與以往的合金材料相比，鈦合金具有低（dī）密度、高比強度、抗腐蝕、高溫和低溫性能優（yōu）良等眾多優（yōu）點，因此在石油化工、海洋環境（jìng）、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泛的應用。鑄造鈦（tài）合金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，工藝性能穩定，具有良好的強度和（hé）斷（duàn）裂韌（rèn）性（350℃以下）。

作為各（gè）種特殊環境和特（tè）殊流體介質管（guǎn）路輸送係統的主要控製部（bù）件，閥門已經成為生產中很多（duō）設備的重要組成部（bù）分，可以說任何行業都離不開閥門。由於不同領域的環（huán）境、溫（wēn）度和介質要求（qiú）不同，閥門選（xuǎn）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（mén）由於其耐腐蝕、高（gāo）溫和低溫性能優良（liáng）、高強度等良好的優越性能，在閥門領域有著廣闊的前景。

1、常用的鑄造鈦合金

1.1種類

隨著（zhe）科技的發（fā）展和生產需要（yào），不同種類的鑄造鈦合金被研製出來，應用於很多領（lǐng）域。從照相組成成分來看，鑄造鈦（tài）合（hé）金可以分（fèn）為（wéi）α、β和（hé）α+β 3種（zhǒng）類型；從（cóng）強度來看，可以分為中強度鈦合金、高強（qiáng）度鈦合金；從使用環境溫度來看（kàn），可（kě）以分為低溫鈦合（hé）金（小於等於室溫）、中溫鈦合金（jīn）（400℃）、高溫鈦合金（大於（yú）等於500℃）和抗燃燒鈦合金等。可以看出，鑄（zhù）造鈦合金的使用範圍很大，幾乎涵蓋各個方麵，有著很高的市場價值。

1.2力學性能

鑄造鈦合金（jīn）有（yǒu）ZTA1、ZTA2、ZTA5和（hé）ZTC4等多種類型，涵蓋α、β和α+β 3種類型，在（zài）國內分（fèn）別以（yǐ）TA、TC和TB表示，其（qí）常見的力學性能見表1。

表1常見鑄造鈦合金的力學性能

以目前應用最為廣泛的ZTC4鑄造鈦合金為例，其Al含量為（wéi）5.5%～6.75%，V含量為3.5%～4.5%，剩下的成分（fèn）均（jun1）為Ti。從表1中可以看出，ZTC4鑄（zhù）造鈦合金的抗拉強度為（wéi）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（jiē）近，使用上可以較好（hǎo）地替代鋼材，另一方（fāng）麵，其密度（dù）僅僅為4.4 g/cm3，遠小於鋼材，有利於設備減重（chóng），同時其還保留了鈦合金耐腐蝕的優越性能（néng），這是鋼材所不能滿足（zú）的。

因此在今後的工業（yè）生產中，若由於生產需求需要進行（háng）減重，選擇合適的鑄造鈦合金進行替代，既可以（yǐ）有（yǒu）效地進行產品減（jiǎn）重，又可以保證產品性能，不（bú）失為一個很好的選擇。

2、鑄造鈦合金在閥門行業（yè）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（zhǎn），各個行業遍地（dì）開花，閥（fá）門（mén）作（zuò）為一種必不可少（shǎo）的通用機械設備，產品的市場需求量不斷增加，我國閥門產業（yè）也得到了（le）快速的發展。

閥門通常由閥體、閥蓋、閥瓣、閥（fá）杆、熱片、填料及驅動件組成，閥（fá）體、閥（fá）蓋所選材料為主體材（cái）料，閥瓣（閘板）、球體、閥座、閥杆和密（mì）封座等所選材料稱為內件（jiàn）材料，另外還有緊固（gù）件材料；閥（fá）門常見選材有灰鑄鐵、球墨鑄鐵（tiě）、合金鋼和銅合金等，可選擇（zé）性多樣化（huà）。但隨（suí）著生產（chǎn）的進一步需要，研（yán）究人（rén）員發現在（zài）一些惡劣的工作環境和複雜特殊的工況（kuàng）下，常規的閥門材料無法滿足（zú）生產和科研需要。這時鈦及鑄造（zào）鈦（tài）合金因為優越的性能引起了人們的注意，鈦製閥門得到（dào）了一定的發展。

海水管路係統所（suǒ）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安全乃至總體性能。早（zǎo）在20世紀60年代，俄羅斯便開始了艦船鈦合金的研究，隨後又（yòu）開發了船用β鈦合金，用到之後的軍用艦船管道係統中，其（qí）中涉及的鈦合金閥門有截止閥、止回閥和球閥等，使（shǐ）用種類繁多，數量巨大；同（tóng）時，民用船舶管路係統也開始使（shǐ）用鈦製閥（fá）門。相比於之（zhī）前采（cǎi）用的銅合金、鋼等，之後的（de）下水試驗（yàn）也表明采用鑄造（zào）鈦合金後，自身結構強度和耐腐蝕等諸多方麵都有了很高的可靠性，使用壽命也得到大（dà）幅度延長，從原先（xiān）的2～5 a可以延長至2倍以（yǐ）上，引起了大家的廣泛重（chóng）視。位於我國洛陽的中船七二五研究所為（wéi）某型號艦船供應的三偏心蝶（dié）閥正是改變以（yǐ）往選（xuǎn）材和設計方（fāng）案，采用Ti80等作為主體材（cái）料（liào），閥門使用壽命延長至25 a以上，提高閥門產品應用的可靠度和實用度，填補了國內技術空白。

2.2航（háng）空航天鈦質閥門

在航空航（háng）天方麵，鑄造鈦合金也有著不俗的表現，這歸功於其良好的（de）耐熱性和強度。同樣是60年代這段時期，美（měi）國航空首次試用（yòng）鈦鑄件。經過一段時間的研究，從1972年鑄造鈦（tài）合金開始正式應用在飛機上（波音757、767及777等），不僅采（cǎi）用了（le）較（jiào）多（duō）的靜止結構鈦合金鑄件（jiàn），而且也開（kāi）始用於關（guān）鍵位置，比如關鍵管路係統閥門控製，常用的閥門有安全閥、止回閥等，降低（dī）了飛機的製造成本，增加了（le）安全性（xìng）和可靠性，同時由於鈦合金相（xiàng）對（duì）於其他合金，密度較小，重量（liàng）僅為同等強度鋼材的60%左右，因此其廣泛應用可以促使飛機向著高強（qiáng）度、輕量化的方向（xiàng）穩步邁進。

目（mù）前來看，航空航（háng）天閥門主要應用於氣動、液動（dòng）、燃油和潤滑等諸多控製係統（tǒng），比較適合耐腐蝕和環（huán）境溫度較（jiào）高的環（huán）境，是航天飛行器、發動機（jī）等至關重要的部門零件之一。傳統的閥門經常（cháng）需要進行階段性更換，甚至無法滿足需（xū）求，同時（shí）隨著航空航天閥（fá）門市場規模正急速擴大，所以鈦質閥門（mén）因其優越的性能所占份額也在不斷上升。

2.3化工行（háng）業鈦質閥門

化工類的閥門一般都在高溫（wēn）、高壓、耐腐蝕和（hé）壓差大等（děng）普遍惡劣環境中使用，因此合適（shì）的材料選擇對於閥門化工行業的應用顯得至關重要，早期選材多以碳素鋼、不鏽鋼等為主，使用一段時間會發生鏽蝕現象，需要進（jìn）行更換維護。隨著鑄造（zào）鈦合金技術的不（bú）斷（duàn）發（fā）展和其優（yōu）越性能逐漸被人發現（xiàn），鈦質閥門也出現在人們（men）的眼裏。

以化（huà）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（jìn）8 000台包含截止閥、球閥等閥門需要（yào）使用，種類繁雜，數量巨大，因此鈦質閥門成為很好的選擇，增（zēng）加了使用的可（kě）靠性和安全性（xìng）。一般情況下，由於尿素的腐蝕性，尿素合成（chéng）塔出口和進口的閥門能夠滿足1 a的使用壽命已經（jīng）達到使用（yòng）要求。而山西呂梁化肥（féi）廠、山東（dōng）滕州化肥廠和河南靈寶化肥廠等企業進行了（le）多次嚐試，最終（zhōng）選擇鈦閥高壓（yā）止回閥H72WA-220ROO-50，H43WA-220ROO-50、65、80及保溫截止閥BJ45WA-25R-100、125等用（yòng）於尿素合成塔的進口（kǒu），使用壽命均在（zài）2 a以（yǐ）上，體現了較好的耐腐蝕性[9]，降（jiàng）低了閥門的（de）更換頻率和使用成本。

鑄造鈦合金在閥門市場的應用不僅僅局限於上述行業，其（qí）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（dī）密（mì）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（jī）後排氣（qì）閥，可以改善發動機的安全性能，同時延（yán）長使用壽命。

3、鑄造鈦合金在其他行業的應用（yòng）

相比於鑄造鈦合金在（zài）閥門行業（yè）的應用來說，鑄造鈦合金的其他（tā）應用（yòng）更為（wéi）廣泛。鈦和鈦合金都具有良好的耐腐蝕（shí）性能，因此對於石油化工等有腐蝕性要求的行（háng）業是（shì）有重要意義的，在這些行（háng）業中，容積泵、換熱器、壓縮機和反應器等（děng）需要進行（háng）工業生產的大型設備很多都（dōu）是（shì）會采用耐腐蝕的鈦鑄件，有著最大的市（shì）場需求。醫學（xué）領域方麵，由於（yú）鈦是世界公認的安全無毒、無重金屬析出的安全金屬，因此很多醫療輔助器械、人（rén）體假（jiǎ）肢（zhī）等（děng）都是以鑄造鈦合金作為材質的（de），尤其是在牙科醫療上，幾乎全部試用過的牙科醫療鑄（zhù）件都是由工業純鈦和Ti-6Al-4V合金製成的，有著良好的生物（wù）相容性、機械性能和抗腐蝕性能。另一方麵，由於鈦及鈦合金密度小、性能好等優點，廣（guǎng）泛運用在高爾夫球杆（gǎn）、球頭、網球拍、羽毛球拍和釣具等眾多運動器械（xiè），用其製成的產品重量輕，有質量保證，很受大眾的歡迎。例如日本（běn）鋼（gāng）管公司（sī）（N104）研製（zhì）的SP-700新型鈦合（hé）金的製品用（yòng）作Taylor牌300係（xì）列高爾夫球頭表麵材料，暢銷（xiāo）全球（qiú）高爾夫球市場。

從20世紀末期開始，鑄（zhù）造（zào）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域已從最初的初步試探到現在的極力推廣發展，逐步（bù）形成產業化和規模化。

4、應用的局限性

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

相比於其他金屬材料（liào），鈦作為（wéi）一（yī）種新興金屬，其發（fā）展時間是很短暫的，鈦合金應用距今也（yě）不過短（duǎn）短70 a的時間，因（yīn）此目（mù）前（qián）可供參考的技（jì）術資料十（shí）分有限，仍處於摸索的階段。一方麵由（yóu）於（yú）金屬鈦的冶煉難度很大，成本居高不下（xià）；另一方麵由於鈦及鈦合金、鑄造鈦合（hé）金的加工成本很（hěn）高，加工（gōng）時間較（jiào）長（zhǎng），加工成本是其（qí）材料價值的數（shù）倍，甚（shèn）至高達數十倍（bèi），是公認的（de）最難加工的材料之（zhī）一，無法做到大（dà）規模的推廣使用。因（yīn）此提高金屬鈦（tài）的冶（yě）煉技術，同時尋找（zhǎo）合適的加工方法是目前的當務之急。

5、結束語

對於鈦（tài）及其鈦合金來說，一方麵性（xìng）能優越，是很多材料比（bǐ）如鋼材的理想替代（dài）品，另一方麵鈦（tài）資源儲量豐（fēng）富（fù），因此受到了眾多研究人員的重（chóng）視。雖然目前還存在著鈦資源（yuán）開采、冶煉技術（shù）難度大和加工困難（nán）等一些問題，但（dàn）是（shì），閥門產業（yè）和鈦產業同樣是一（yī）個朝氣蓬勃、飛速發展的行業。伴隨著將來（lái）鈦材料（liào）的穩定（dìng）開采和生產及新（xīn）工藝的推出和完善，鑄造鈦合金及鑄件在閥（fá）門行業的應用發（fā）展會更加成熟並且趨於（yú）規（guī）模化，在其他行（háng）業也會（huì）有著廣闊的（de）應用（yòng）前景。