與（yǔ）以往的合金材料相比，鈦合金具有低密度、高比強度（dù）、抗腐（fǔ）蝕、高溫（wēn）和低溫性能優良等眾多優點，因此在（zài）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（yǐ）得到更為廣泛（fàn）的應（yīng）用。鑄造鈦合金是鈦合金經過澆鑄成（chéng）所需的形狀得到的，其（qí）中應用最廣泛的（de）是ZTC4（Ti-6Al-4V）合金，工藝性能穩定，具有（yǒu）良好的強度和斷裂韌性（xìng）（350℃以下）。

作為各種特殊環（huán）境和特殊流體介質管路輸送係統（tǒng）的主要控製部件（jiàn），閥門（mén）已經（jīng）成為生產中（zhōng）很多設備的重（chóng）要（yào）組成部分，可以說任何行業都離不開閥門。由於不同領域的環境、溫度和介質要求不同，閥門選材尤為關鍵，廣泛受人重（chóng）視。以鈦合金和鑄造鈦（tài）合金為主（zhǔ）體的閥門由於其耐腐蝕、高溫和低溫性能優良、高強度等良好的優越性能（néng），在閥門領域有著廣闊的前景。

1、常用的鑄造鈦合金

1.1種（zhǒng）類

隨著科技的發展和生產需要（yào），不同種類的鑄造鈦合金被研製出來，應用於很多領域。從（cóng）照相（xiàng）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，可以分為中強度鈦合金、高強度鈦合金（jīn）；從使用（yòng）環境溫度來看，可（kě）以分為低溫鈦合金（小於（yú）等於室溫）、中溫（wēn）鈦合金（400℃）、高溫鈦合（hé）金（大於等於500℃）和抗燃燒鈦合金（jīn）等。可以看出（chū），鑄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（lì）學性能

鑄造鈦合（hé）金有ZTA1、ZTA2、ZTA5和ZTC4等多種類（lèi）型，涵蓋α、β和α+β 3種類（lèi）型，在國內分別以TA、TC和TB表（biǎo）示，其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（tài）合金為例，其（qí）Al含量為5.5%～6.75%，V含量（liàng）為3.5%～4.5%，剩下的成分均為Ti。從表1中可以看出，ZTC4鑄造鈦合金的抗拉強度為895 MPa，屈服強度為825 MPa。其力學性（xìng）能與中高強度鋼的性（xìng）能較（jiào）為接近，使用上可以較好地替代（dài）鋼材，另一方麵（miàn），其密度僅僅（jǐn）為4.4 g/cm3，遠小（xiǎo）於鋼（gāng）材，有利於設（shè）備減重，同時其還保留了鈦合金耐（nài）腐蝕的優越性（xìng）能，這是鋼材所不（bú）能滿足的。

因此在今後的工業生產中，若由於生產需求需要進行減重，選擇合適的鑄造鈦合金進行替代，既可以有效地進行產品減重，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），各個行業遍地開花，閥門作為一種必（bì）不（bú）可少的（de）通用機械設備，產品的市場（chǎng）需求（qiú）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、閥杆、熱片、填料及驅動（dòng）件組成，閥體（tǐ）、閥蓋所選材料為主體材料，閥瓣（閘板（bǎn））、球體、閥座、閥杆和密封座等（děng）所選材料稱為內件材料，另外還有緊固件材料；閥門常見選材（cái）有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鋼和銅合金等，可選擇性多樣化。但隨著生產的進一步需（xū）要，研究人（rén）員發現在一些惡劣的（de）工作環境和複雜特殊的工況下（xià），常規的閥門材料無法滿足生產和科研（yán）需要。這時（shí）鈦及鑄造鈦（tài）合金因為優越的性能引起了人（rén）們的注意，鈦製閥門得到了一定的發展。

海水管（guǎn）路係統（tǒng）所處的工作環境十分（fèn）惡劣，船用閥（fá）門的性能直接影響管路係統的安全乃至（zhì）總體性能。早在20世（shì）紀60年代，俄羅斯便開（kāi）始了艦船鈦合金的研究，隨（suí）後又開發了船用β鈦合金，用到（dào）之後的（de）軍用艦船管道係（xì）統中，其中涉及的鈦（tài）合金閥門有截止閥、止回（huí）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用鈦製（zhì）閥門。相比於之（zhī）前采用的銅合金、鋼等（děng），之後的下水試驗也表明采用鑄造鈦合金後，自身結構強度和耐腐蝕等諸（zhū）多方（fāng）麵（miàn）都有了很高的可靠性，使用壽命也得到大幅度延長，從原先的2～5 a可以延（yán）長至2倍以上，引起了大家的廣泛重（chóng）視。位於我國洛陽的（de）中船（chuán）七二五研究所為某（mǒu）型號艦（jiàn）船（chuán）供應的三偏心蝶閥正是改（gǎi）變以往選材和設計方案，采用（yòng）Ti80等作為主體（tǐ）材料，閥（fá）門使（shǐ）用壽命延長至25 a以上，提高閥門產品應用的可靠（kào）度和實用度，填（tián）補了國內技術空白。

2.2航空航（háng）天鈦（tài）質閥門（mén）

在航空航天方麵，鑄造（zào）鈦合金也（yě）有著不俗的（de）表現，這歸功於其良好的耐熱性（xìng）和強度（dù）。同樣是（shì）60年代（dài）這段時期，美國航空首次試用鈦鑄件。經過一（yī）段時間的研究（jiū），從1972年鑄造鈦合金開始正式應用在飛機上（波（bō）音757、767及777等），不僅采用了較多的靜止結構鈦合金（jīn）鑄件，而且也開（kāi）始用於關鍵位置，比如關鍵（jiàn）管路係統閥門控製，常用的閥門（mén）有安全閥、止回閥等，降低了飛機的製造成（chéng）本，增加（jiā）了安全性和可靠性，同時由於（yú）鈦合金相對於其他合金，密度（dù）較小，重量僅為（wéi）同等強度鋼材的60%左右，因（yīn）此其廣泛應用可以促使飛機向著高強度、輕量化的方向穩步邁進。

目前來看，航空航天（tiān）閥門主要應用於（yú）氣動、液動（dòng）、燃油和潤滑等諸多控製係統，比較適合耐腐蝕和環境溫度較高的環境，是航天飛行器、發動機（jī）等至關重要的部門零件之一。傳統的閥門經常需要進行（háng）階段性更換，甚至無法滿足需求（qiú），同（tóng）時隨著航空航天閥門市場規模（mó）正急速擴大，所以鈦質閥門因其優越（yuè）的性能所占份額也在不斷上升。

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（fǔ）蝕和（hé）壓（yā）差大等普遍惡劣環境（jìng）中使用，因（yīn）此（cǐ）合（hé）適的材料選擇對於閥門化（huà）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（zhǔ），使用一段時間會發生鏽蝕現象，需要進行更換維護。隨著鑄造鈦合金技術的不斷發展和其優越性能（néng）逐（zhú）漸被人發現，鈦質閥門也出現在人們的（de）眼裏。

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（xiù）酸，具有很強（qiáng）的腐（fǔ）蝕性，近8 000台包含截止閥、球閥等閥門需要使用，種（zhǒng）類繁雜，數量巨大，因此鈦質閥門成為很好的選擇，增加（jiā）了使用的可靠性和安全性（xìng）。一般情況（kuàng）下，由於尿素的腐蝕性，尿（niào）素合成塔出（chū）口和進口的閥門能夠滿足（zú）1 a的使用壽命已經達到使用要求（qiú）。而山西呂梁化肥廠、山東滕（téng）州化肥（féi）廠和（hé）河（hé）南靈寶化肥廠等（děng）企業進行了多次嚐試，最終選擇（zé）鈦閥（fá）高壓止（zhǐ）回閥（fá）H72WA-220ROO-50，H43WA-220ROO-50、65、80及保（bǎo）溫截止閥BJ45WA-25R-100、125等用於尿素合成（chéng）塔的進口，使用壽命均在2 a以上，體現了較好的耐腐蝕性[9]，降低了閥門的（de）更換頻率和使用成本。

鑄造鈦合金（jīn）在閥門市場的應用不僅僅局限於上述行業，其他方麵發（fā）展（zhǎn）有著不錯的發（fā）展，比如（rú）日本研製開發的新型鑄造鈦（tài）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（dòng）機的安全性能，同（tóng）時延長（zhǎng）使用壽命。

3、鑄造鈦合金在其他行（háng）業的應用

相比於鑄造鈦合金在閥門行業的應（yīng）用來說，鑄造鈦合金的其他應用更為廣泛。鈦和鈦合金都具有良好的耐腐蝕（shí）性能，因此對於石油化工等有腐蝕性要求的行業是有（yǒu）重要（yào）意義的，在這些行業中，容積泵、換熱器、壓縮機和反應器等需要進（jìn）行工業生產的大型設（shè）備很多（duō）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，由於鈦是世界公認的安全無毒、無重金屬析出的（de）安全金屬，因此很多醫療輔助器械、人體假（jiǎ）肢等都是以鑄造鈦合金（jīn）作為材質（zhì）的，尤其是在牙科醫療上，幾乎全部試用過的牙科（kē）醫療鑄（zhù）件都是由工業純鈦和Ti-6Al-4V合金製成的，有（yǒu）著良好的生物相容性、機械性能和抗腐蝕性能。另一方麵，由於鈦及鈦合金（jīn）密（mì）度小、性能好（hǎo）等優點，廣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，用其製成的產品重量輕，有質量保（bǎo）證（zhèng），很受大眾的歡迎。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（ěr）夫球頭表麵材料，暢銷全（quán）球高爾夫球市場。

從20世紀末期開始，鑄造鈦合金在（zài）石油化工（gōng）、航天航（háng）空、生物（wù）醫學、汽車工業和運動休閑等領域已（yǐ）從最（zuì）初的初步試探到現在的極（jí）力（lì）推廣（guǎng）發展，逐步形成（chéng）產業（yè）化和（hé）規模化。

4、應用的局限（xiàn）性

但（dàn）是，雖然以鑄造鈦（tài）合金、純鈦等鈦材（cái）作為主體的閥門和其（qí）他產品，在諸多領域（yù）都有（yǒu）著廣闊的應用（yòng）前景，但也有一定的局限（xiàn）性。

相比於其他（tā）金（jīn）屬材料，鈦作為一（yī）種新興金屬，其發展時間是很短暫的（de），鈦合金應用距今也（yě）不過短短（duǎn）70 a的時間，因此目前可供參考的技術（shù）資料十分（fèn）有限，仍處於摸索的階段。一方麵由於金屬（shǔ）鈦的冶煉難度很大，成本居高不（bú）下；另一方麵由於鈦及鈦（tài）合金、鑄造鈦合金的加工成本很高，加工時間較長，加（jiā）工成本是其材料價值的數倍，甚至高達數十倍，是公認的最難加工的材料之一，無法做到大規模的推廣使用。因此提高金屬鈦的（de）冶煉技術，同時尋找（zhǎo）合適的加工方法是目前的當務之（zhī）急。

5、結束語

對於鈦及其（qí）鈦合金（jīn）來說，一方麵性能優越（yuè），是很多材料比（bǐ）如鋼材的理想替代品，另一方麵鈦資源儲（chǔ）量豐富，因此受到了眾多研究人員的重視。雖然目前還存在著鈦資源開采、冶煉技術難度大和加（jiā）工困難等一（yī）些問題，但是，閥門產業和鈦產業同樣是一個朝氣蓬勃、飛速發展的行業。伴隨著將來鈦材料的穩定開采（cǎi）和生（shēng）產及新工藝的推出和完善，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用前景。