與以往的合金材料（liào）相比，鈦合金具（jù）有（yǒu）低密度、高比強度、抗腐蝕（shí）、高溫和低溫性能（néng）優良（liáng）等眾多優點，因此在石油化工、海洋環境、生物醫學、航空航天、汽車工業及艦船等諸多領域可以得到更為廣（guǎng）泛的應用（yòng）。鑄（zhù）造鈦（tài）合（hé）金是鈦合金經過（guò）澆鑄成所需的形狀得到的（de），其（qí）中應用最廣泛的是ZTC4（Ti-6Al-4V）合金，工藝性能穩定，具有良好的強度和斷裂韌性（350℃以下）。

作為各種（zhǒng）特殊環境和特殊流體介質管路輸送係統的主要控製（zhì）部（bù）件，閥門已經成為生（shēng）產中很多設備的重要（yào）組成部分，可（kě）以說任何行業都離不開閥門。由於（yú）不同領域的環境、溫度（dù）和介質要求不同，閥門選材尤為關（guān）鍵，廣泛受人重視。以鈦合金和鑄造鈦合（hé）金（jīn）為主體的閥門由於其耐腐蝕、高溫和低溫性能優良、高強度等良好的（de）優越性能，在閥門領域有（yǒu）著廣闊的前景。

1、常用的（de）鑄造（zào）鈦合金

1.1種類

隨著科技（jì）的發展和生產需要，不同種類的鑄造鈦合（hé）金被研製出來，應用於很多領域。從照（zhào）相組成成分來看，鑄造（zào）鈦合金可以分為α、β和α+β 3種類（lèi）型（xíng）；從強度（dù）來看，可以分為（wéi）中強度鈦合（hé）金、高強度鈦（tài）合金；從使用環（huán）境溫度來看，可（kě）以分為低溫鈦合金（小於等於室（shì）溫）、中溫鈦合（hé）金（jīn）（400℃）、高溫鈦合金（大於等於500℃）和抗燃燒鈦合金等。可以看出，鑄造鈦合金（jīn）的使用範圍很大，幾乎涵蓋各個方麵，有著很（hěn）高的市（shì）場價值。

1.2力學性能

鑄造鈦合金有ZTA1、ZTA2、ZTA5和ZTC4等多種類型，涵蓋α、β和α+β 3種類型，在國內分別（bié）以（yǐ）TA、TC和TB表示，其常見的力學（xué）性能見表1。

表（biǎo）1常見鑄造鈦合金的力學性能

以目前應用（yòng）最為廣泛的ZTC4鑄造鈦合金為例，其Al含量為5.5%～6.75%，V含量為3.5%～4.5%，剩下的成分均為Ti。從表1中可以（yǐ）看出（chū），ZTC4鑄造鈦合金的抗拉強度為895 MPa，屈服強度為825 MPa。其力（lì）學性能與中高強度鋼的性能較為接近，使用上可以較好（hǎo）地替代鋼材，另一方麵，其密度僅僅為4.4 g/cm3，遠小（xiǎo）於鋼材，有利於設備減重，同時其還（hái）保留了鈦合金耐腐蝕的優越性能，這是鋼材所不能滿足的。

因（yīn）此在今後的工業（yè）生產（chǎn）中，若由於生（shēng）產需求需要進行減重（chóng），選擇合適的鑄造鈦合金進行（háng）替代，既可以有效地進行產（chǎn）品減重，又可以保證產品性能，不失（shī）為一個（gè）很好（hǎo）的選擇。

2、鑄造鈦合（hé）金在（zài）閥門行業的應用

2.1船用鈦質閥門

近年來，隨著我國經濟的高速發展，各（gè）個行業遍地開（kāi）花，閥門作為一種（zhǒng）必不（bú）可少的通用機械設備，產品（pǐn）的市場需（xū）求量不斷增加，我國閥門產業也得到了快速的發展。

閥門通常由閥體、閥（fá）蓋、閥瓣、閥杆、熱片（piàn）、填料及驅（qū）動（dòng）件組成，閥體、閥蓋所選材料（liào）為主體（tǐ）材（cái）料，閥瓣（閘板）、球體、閥座（zuò）、閥杆和密封座等所選材料稱為內件材（cái）料，另外還有緊固件材料；閥（fá）門常見選材有灰鑄（zhù）鐵（tiě）、球墨鑄鐵、合金鋼和銅合金等，可選擇性多樣化。但隨著生（shēng）產的進一步需要，研究人員發現在一些惡劣的工作環境和複雜特殊的工況下，常規的閥門材（cái）料無法滿足生產和科研需（xū）要。這時鈦及鑄造鈦合金因為優越的性能引起了人們的注意（yì），鈦製閥門得到了一（yī）定（dìng）的發展。

海水管路係統所處的工作環境十分惡劣，船用閥門的性能直接影響管路係統的（de）安全乃至總體性能（néng）。早在20世紀60年代，俄羅斯便開始了艦船鈦合金的研究，隨後（hòu）又開發（fā）了船用β鈦合金，用到之後的軍用艦船管道（dào）係統中，其中（zhōng）涉及的鈦合金閥門有截止（zhǐ）閥、止回（huí）閥和球閥等，使用種類繁多（duō），數量巨大；同時，民用船舶管路係統也開始使用鈦製（zhì）閥（fá）門。相比於之前（qián）采（cǎi）用的（de）銅合（hé）金（jīn）、鋼等，之後（hòu）的下水試驗也表明采用鑄（zhù）造鈦合（hé）金後，自身結構強度和耐腐蝕等諸（zhū）多方麵都有了很（hěn）高的可靠（kào）性，使（shǐ）用壽命也得到大幅度延長，從原（yuán）先（xiān）的2～5 a可以延長至2倍以（yǐ）上，引起（qǐ）了大家的廣泛重視。位於我國（guó）洛陽的中船七二五研究所為某型號艦船供應的三偏心蝶閥（fá）正是改變以往選材和設計方案，采用Ti80等作為主體材料，閥門使用壽命延長至25 a以上，提（tí）高閥門產品應用的可靠度和實用度，填補了國（guó）內（nèi）技術空（kōng）白。

2.2航空航（háng）天（tiān）鈦質閥門

在航空航天方麵，鑄造鈦合金也有著不俗的表現，這（zhè）歸功（gōng）於其良好的耐熱性和強度。同樣是60年代（dài）這段時期，美國航空首次試（shì）用（yòng）鈦鑄件。經過一段（duàn）時間的研究，從1972年鑄造鈦合金（jīn）開始正式應用在飛（fēi）機上（波音757、767及777等），不僅采用了（le）較多的靜止結構鈦合（hé）金鑄件，而且也開始用（yòng）於關鍵位置，比如關鍵管路係統閥門控製，常用的閥門有安全閥（fá）、止回閥等，降低了飛（fēi）機的製造成本，增加了安全性（xìng）和可靠性（xìng），同（tóng）時由於鈦合金相對於其他合金，密度較小，重量僅為同等強度鋼材的60%左右，因（yīn）此（cǐ）其廣泛（fàn）應用可以（yǐ）促使（shǐ）飛機向著高強度、輕量化的方向穩步邁進。

目前來看，航空航天閥門主要應用於氣動、液動、燃油（yóu）和潤滑（huá）等諸（zhū）多控（kòng）製係（xì）統（tǒng），比較（jiào）適合耐腐蝕和環境溫度較高的環境，是航天飛行器、發動機等至（zhì）關重要的部門零件之一（yī）。傳統的（de）閥門經常需要進行（háng）階（jiē）段性更換，甚至無法滿足需求，同時隨著航空航天閥門市場規模正急速擴大，所以鈦質（zhì）閥門因其優越的性能所占（zhàn）份額也在不斷上升。

2.3化工行業鈦質閥門（mén）

化工類的閥門（mén）一般都在高溫、高壓、耐腐蝕和壓差大等普遍惡劣環境中使用（yòng），因此合適的材（cái）料選擇對於閥門（mén）化工（gōng）行業的應（yīng）用顯得至關重要，早期選材（cái）多（duō）以（yǐ）碳（tàn）素鋼、不鏽鋼等為主，使用一段時間（jiān）會發生鏽蝕現象，需要（yào）進行更換維護。隨（suí）著鑄造鈦合（hé）金技術的不斷發展和其優越性能（néng）逐漸被人發現，鈦質閥門也出現在人（rén）們的眼（yǎn）裏。

以化纖工業精對苯二甲酸（PTA）生產（chǎn）裝置作為例，工作介質主要為醋酸和氫溴酸，具有很強的腐蝕性，近8 000台包含截止閥、球閥等閥（fá）門需要使用，種類繁雜，數量巨大，因此鈦質閥門成為很好的選擇，增加了使用的（de）可靠性和安全性。一般情況下，由於尿素的腐蝕性（xìng），尿素合成塔出口和進口的閥門能夠滿足（zú）1 a的（de）使（shǐ）用壽命已經達到使用要求。而山西呂梁化肥廠、山東滕州化肥廠和河南靈寶化肥廠等企業進行了多次嚐試，最終選擇鈦閥高壓止（zhǐ）回閥H72WA-220ROO-50，H43WA-220ROO-50、65、80及保溫截止閥BJ45WA-25R-100、125等用於尿素（sù）合（hé）成塔的進口，使用壽（shòu）命均在2 a以上，體現了較好的耐腐蝕性（xìng）[9]，降低了閥門的更換頻率和使用成本。

鑄造鈦（tài）合金在閥門市場的應用不（bú）僅僅局限於上述行業，其他方麵發展有著不錯（cuò）的發展，比如日本研製開發的新型鑄造鈦合金（jīn）Ti-33.5Al-1Nb-0.5Cr-0.5Si，具有低密度，高蠕變強度和較好的耐磨性等（děng）諸多優點，將其用在汽車發動機後（hòu）排氣（qì）閥，可以改善（shàn）發動機（jī）的（de）安全（quán）性能，同時延長使用（yòng）壽命（mìng）。

3、鑄造鈦合（hé）金在其他行業的應用

相比於鑄造鈦合金在（zài）閥門（mén）行（háng）業的應用（yòng）來說（shuō），鑄造鈦合金的其他應用更為廣泛。鈦和鈦合金都具有（yǒu）良好的耐腐蝕性能，因此對於（yú）石油化（huà）工等（děng）有腐蝕性要求的行（háng）業是有重要意義的，在這些行業中（zhōng），容積泵、換（huàn）熱器、壓縮機和反應器等需要進行工業（yè）生產的大型設備很多都是會采用耐腐（fǔ）蝕的（de）鈦（tài）鑄件，有著最大的（de）市場需求。醫學領域方麵（miàn），由於（yú）鈦是世界公認的安全無毒（dú）、無重金屬（shǔ）析出的安全金屬，因此很多醫療輔助器械、人體假肢等都是以（yǐ）鑄造鈦合金作為材質的，尤其是在牙科醫療上，幾乎全部試用過的牙科醫療（liáo）鑄件都是由工業純鈦和Ti-6Al-4V合金製成的，有著良好的生物相容性、機械性能和抗腐蝕性能。另一方（fāng）麵，由於鈦及鈦合金密度小、性能好等（děng）優點，廣泛運用在高（gāo）爾夫球杆、球頭、網球拍、羽毛球拍和釣（diào）具等眾多運動（dòng）器械，用其製成的產（chǎn）品（pǐn）重量輕，有質（zhì）量保證（zhèng），很受（shòu）大眾的歡迎。例如日本鋼管公司（N104）研製的SP-700新型鈦合金的製品用作Taylor牌300係列高爾夫球頭表麵（miàn）材料，暢銷全球高爾夫球（qiú）市場。

從20世紀末期開始，鑄造鈦合金在石油化工、航天航空、生物醫學、汽車工業和運動休閑等領（lǐng）域已從最初的初步試探到現在的極力推廣發展，逐步形成產業化和規模（mó）化。

4、應（yīng）用（yòng）的局限性

但是，雖然以鑄造鈦合（hé）金、純鈦等（děng）鈦材作為主體的閥門和其他產品，在諸多領域都有（yǒu）著廣闊的（de）應用前景，但也有一定的局限性。

相比於其他金屬材料，鈦作為一種新興金（jīn）屬（shǔ），其發（fā）展時間是很短暫的，鈦（tài）合金應用距今也不過（guò）短短70 a的時間，因此目（mù）前可供參考的技（jì）術資料十分有限，仍處於摸（mō）索的階段。一方麵由於金屬鈦的冶煉難度（dù）很大，成本居高不下；另一方麵由於鈦及鈦（tài）合金、鑄（zhù）造鈦合金的加工成本很（hěn）高，加工時間較長（zhǎng），加工成本是其材料價值的數倍，甚至（zhì）高達數十倍，是公認的最（zuì）難加工的（de）材料之（zhī）一，無（wú）法做到大規模的推（tuī）廣使用。因此提（tí）高金屬（shǔ）鈦的冶煉技術，同時尋找合（hé）適的加工方法是目前（qián）的當務之急。

5、結束語

對於鈦及其鈦合金來（lái）說，一方麵性能（néng）優越，是很多材（cái）料比如鋼材的（de）理（lǐ）想替代品，另（lìng）一方（fāng）麵鈦資源儲量豐富，因（yīn）此受到了眾（zhòng）多研究人員的（de）重視。雖然目前還存在著鈦資源開采、冶煉技術難度大和（hé）加工困難等一（yī）些問題，但是，閥門（mén）產業和鈦產業同樣是一個朝氣蓬勃、飛速發展的行業。伴隨著將來鈦材料（liào）的穩（wěn）定開采和生產及新工藝的推出和完善，鑄造鈦合（hé）金及鑄件在閥門行業的應用發展會更加成熟並且趨（qū）於規模（mó）化，在其他行業（yè）也會有著廣闊的應用前景（jǐng）。