大家好！XX 学院XX 班总策划人：SMITH小组成员：XX xxxxxxx ▪XX xxxxxxx ▪XX xxxxxxx ▪XX xxxxxxx ▪XX xxxxxxx ▪XX xxxxxxx目录一、合金及熔炼总体概述▪二、铸造钛合金及其熔炼1、基本知识2、应用前景▪三、学习心得体会▪四、课程总结一、合金及熔炼总体概述合金概述▪本书一共分三篇，分别为铸铁合金及熔炼、铸钢合金及熔炼、铸造非铁合金及熔炼。

其中重点是铸造非铁合金及熔炼。

▪非铁合金包括铝合金、铜合金、镁合金、锌合金、钛合金等。

▪其中成分及铸造工艺即凝固条件决定组织，组织决定性能。

▪合金性能包括：力学性能、物理性能、工艺性能。

熔炼概述▪熔炼部分着重讲了金属液和炉气及周围介质之间相互作用，精炼原理及工艺；▪介绍微量变质元素的变质作用机理，融合着物理化学、冶金原理及金属学的基本原理在合金及熔炼工艺中的实际应用。

二、铸造钛合金熔炼钛合金在现代工业中的应用越来越广泛，而钛在工业上的广泛应用推动了钛工业的迅速发展, 钛的生产能力正在逐年提升, 并将陆续超过铅、锌、铜成为名副其实的第三金属。

钛在地壳中的丰富度占第七位，含量为0.42%。

TC4钢管纯钛基本知识▪纯钛是银白色的金属，它具有很多优良特性：▪（1）、钛的密度小，比强度高。

▪（2）、钛是无磁性金属，无毒且与人体组织及血液有很好的相容性。

▪（3）、熔点高，被列为耐高温金属。

▪（4）、在低温下保持良好的韧性及塑性，是低温容器的理想材料。

▪（5）、常温下在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附著力强、惰性大的氧化膜，保护钛基体不被腐蚀，表现出很强的耐蚀性。

液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和很多金属形成合金。

1、钛合金基本知识▪钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。

▪钛合金密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的轻质结构材料。

按钛合金热处理组织可分为：α型钛合金：组织为α固溶体，牌号为TA；β型钛合金：组织为β固溶体，牌号为TB；（α+β）型钛合金：组织为(α+β)固溶体，牌号为TC。

钛合金的分类2、钛合金的应用和前景钛及钛合金越来越多地用于化工机械、船舶工业、汽车工业、石油天然气工业, 以及食品、医疗设备等工程。

钛合金的应用▪对于钛合金, 精密铸造是最成功也是应用最广泛的近终成形制造技术, 它可显著提高原材料的利用率，钛合金铸件的力学性能及其稳定性明显改善,世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

▪钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。

此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。

钛合金的发展前景目前, 钛合金材料开发新的应用领域, 特别是在汽车、火车、磁浮列车、钛自行车, 高楼外墙装饰等民用领域的应用前景十分广阔, 这是钛在21世纪为人类造福的价值所在。

钛合金高档山地车（1）在医药行业中的应用近年来钛及其合金以其与骨相近似的弹性模量、良好的生物相容性及在生物环境下优良的抗腐蚀性在临床上得到了越来越广泛的应用医学领域钛合金主要用于制造植入人体内的医疗器件、假体或人工器官和辅助治疗设备的钛合金。

它们具有比强度高、力学性质接近人骨，强度远优于纯钛，还具有耐疲劳、耐腐蚀及生物相容性优良等特点。

广泛用于各种人工关节人工骨、骨固定器件、义齿、齿科嵌、固定桥等▪钛合金烤瓷牙▪它主要是指介于贵金属烤瓷牙和镍铬合金烤瓷牙之间的烤瓷牙材料，此种瓷牙从严格意义上来说，保证人体亲和性好，而且此种材料是比较适合人体健康的要求，其使用寿命会大。

钛合金支架能很好的帮助恢复牙体形态和功能，且强度高，表面光滑、耐磨损、耐腐蚀，一种永久修复体，适用于一切固定者。

尤其是它的生物相容性好，对镍离子敏感的人比较适合，现已被广泛地推广应用于前牙的修复LOGO引例：用形状记忆合金制成的花苞受温度影响后的变化情况室温-花苞加热-绽放冷至室温-花苞再次加热-绽放拥有“大脑”的合金对外界环境刺激做出反应——神经元对温度变化做出反应——微观组织相变Yes, I can alsoremember[1] 金万军. 生物医用Ti-Ta 基合金的形状记忆效应和力学性能的研究[D]. 厦门：厦门大学, 2009[2] 徐祖耀. 形状记忆材料[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2000形状记忆合金(Shape Memory Alloy, SMA)特点：1、形状记忆效果（Shape Memory Effect，简称SME）：具有热弹性或应力诱导马氏体相变特征的材料在进行一定限度的变形后，经随后的加热到一定温度时，材料能完全、部分恢复到变形前的形状和体积的现象。

2、超弹性（Superelasticity，简称SE）：材料在外力作用下产生远超过弹性极限应变量的应变，而且卸载时应变可恢复到原来状态的现象。

本质：应用范围：航空航天、生物医疗、机械电子、汽车工业和日常生活等多个领域。

β奥氏体α马氏体降温/应变升温(a)预压缩(b)受热扩张后(c)植入腔道内效果1. 形状记忆效应SME2. 超(伪)弹性SE1.1 SMA 医学应用和发展趋势应变诱导马氏体相变产生的超弹性行为使合金具有比普通刚性材料更低的弹性模量！特别是钛合金具有远低于不锈钢的弹性模量。

1.1 SMA医学应用和发展趋势神奇的SME效果和优异的SE行为使钛合金作为仿生材料在医学应用中发挥了巨大作用——仿生材料制成的人体替换组织不依赖于器官的活体国策“十二五”重大科技专项——重点加强生物医用钛合金工程材料的研究开发和产业化发展。

1.1 SMA 医学应用和发展趋势国计民生人民健康科技健康人口增长及老龄化加速带来的心脑血管疾病和骨科疾病剧增；医疗水平的提高对新仿生材料提出更高的要求。

促进要求1.2 应用中出现的问题由仿生材料应用导致的金属污染和功能失效时刻危害着患者的生命健康。

突出问题有两个：1. 植入合金释放对人体细胞有毒离子；2. “应力屏蔽”导致仿生材料植入失效。

[1] 任伊宾, 杨柯, 梁勇. 医用金属材料中的镍危害[J]. 生物医学工程学杂志, 2005,22(5): 1067-1069.影响脑细胞功能，导致记忆力下降，思维能力迟钝。

据研究老年痴呆症患者脑中铝含量为正常人近5倍。

ALNiV 临床观察证实应用比较广泛的Ti 6Al 4V 、Ti-Ni 合金植入人体酸性环境后会释放出对细胞具有严重危害的Al 、Ni 、V 阳离子，直接危害患者生命健康。

使心、脑、肺、肝和肾功能衰退；使核糖核酸或脱氧核糖核酸复制失真，引起突变，从而增加癌症发病率。

可引起呼吸系统、神经系统、肠胃系统、造血系统的损害；降低人体的抵抗外界压力、毒素及致癌物的能力；甚至致死。

1.2 应用中出现的问题1. 合金释放有毒离子毒害人体细胞1.2应用中出现的问题弹性模量差异受力传递不均匀植入失效生物排异反应可以用药物控制；物理排异反应无法用药物控制！2. “应力屏蔽”现象导致的植入失效1.3 国内外SMA 研究现状Ti 13Nb 13ZrTi 35Nb 7Zr 5TaTi 12Mo 6Zr 2FeTi 15Nb 、Ti 35.3Nb 5.1Ta 7.1Zr Ti 29Nb 13Ta 4.6Zr Ti 30Nb 10Ta 5Zr Ti 35Nb 10Ta 5Zr Ti-Ta Ti 55Ta 9Zr （厦大）Ti 12.5Zr 2.5Nb 2.5Ta （西北有色金属研究院）Ti-Co-Ta(中南)Ti-Zr(北航)欧美中国日本1. 向Ti 中添加Ta 、Mo 、Nb 、Zr 等替代Al 、Ni 、V 等对人体有毒的合金元素，通过调整合金元素配比使合金材料具有更佳的SME 和SE 。

1.3 国内外SMA的研究现状2. 优化组织结构，降低合金固有弹性模量；提高亚稳态β相含量，增加应变诱导马氏体相变的敏感性，提高SE，避免仿生组织植入人体时因“应力屏蔽”导致失效。

[1] Y L Zhou et al., Materials Science and Enginieering A. 2004,371: 283-290SMA发展潜力巨大，就飞机而言，当飞机出现裂缝或者空洞时，如果不能及时修复便会导致应力集中，必然导致飞机解体，例如最近的马航失事时间。

如果用SMA的话，它就让飞机快速自动修复变成可能。

我们以后坐飞机也会变得更安全。

（未来概念战机-组合变形、自我修复、3D打印_高清.mp4）(2)在航空航天业的应用▪保证航空航天器具的连续安全飞行，对紧固件要求极高。

尤其是商用飞机投入运营后要运行二三十年，并每天十几小时的连续不间断飞行，对紧固件的要求甚至高于航天用标准，钛合金紧固件可满足上述需求。

▪钛合金发动机，大型复杂结构激光一体成型技术制成。

由于钛及其合金具有强度大、重量轻、耐热性强的综合优良性能，在飞机制造中用它来代替其它金属时，不仅可以延长飞机使用寿命，而且可以减轻其重量，从而大大提高其飞行性能。

所以，钛是航空工业和宇宙工业中最有前途的结构材料之一。

钛合金紧固件发展潜力巨大，市场发展前景十分看好Hermle德国哈默C30U五轴加工中心-钛合金叶轮_高清.mp4美F-22猛禽的制造采用了世界上最大的钛合金锻件——中机身隔框，F-22所用材料的钛合金比例高达36%，结构用钛36t，2台发动机用钛5t。

世界上最大的军用战机3D打印钛合金零件神舟八号飞船多处关键部位使用了提供的钛合金材料及稀有金属材料钛合金发动机，大型复杂结构激光一体成型技术制成。

(3)在石化工业中的应用近年来，化工用钛的范围不断扩大，用量逐年增加，钛已成为化工装备中主要的防腐蚀材料之一。

钛作为一种优良的用于化工装置中的耐腐蚀结构材料，已经确立了它的地位，也愈来愈引起工程技术人员的重视。

纯钛主要用于350℃以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。

此外，钛在汽车的广泛使用、钛船的研究以及钛材在建筑上的应用等等更为我们揭开了一个新的篇章。

三、心得体会综上所述，钛合金因其优良的性能在航空航天和其他领域有着广泛的应用前景，但也受其加工效率和生产成本的制约。

钛的冶炼技术一旦有所突破，其价格也将明显降低。

随着钛合金的开发研制、钛材品种的增多及价格的降低，钛在民用工业中的应用将成倍增加，特别是在造船、汽车制造、化工、电子、海洋开发、海水淡化、地热发电、排污防腐等民用领域将获得广泛的应用。