十萬的自行車是什麼材質鑄造的

1. 鈦合金的主要用途是什麼

1、航空航天領域用鈦大國集中在西方國家，尤其是美國，60%的鈦材都應用到這個領域。亞洲國家，日本和中國在此領域中鈦的投入量均在10%左右。但是近年來隨著亞洲航空航天的飛速發展，鈦在航空航天領域的消費量將會隨之增長。從全球角度來看，航空業對鈦市場起著決定性的作用，從歷史上看，鈦行業大的周期輪回都和航空業的冷暖密切相關。

2、民用飛機

(1)減輕結構重量、提高結構效率

(2)符合高溫部位的使用要求

(3)符合與復合材料結構相匹配的要求

(4)符合高抗蝕性和長壽命的要求

3、軍事飛機

軍用武器的開發與采購不斷向著輕便、靈活方向發展，為了滿足戰斗機對戰斗性能要求，除了採用先進的設計技術外，還必須採用額性能優良的材料以及先進的工藝製造技術。大量選用鈦合金、提高先進鈦合金應用水平就是重要措施之一。

自20世紀60年代以來，國外軍用飛機的鈦量逐年增加，當前歐美設計的各種先進軍用戰斗機和轟炸機中鈦合金用量已經穩定在20%以上，並且新機型的用鈦量佔比正在大幅提升。

4、汽車

降低燃油消耗、減少有害廢棄物（CO2、NOX 等）排放已經成為汽車行業技術進步的主要動力和方向之一。研究表明，輕量化是實現節省燃料、減少污染的有效措施。汽車的質量每降低10%，燃料消耗可節省8%-10%，廢氣排放可減少10%。

在駕駛方面，汽車輕量化後加速性能提高，車輛控制穩定性、噪音、振動方面也都有改善。從碰撞安全性考慮，汽車輕量化後，碰撞時慣性小，制動距離減少。

汽車輕量化的首選途徑就是用高比強度的輕質材料，如鋁、鎂、鈦等替代傳統的汽車材料（鋼鐵）。2009年全球汽車用鈦量已達3000噸。鈦在賽車上的應用已有許多年的歷史目前賽車幾乎都使用了鈦材，日本汽車用鈦已超過600噸，隨著全球汽車工業的發展，汽車用鈦還在快速增加。

5、醫療行業

鈦在醫療領域有著廣泛的應用。鈦與人體骨骼接近，對人體組織具有良好的生物相容性、無毒副作用。人體植入物是與人的生命和健康密切相關的特殊的功能材料。同其它金屬材料相比較，使用鈦及鈦合金的優勢主要有以下幾點：

1 質輕；2 彈性模量低；3無磁性；4 無毒性；5 抗腐蝕性；6 強度高、韌性好。

外科植入物中的鈦合金用量正以每年5%-7%的速度增長。採用鈦及鈦合金製造的股骨頭、髖關節、肱骨、顱骨、膝關節、肘關節、肩關節、掌指關節、頜骨以及心辨膜、腎辨膜、血管擴張器、夾板、假體、緊固螺釘等上百種金屬件移植到人體中，取得了良好的效果，被醫學界給予了很高的評價。

6、化工行業

鈦具有優良的耐腐蝕性能、力學性能和工藝性能，被廣泛應用於國民經濟許多部門。特別是在化工生產中，用鈦代替不銹鋼、鎳基合金和其它稀有金屬作為耐腐蝕材料。這對增加產量，提高產品質量，延長設備使用壽命，減少消耗，降低能耗，降低成本，防止污染，改善勞動條件和提高勞動生產率等方面都有十分重要的意義。

7、海洋工程

隨著科學技術的發展和陸地資源日趨枯竭，人類開發利用海洋已經提到日程上來了。鈦對於海水有優異的耐蝕性能，大量運用於海水淡化、艦船、海洋熱能開發和海底資源開采等領域。

8、日常生活

鈦在日常生活中的應用非常廣泛，可謂無處不在，例如高爾夫球頭、自行車車架、網球拍、輪椅、眼鏡架等都會應用到鈦。

鈦以其輕質、強度高的特性在體育用品中的應用，從最早的網球拍、羽毛球拍逐步擴展到了高爾夫球頭、球桿以及賽車等。

2008年我國體育休閑占總消費量的13%，其中僅高爾夫球頭和球桿的用鈦量就超過了1000噸。鈦合金做成的自行車車架也頗受歡迎，目前有近50價公司生產鈦自行車，美國早已是最大的鈦自行車生產商和消費國。

鈦輕質的特點也應用到眼鏡架中，而且鈦又不易與皮膚發生過敏，並且鈦表面經陽極處理可有絢麗色彩，因此從20世紀80年代初就開始應用於鏡架中。

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鈦被認為是一種稀有金屬，這是由於在自然界中其存在分散並難於提取。但其相對豐富，在所有元素中居第十位。 鈦的礦石主要有鈦鐵礦及金紅石，廣布於地殼及岩石圈之中。鈦亦同時存在於幾乎所有生物、岩石、水體及土壤中。

從主要礦石中萃取出鈦需要用到克羅爾法 或亨特法。鈦最常見的化合物是二氧化鈦，可用於製造白色顏料。其他化合物還包括四氯化鈦(TiCl4)（作催化劑和用於製造煙幕作空中掩護）及三氯化鈦（TiCl3)（用於催化聚丙烯的生產）。

2. 鈦合金（TA、TC、TB）鑄造性能闡述

鈦及鈦合金鑄件鑄造生產工藝

鈦及鈦合金具有密度低，比強度高，耐腐蝕，線脹系數小，生物相溶性好等優異性能，在航空、航天、遠洋運輸、化工、冶金、醫療衛生等行業中都是不可缺少的結構材料。工業上最初應用的鈦及鈦合金製件都是變形件，隨著其用量的增多和應用范圍的擴大，變形反映出機械加工量大，材料利用率低，生產成本高等弊端，於是鑄造技術由此發展起來。鈦鑄造是比較經濟且又容易實現的近成形工藝。鈦及鈦合金在熔融狀態下具有高化學活性，要與常用的各種耐火材料發生化學反應，熔煉和鑄造成形難度很大，必須有其專用的造型材料和造型工藝以及專用的熔煉與鑄造設備。
一）熔煉工藝：
我國的鈦鑄造90% 以上熔煉與鑄造設備都採用真空自耗電極電弧凝殼爐加離心鑄造。坩堝採用水冷銅坩堝，鈦液的最大澆注量為500 kg。
自耗電極電弧熔煉法是以鈦或鈦合金製成的自耗電極為陰極，以水冷銅坩堝為陽極；大電流熔煉，鈦電極的熔化速度遠遠大於鈦的凝結速度，熔化了的電極以液滴形式進入坩堝，形成熔池；熔池表面被電弧加熱，始終呈液態，底部和坩堝接觸的四周受到循環水強製冷卻，產生自下而上的結晶。這種方法具有結構簡單、維持費用低、大型化容易等優點，缺點是澆注溫度難以調節和控制，一停弧後，金屬液必須在3~5秒內全部從坩堝倒出，否則溫度急劇下降，金屬液過熱度不高，使得液體流動性和補縮能力較差。自耗電極電弧熔煉對電極的質量要求很高，要求電極內部組織緻密。熔煉過程中危險性較大，稍微操作不慎將會出現電弧損壞坩堝，造成坩堝外壁強製冷卻的循環水進入坩堝，污染鈦液，水蒸氣損壞真空泵系統。
二）鑄造型腔工藝：
鈦合金鑄造的造型工藝主要有金屬型、機加工石墨型、金屬面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼。
1）金屬型
金屬型在鈦合金鑄造領域中，用作鑄型的金屬材料主要有銅、鋼、鑄鐵、鎢、鉬等，與石墨加工型一起統稱為硬模系統。由於存在著工藝上的分型等難點，這種方法很難製造出復雜形狀的鈦鑄件，而大多隻在特定的鑄件上使用。
2）石墨型
機加工石墨型強度高，退讓性不好，對液態鈦要產生激冷，常使鑄件表面產生裂紋和冷隔，生產成本高、生產周期長。石墨孔隙較大，容易吸潮，所以機加工石墨型使用前必須進行除油、除氣處理，否則鑄件表面氧化現象嚴重。鑄件尺寸比較大，壁比較厚（≥5mm），形狀簡單，所需數量只有一件或幾件。選擇機加工石墨型。
3）陶瓷型
（1）金屬面層陶瓷型殼採用難熔金屬鎢粉作為耐火材料，金屬鎢的熔點高，與鈦液接觸時化學穩定性好，但是鎢粉應具有較高的純度，雜質含量不能超過規定標准，否則將影響鈦鑄件的品質。鎢面層熔模型殼必需採用溶劑脫蠟，而且在特製的脫蠟槽中進行，對人體健康有很大的傷害，同時也污染環境。鎢面層型殼高溫焙燒必須在還原性氣氛下進行，脫蠟後沉積在型殼外貌上的模料灰分很難燒化，在澆注時很容易與液鈦反應，在鑄件外貌形成氣孔。塗料漿工藝性能不好，懸浮性差，塗料漿壽命短，保存困難，價格昂貴。
（2）氧化物陶瓷型殼是將惰性氧化物做為面層型殼耐火材料。各種氧化物材料按其對熔融鈦合金的化學穩定性由低到高排列的順序如下：SiO2、MgO、Al2O3、CaO、ZrO2、Y2O3、ThO2。ThO2由於具有放射性已基本不用。CaO容易吸潮，所以阻礙了它的應用。現在，用作熔模鑄造型殼面層和鄰面層的材料主要是Y2O3、ZrO2。
未經穩定化處理的ZrO2不能做為鑄鈦的造型材料，因為它會發生同素異形體轉變，常溫下為單斜晶體，高溫下為四方晶體，溫度更高則轉變為立方晶體，單斜晶體轉變為四方晶體時，伴隨著9%左右的體積變化，使型殼發生開裂。通常採取向ZrO2 中加入4%~8%的CaO，經高溫電熔或煅燒後就可以得到穩定的ZrO2 固溶體（也有用Y2O3穩定），工業上大多採用電熔ZrO2。
Y2O3 同ZrO2 一樣，必須經過高溫穩定化處理後才能用作鈦合金造型材料。Y2O3 陶瓷型殼具有熱導率低、強度高等優點，澆注出的鑄件表面質量好，但Y2O3價格比較昂貴，來源困難。
我國的鑄鈦工業發展比較快，近幾年來新增加了一些鑄鈦生產廠。目前，全國的鑄鈦生產廠、研究所已經將近20 個，新增的鈦鑄造廠也都將產品定位在鈦熔模精密鑄件上，陝西錦瀚稀貴金屬有限公司常年與哈爾濱工業大學、西安交通大學、西北工業大學進行技術交流合作，致力於鈦、鎳、鋯及其合金的精密鑄件生產，形成以精密鑄造為主、機加工石墨型為輔的生產模式。
隨著鈦及鈦合金鑄造技術的發展和日益成熟，加上熱等靜壓（HIP）技術的誕生和在鈦合金鑄件方面的成功應用，較好的解決了鑄件的質量問題，提高了鑄件的可靠性。從20世紀80年代以後，鈦及鈦合金鑄件在航空、航天及其他方面的應用每年以20%的速度遞增。鑄造工藝方面，目前已經由單件鑄造發展到幾件或幾十件零件組合成的大型整體鑄件。應用范圍已經從早期的受力不大的非關鍵靜止結構件發展到成為航空發動機中的構件組成部分，完全取代了一些變形鈦合金、鋁合金、鋼件。
隨著航空發動機對推重比和剛度要求的提高，要求其中的一些關鍵鈦合金構件做成大型復雜薄壁的整件精鑄件。一些先進的航空大型渦輪發動機風扇機匣、中介機匣、前機匣、壓縮機機匣等都開始使用鈦合金精鑄件。大型客機的導風管、隔熱屏、支架、框架、耳軸、支撐架、剎車殼體、等也都以鈦合金精鑄件替代原來的構件。
軍用飛機方面，鈦合金鑄件的使用也逐步在增加，如：支座、框架、支架、制動勾、機翼上受力物件、方向舵轉動裝置支架、變速裝置殼件、吊架支撐附件等，實踐證實了鈦合金鑄件在飛機上的應用是成功、可靠的。不僅如此，在生產成本上，由於使用了鈦合金鑄件，使飛機的某些機構的設計、加工、緊固、裝配等都變得比原來未使用鈦合金鑄件時的機構簡化了，從而大大降低了飛機的製造成本。鈦合金鑄件在航天領域中主要用於導彈、太空梭飛船、人造衛星。其應用部位主要為：導彈殼體、尾翼、舵翼及連接座等，太空梭和飛船支架、框架、支座、附件、殼體等，由於鈦合金鑄件具有高的剛性、輕的重量和光學玻璃相當的熱膨脹系數，也應用於人造衛星及其他光學儀器的托框、基座、連結架以及殼體等。
鈦及鈦合金鑄件在日常工業生產方面也有著廣泛的應用領域。由於鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能，是化工及其他耐腐蝕工業的不可替代的材料。廣泛應用於化工、造紙、石油、制鹼、冶金、農葯等工業。主要應用產品是以工業純鈦和鈦—鈀合金為材質的鑄造鈦泵、鈦風機，各種不同類型的閥門，如：截止閥、球閥、旋塞閥、閘閥、蝶閥、止回閥等。
隨著人們生活水平的提高和對健康質量要求的提升，鈦合金以其高的疲勞強度，和人體超強的親和力等諸多優點，也被越來越多的用在醫療衛生領域。如：鑄造鈦合金髖關節修復件、膝關節修復件、人體假肢、口腔修復等等。運動器械領域鈦合金精密鑄件的用量非常巨大，如：自行車配件，高爾夫球頭。尤其是鈦合金高爾夫球頭市場容量最為巨大，但鑄造工藝比較復雜。
目前，鈦及鈦合金鑄件的使用范圍還在擴展，更多的應用領域也在相繼研究，但還存在著一些問題：1.合金品種少、牌號少，基本上常用的鈦合金都是工業純鈦鑄件和TC4合金鑄件。2.鑄件應用范圍小，大部分鑄件都用在了石油化工行業（工業純鈦鑄件），航空、航天領域應用很少，致使我國鈦鑄造工業的工藝和技術水平難以提高。3.造型工藝普遍落後，大部分廠家都是用石墨型造型工藝（機加工石墨型和搗實石墨型），而熔模精密鑄造應用很少。鑄造出的鑄件表面比較粗糙。4.熔煉設備基本上都為真空自耗電極電弧凝殼爐，熔煉過程危險性較高，熔化金屬液過熱度不高，造成鑄件表面易產生流痕、冷隔等缺陷，薄壁零件成形困難。
為改善我國鈦鑄造工業生產的落後狀態，提高我國鑄鈦工業的整體工藝和技術水平，還需進行以下幾方面的研究：1.改進現有的造型工藝，研究新的粘結劑和造型材料，簡化工藝，縮短生產周期，降低生產成本。2.研究和發展新的熔煉和鑄造設備及其技術，提高金屬液的過熱度，改善和提高鑄造鈦液的流動性和充型補縮能力，為研製大型復雜薄壁整體精鑄件創造有利條件。3.進一步擴大計算機模擬凝固技術在鈦合金鑄造中的應用，以提高鑄件質量，減小鑄件的廢品率。4.研究和發展鈦合金鑄件的各種熱處理工藝和熱化學處理技術，以改善鈦合金鑄件的微觀組織結構，提高鑄件的力學性能。5.熔模鑄造只能生產中小型鑄件，應尋求一種生產更大型、更凈形、更高效鑄件的造型工藝，提高鈦合金鑄件的生產能力。