與以往的（de）合金材料相比，鈦合金具有低密度、高比強度、抗腐蝕、高溫和低溫性（xìng）能優良等眾多優（yōu）點，因此在石油化工、海洋環境、生物醫（yī）學、航空航天、汽車工業及艦（jiàn）船等諸多領域可（kě）以得到更為廣泛的應用。鑄造鈦合金（jīn）是鈦合金經過澆鑄成所需的形狀得到的，其中應用最廣泛的是ZTC4（Ti-6Al-4V）合金，工藝（yì）性能穩定，具有良好的強度和斷裂韌性（350℃以下）。

作為各種特殊環境和特殊流體介質管路輸送係統的主要（yào）控（kòng）製部件（jiàn），閥門已經成為生產中很多設備的重要組（zǔ）成部分（fèn），可（kě）以說任何（hé）行業都離不開閥門。由於不同領域的環境、溫（wēn）度和介質要求不同，閥門選材尤為關鍵，廣泛受人重視。以鈦合金和鑄造鈦合金為主體的閥門由於其耐（nài）腐蝕、高溫和低溫性能優良、高強度等良好的優越性能，在閥門領域有著廣闊的前景。

1、常用的鑄造鈦（tài）合（hé）金

1.1種類（lèi）

隨著科技的發展和生產需要，不同種類的鑄造（zào）鈦合（hé）金被研製出（chū）來，應用於很多領域。從照相組成成分來看，鑄造鈦合金可以分為α、β和α+β 3種類型；從強度來看，可以分為中強（qiáng）度鈦合金、高強度鈦合金；從使用環境溫度來看，可以分為低溫鈦合金（小於等於室溫）、中溫鈦合金（400℃）、高溫鈦合金（大於等於500℃）和抗燃燒鈦（tài）合金等。可以看出，鑄造鈦合金的使用範圍（wéi）很（hěn）大，幾乎涵蓋各個方麵（miàn），有著很高的市場價值（zhí）。

1.2力學性能

鑄造鈦合金有ZTA1、ZTA2、ZTA5和ZTC4等（děng）多種類型，涵蓋α、β和α+β 3種（zhǒng）類型，在國內分別以TA、TC和（hé）TB表示，其常見（jiàn）的力學（xué）性能見（jiàn）表1。

表1常見鑄造鈦合（hé）金的力學性能

以目前應用最為廣泛的ZTC4鑄造鈦合金為例，其Al含量（liàng）為5.5%～6.75%，V含量為3.5%～4.5%，剩下的成分均（jun1）為Ti。從表1中可以（yǐ）看出，ZTC4鑄造（zào）鈦合（hé）金的抗拉強度為895 MPa，屈服強度為825 MPa。其力學性（xìng）能與中高強度鋼的性能較為（wéi）接近，使用上可以（yǐ）較好地（dì）替代鋼（gāng）材，另一方麵，其密度僅僅為4.4 g/cm3，遠小於鋼材，有利（lì）於設備減重，同（tóng）時其（qí）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（zú）的。

因此在今後的工業生產中（zhōng），若由於生產需求需要進行減重，選擇（zé）合適的鑄造鈦合金進行替代，既可以有效地進行產品減（jiǎn）重，又可以（yǐ）保證（zhèng）產品性能，不失為一個（gè）很好的選擇。

2、鑄造鈦合金在閥門行業（yè）的（de）應用

2.1船用鈦質閥門

近年來，隨著我國經濟的高速發（fā）展，各個（gè）行業遍地開花，閥門作為一種必不可少的通（tōng）用機械設備，產品的市場需求（qiú）量不（bú）斷增加（jiā），我國閥門產業也得到了快速的發展。

閥（fá）門（mén）通常（cháng）由閥體、閥蓋、閥瓣、閥（fá）杆、熱片、填料及驅動（dòng）件組成，閥體、閥蓋所（suǒ）選材料為主體材料，閥瓣（閘板）、球體、閥（fá）座、閥杆和密封座等所選材料稱為內件材（cái）料，另外還有緊固（gù）件材料；閥門常（cháng）見選材有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鋼和銅合金等，可（kě）選擇性多（duō）樣（yàng）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，常規的閥門材料（liào）無法滿足生產和（hé）科研需要。這時鈦及鑄造鈦合金因為優越的性能引起（qǐ）了人們的注意，鈦製閥門得（dé）到了一（yī）定的發展。

海水管路係統所處的（de）工作環境十分惡劣（liè），船用閥門的性能直接影響管路係統的安全乃至總體性能。早在20世紀60年代，俄羅斯便開始了艦船鈦（tài）合金的研究，隨後又開發了（le）船用β鈦合金（jīn），用到之後的軍用艦船管道係統中，其中涉及的鈦（tài）合金閥門有截止閥、止回閥和球閥等，使用種類繁多，數量巨大；同時，民用船舶管路係統也開（kāi）始使用鈦製閥門。相比於之前采用的銅合金、鋼等，之後的下水試驗也表明采用鑄造鈦合金（jīn）後，自身結構強度和耐腐蝕等諸多方麵都有（yǒu）了很高（gāo）的可靠性，使用壽命也得到大幅度延長，從原（yuán）先的2～5 a可以延長至2倍以上，引起了大（dà）家的廣泛重視。位於我國洛陽的中船七二（èr）五研究所為某（mǒu）型號艦船供（gòng）應的三偏心蝶閥正是（shì）改變以往選材和設計方案（àn），采用Ti80等作為主體材料，閥門使用壽（shòu）命延長至25 a以上（shàng），提高閥門產品應用的（de）可靠度和實用度，填補了國內技術空白。

2.2航空航（háng）天鈦質閥門

在航空航天方麵，鑄造鈦（tài）合金也有著不俗（sú）的表現，這歸功（gōng）於其良好的耐熱性和強度。同樣是60年代這段時（shí）期，美國（guó）航空首次（cì）試用（yòng）鈦鑄件。經過一段時間的研究，從1972年鑄造鈦（tài）合（hé）金開始正式應用在飛機上（波音757、767及777等），不僅（jǐn）采用了較多的靜止（zhǐ）結構鈦合金鑄件，而且也開始用於關鍵位置，比如關鍵管路係統閥（fá）門控製，常用的閥門有安全閥、止回閥（fá）等，降低了飛機的製造成（chéng）本，增加了安全性和可靠性，同時（shí）由於鈦合金相對於其他合（hé）金，密度較小，重量僅為（wéi）同（tóng）等強度鋼（gāng）材的60%左右，因（yīn）此其廣泛（fàn）應用可以促（cù）使（shǐ）飛機向著（zhe）高強度、輕量化的方向穩步邁進。

目前來（lái）看，航空航天（tiān）閥門主（zhǔ）要應（yīng）用於氣動、液動（dòng）、燃油和潤滑等諸（zhū）多控（kòng）製係統（tǒng），比（bǐ）較適合（hé）耐腐蝕和環境溫度較高的環境，是航天飛行器、發動機等至關重要的部門零件之一。傳統的閥門經常需要進行階段性更（gèng）換，甚至無法滿足需求，同時隨著航空（kōng）航天閥門市場規模正急速擴（kuò）大（dà），所以鈦質閥門因其優越的性能所占份（fèn）額也在不斷上（shàng）升。

2.3化工行業鈦質閥門

化工類的閥門一般都在高溫、高壓、耐腐蝕和壓差大等普遍惡劣環境中使用，因此合適的材料選擇對於閥門化工行業的應用顯（xiǎn）得至（zhì）關重要，早期選材多以碳素鋼、不鏽鋼等為主，使用（yòng）一段（duàn）時間會發生鏽蝕現象，需（xū）要進行更換維護。隨著鑄造鈦合金技術的不斷發（fā）展和其優越性能（néng）逐漸被人發（fā）現，鈦質閥（fá）門也出現在人們的眼裏。

以化纖工業精（jīng）對苯二（èr）甲酸（PTA）生產裝置作（zuò）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（fá）等閥門需要使用，種類繁雜，數量巨大，因此鈦質（zhì）閥門成為很好的選擇，增加了（le）使用的（de）可靠性和安全性。一般情況下，由於尿素的腐蝕性，尿素合成（chéng）塔（tǎ）出口和進（jìn）口（kǒu）的閥門能夠滿足1 a的使用壽命已經達到使用要求。而山西呂梁化肥廠、山東滕州化（huà）肥（féi）廠和河南靈寶化肥廠等企業進行了多（duō）次嚐試，最終選（xuǎn）擇鈦閥高壓（yā）止回（huí）閥H72WA-220ROO-50，H43WA-220ROO-50、65、80及（jí）保溫截止閥BJ45WA-25R-100、125等用於尿素合成塔的進口，使用壽命均在2 a以上，體現了較好的耐腐蝕（shí）性[9]，降低了閥門的更換頻率和使用成本。

鑄造（zào）鈦合金在閥門（mén）市場的應（yīng）用不僅僅局（jú）限於上述行業，其他方麵發展有著不錯的發（fā）展，比如日本研製開發的新型鑄造鈦合金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諸多優點，將其用在汽車發動機後排氣閥，可以改善發動機（jī）的安全性能，同時延長使用壽命。

3、鑄造鈦合金在其他行業的應用

相比於鑄造鈦合金在閥門行業的應用（yòng）來（lái）說，鑄造鈦合金的其他（tā）應用更為廣泛。鈦和鈦合金都具有良好的耐腐蝕（shí）性能，因此對於石油化工（gōng）等有（yǒu）腐蝕性要求的行（háng）業是（shì）有重要（yào）意義的，在這些行業中，容積泵、換（huàn）熱器、壓縮機和反應器等（děng）需（xū）要進行工業生產的大型設備很多都是會采用耐腐蝕的鈦鑄件，有（yǒu）著（zhe）最大的市場需求。醫學領（lǐng）域方麵，由（yóu）於鈦（tài）是世（shì）界（jiè）公認的安全無毒、無重金屬（shǔ）析出的安全金屬，因此很多醫療輔助器械（xiè）、人體假肢等都是以鑄造（zào）鈦合金作為材質的，尤其是在牙科醫療上，幾乎全部試（shì）用過的（de）牙科醫療鑄（zhù）件都是由工業純鈦和Ti-6Al-4V合金製成的（de），有著良好的生物相（xiàng）容性（xìng）、機（jī）械性能和抗腐蝕性能。另一方麵，由於（yú）鈦及鈦合金密度小、性能好等優點，廣泛運用在（zài）高爾夫球杆、球（qiú）頭、網球拍、羽毛球拍和釣具等眾多運動器械，用其製成（chéng）的產品重量輕，有質量保證，很受大眾的（de）歡迎。例如日本鋼管公司（N104）研製的SP-700新（xīn）型鈦合金的製（zhì）品用作Taylor牌300係列高爾夫球頭表麵材料，暢銷全球高爾夫球市場。

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

4、應用的局限性（xìng）

但是，雖然以鑄造鈦合金、純鈦等鈦（tài）材作為（wéi）主體的閥門和其他產品（pǐn），在諸多領域都有著廣闊的應用前景，但（dàn）也有一定的局（jú）限性。

相比於其他金屬材料，鈦作為一種新興（xìng）金屬，其發展時間是很短暫的，鈦（tài）合金應用距今也不過短短70 a的時間，因（yīn）此目（mù）前可供參考的技術資料十分有限（xiàn），仍處於摸索的階段。一方（fāng）麵由於金屬鈦的冶煉難度很大，成本居高不下；另一（yī）方麵由於鈦及鈦合金、鑄造鈦合金的加工成本很高，加工時間較長，加工成本是其材（cái）料價值的數倍，甚至高達數（shù）十倍（bèi），是公認的最難加工的材（cái）料之一，無法做到大規模的推廣使用。因此（cǐ）提高金屬（shǔ）鈦的冶煉技術，同時尋（xún）找合適的加工（gōng）方法是目前的當務之急。

5、結束（shù）語

對於鈦及其鈦合金來說，一方麵性能優（yōu）越，是很多材料比如鋼材的理想替代品，另一（yī）方麵鈦資源儲量豐（fēng）富（fù），因此受到了（le）眾多研究人員的重視。雖然目前還存在著鈦資源開（kāi）采、冶煉技術難度大和加工困難等（děng）一些問（wèn）題，但是，閥門產業和鈦產業同樣是一（yī）個朝（cháo）氣蓬（péng）勃、飛速發展（zhǎn）的行業。伴隨著將（jiāng）來鈦材料的穩定開采和生產及新（xīn）工藝的推出（chū）和完善，鑄造鈦合金及鑄件在閥門行業的應用發展會更加成熟並且趨（qū）於規模化，在其他行業也會有著廣闊的應（yīng）用前景。