；對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)，對(duì)堿，氯化物，氯的有機(jī)物品，硝酸，硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力，但鈦對(duì)具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。
鈦合金在低溫和超低溫下，仍能保持其力學(xué)性能，低溫性能好，間隙元素極低的鈦合金，如TA7，在－253°C下還能保持一定的塑性，因此，鈦合金業(yè)是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。
鈦的化學(xué)活性大，與大氣中O、N、H、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。含碳量大于0.2%時(shí)，會(huì)在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC；溫度較高時(shí)，與N作用會(huì)形成TiN硬質(zhì)表層；
在600°C以上時(shí)，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層；氫含量上升，也會(huì)形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達(dá)0.1-0.15mm，硬化程度為20%·30%。鈦的化學(xué)親和性也大，易與摩擦表面產(chǎn)生的黏附現(xiàn)象。
鈦的導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.2W/（M,K)約為鎳的1/4，鐵的5/1，鋁的1/14，而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50%，鈦合金的彈性摸量約為鋼的1/2，故其剛性差、易變形，不宜制作細(xì)長桿和薄壁件，切割時(shí)加工表面的回彈量大，約為不銹鋼的2·3倍，造成刀具后刀面的劇烈摩擦、黏附、粘結(jié)磨損。
鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在加熱工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還是抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。 鈦及鈦合金的特性與牌號(hào)_檢測(cè)資訊_嘉峪檢測(cè)網(wǎng) (anytesting.com)鈦及鈦合金的分類及缺優(yōu)點(diǎn) - 知乎 (zhihu.com)
