他分析了英格兰Cornwall地区Menachan山谷Helford河中 的磁性矿砂，并分离出了“黑色矿砂”，即现在的钛铁 矿。他利用磁铁除去其中的铁，再用盐酸处理剩余物， 得到了一种不太纯的新元素的氧化物—TiO2。 1795年，德国柏林化学家Martin Heinrich Klaproth独立地 从匈牙利产的矿石（即现在的金红石）中分解出了氧化钛， 并根据希腊神话中Uranos和Gaia的孩子们的名字——Titans 为其重新命名。 Titans 当时曾遭到父亲的极端憎恨，被监禁 在地壳中，其情形与从矿石中难以提炼出来这种新元素类似， 因此，他将该元素命名为Titanium。
先进金属结构材料
—— 钛及钛合金
Titanium and Titanium Alloy
主要内容
第一部分 简介 第二部分 基本问题 第三部分 制备工艺 第四部分 商业纯钛与α钛合金 第五部分 α+β钛合金 第六部分 高温钛合金 第七部分 β钛合金
第一部分 简介
简介
1791年，英国牧师业余矿物学家William Gregory发现了一 种新元素:
简介
一百多年以后，1910年纽约Troy区Rensselaer Polytechnic Institute 的Matthew Albert Hunter 通过加热放在钢弹容器中 TiCl4和Na的混合物制取了金属钛。 最终卢森堡化学家Wilhelm justin Kroll 于1932年用TiCl4和 Ca制取了大量的钛，他被称为钛工业之父。 第二次世界大战初期，他到美国避难并在美国矿务局证明 了用Ca取代Mg作为还原剂还原TiCl4可以商业化地提炼钛。直 至今日，该方法仍然是应用最广泛的工艺，被称为“Kroll工 艺”。 第二次世界大战后，钛基合金很快称为航空发动机的关键 材料。1948年杜邦公司首先开始商业化生产金属钛。
2.3 弹 性
基本问题
α单晶钛的弹性模量E是γ的函数，γ是c轴与应力方向 的夹角。
单晶的剪切模量G也有类似的现象。 多晶α钛的E随γ的变化没有这么显著。
基本问题
✈单晶无织构的α钛的E和G：随着温度的升高几乎是 线性下降。
β相的弹性模量在室温下无法测得，因为室温下β相不稳定。在β
相稳定元素含量很高的两相钛合金中，例如含20%V的Ti-V合金，
基本问题
✈与氧气的反应活性高也使得钛在暴露于空气中时表面 会形成一层稳定的氧化层，这就使得钛在恶劣环境下 的腐蚀抗性很高，尤其是在酸溶液中。
✈熔点高使得钛比铝的使用温度高了150℃左右。对氧气 的高反应活性使得钛的最高适用温度在600℃左右，在 此温度之上，氧在氧化层中的扩散变快，导致氧化层 过度增厚，并且与钛合金连接处的氧化层变脆。
基本问题
2.2 晶体结构
基本问题
纯钛在822℃时有同素异形转变，从高温时的体心立 方晶体结构（β相）变为低温时的密排六方结构 （α相） 。
实际转变温度受间隙和置换元素的影响，因此转变 温度受合金化程度的影响很大。
2.2 晶体结构
基本问题
β相：纯钛大于822℃存在
六个(110)面是最密排面 四个<111>是密排方向 900℃时， 纯 β相 钛 的 晶
简介
钛在地壳中的含量为0.6%，是仅次于铝、铁、镁排在第四位 的金属元素。遗憾的是，人们极少在地壳中发现高含钛量的矿石， 且从未发现过纯钛。由于制取金属纯钛的难度很大，所以钛的价 格很高。 主要矿藏为钛铁矿（FeTiO3）和金红石矿（TiO2）。
金属钛生产从1948年至今才有半个世纪的历史，它是伴随着航 空和航天工业而发展起来的新兴工业。它的发展经受了数次大起 大落，这是因为钛与飞机制造业有关的缘故。 但总的说来，钛发展的速度是很快的，它超过了任何一种其他 有色金属的发展速度。这从全世界海绵钛工业发展情况可以看出： 海 绵 钛 生 产 规 模 60 年 代 为 60kt/a ， 70 年 代 为 1l0kt/a ， 80 年 代 为 130kt/a，到1992年已达140kt/a。
格常数a=0.332nm。
α相：纯钛小于822℃存在
室 温 时 晶 格 常 数 为 ： a=0.295nm ， c=0.468nm ， c/a=1.587 ＜ 1.633( 密 排 六 方 结 构理论值)
有三种密排面：
底面（0002） 棱面｛1010｝，三个 柱面｛1011｝，六个
三 个 坐 标 轴 a1 、 a2 、 a3 是 密 排 方向〈1120〉
弹性能
基本问题
总体来说，商业β钛合金与α钛合金、 α＋β钛合金 相比，弹性模量E值是比较低的。
对于商业β钛合金，典型水淬条件下的E值是70～ 90GPa，退火状态是100～10。下图是水淬的Ti-V合金的
数据。
α+β
β
V含量在20%~50%之间时，β相的E随V含量的增加而增加。 这说明总体上β相的模量比α相的低。
V含量在15%左右时，β相的E的最大值是由于无热ω相的形成。 V含量在0%~10%之间时，β相的E急剧降低，这是含有β相稳
定元素的Ti的马氏体的典型现象。通常认为原因是，亚稳态 的β相在施加载荷过程中转变为由应力导致的马氏体，这导致 了低的弹性模量。但是最近发现，Ti-7Mo合金的E也只有很低 的72GPa，但是这种合金是100%的马氏体，没有亚稳态的β 相，所以模量的急剧减小的原因是β相稳定元素严重的干扰并 削弱了晶格的结合力。 对于退火的(α+β)两相区，E的最大值和最小值都没有，弹性 模量在(α+β)两相区边界之间，是沿着两平衡相成分点间连线。 （上图中的虚线） 有趣的是，有些合金中的马氏体有亚稳态分解的倾向；相反， 最常见的α相稳定元素（Al）增加α相的弹性模量。
简介
简介 钛在航空上的应用：机身和航空发动机
简介 现代航空发动机上钛的用量约占25％
波音777所用发动机
钛的其它使用： 钢铁及其它金属的强化元素 因具有极好的耐腐蚀性能用作身体器官的代替品，
如人工关节——生物材料 高档消费品，如高尔夫球头、球杆——奢侈消费品
……
第二部分 基本问题
2.1 基本性质