與以往（wǎng）的合金材料相比，鈦合金具有低密度、高比強度、抗腐蝕、高（gāo）溫和低溫性能優良等眾多優點，因此在石油化工、海洋環境、生物醫（yī）學、航空航天、汽車工（gōng）業及艦船（chuán）等諸多領域可以得到更為廣泛的應用。鑄造鈦合金是鈦（tài）合金經過澆鑄成所需的形狀得（dé）到的（de），其中應用最廣泛的（de）是ZTC4（Ti-6Al-4V）合金，工藝性（xìng）能穩定，具有良好（hǎo）的強度和斷裂韌性（350℃以（yǐ）下（xià））。

作為各種特殊環境和特殊流體介（jiè）質管路輸送係統的主要控製部（bù）件，閥門已經（jīng）成為生產中很多設（shè）備的重要（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，廣泛受人重視。以鈦合金和鑄（zhù）造鈦合金為主體的閥門由於（yú）其耐腐蝕、高溫和低溫（wēn）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（zhù）造鈦合金

1.1種類

隨著（zhe）科技的發展（zhǎn）和生產需要，不同種（zhǒng）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（zhù）造鈦合金可（kě）以分（fèn）為α、β和α+β 3種類型（xíng）；從強度來看，可以分為中強度（dù）鈦合金、高強度鈦合金；從使用（yòng）環境溫（wēn）度來（lái）看，可以分（fèn）為低（dī）溫鈦合金（小於等於室溫）、中溫鈦合（hé）金（400℃）、高溫（wēn）鈦合金（jīn）（大於等於（yú）500℃）和抗燃燒鈦合金等。可以（yǐ）看出，鑄造鈦合金（jīn）的使用範圍很（hěn）大，幾乎涵蓋各個方（fāng）麵，有著很高的市場價值。

1.2力學性（xìng）能（néng）

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（nèi）分別（bié）以TA、TC和TB表示，其常見的力學性能（néng）見表1。

表（biǎo）1常見鑄（zhù）造鈦合（hé）金的力學性能（néng）

以（yǐ）目前應用最為廣泛的ZTC4鑄（zhù）造鈦合（hé）金為例，其Al含量為5.5%～6.75%，V含量為3.5%～4.5%，剩下（xià）的成分均（jun1）為Ti。從表（biǎo）1中可以看出，ZTC4鑄造鈦合金的抗拉強（qiáng）度（dù）為895 MPa，屈服強度為825 MPa。其力學性能與中高（gāo）強度鋼的性能較為接近（jìn），使用上可以較好地（dì）替代鋼材，另一方麵，其密度僅僅為4.4 g/cm3，遠（yuǎn）小（xiǎo）於鋼材，有利於設（shè）備減重，同時其還保留了鈦合金耐腐蝕的優越性能，這是鋼材所不（bú）能滿足的。

因此在今後的工業生產中，若由（yóu）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（dì）進行產品減重，又（yòu）可以保證產品性能，不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（gāo）速發展，各（gè）個行業遍地開花，閥門作為一種必不可少的通用（yòng）機械設備，產品的市場（chǎng）需求量不斷增加，我國閥門產業也得到了快速的發展。

閥門通常由閥體、閥蓋、閥瓣、閥杆（gǎn）、熱片、填料及驅動（dòng）件組成，閥體、閥蓋所選材料（liào）為主體（tǐ）材料，閥瓣（閘板）、球體、閥座、閥杆和密封座等所選材料稱為內件（jiàn）材料（liào），另外還有（yǒu）緊固件材料（liào）；閥門（mén）常見選（xuǎn）材有灰鑄鐵、球墨鑄鐵（tiě）、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要，研究人員發現在一些惡（è）劣的（de）工作環境和複雜特殊的工況下，常規的閥門（mén）材料無法滿足生產和科研需要。這（zhè）時鈦及鑄造鈦合金因為優越的（de）性能引起了（le）人們的注意，鈦製閥門得到了一定（dìng）的發展。

海水管路（lù）係統所處的工作環（huán）境十分惡劣，船（chuán）用閥門的性能直接影響管路係（xì）統的安全乃至總體性能。早在20世紀60年代，俄羅（luó）斯（sī）便開（kāi）始了艦船鈦合金（jīn）的研究，隨後又開發了船用β鈦合金，用到之後的軍用艦船管（guǎn）道係統（tǒng）中，其中涉及的鈦合金閥門有截（jié）止閥（fá）、止回閥（fá）和球閥等，使用（yòng）種類繁多，數量巨大；同時，民用船舶管路係統也開始使用鈦製閥（fá）門。相比於之（zhī）前采用（yòng）的（de）銅合金、鋼等，之後的（de）下水試驗也表明采用鑄造鈦合金後，自身（shēn）結構強度和耐腐蝕等諸多（duō）方麵都有（yǒu）了很高的可靠性，使用壽命也得到大幅度延長，從（cóng）原先的2～5 a可以延（yán）長至2倍以上（shàng），引起了大家的廣（guǎng）泛重視（shì）。位於我國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正是改變以往選材和（hé）設計方（fāng）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航空航天鈦質閥門

在航空航天方麵，鑄造鈦合（hé）金（jīn）也（yě）有著不俗的表現，這歸功於其良好的耐熱性和強度（dù）。同樣是（shì）60年代這（zhè）段時期，美國航（háng）空首次試用鈦鑄件（jiàn）。經過（guò）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（bú）僅采用了（le）較多的靜止結構鈦合（hé）金（jīn）鑄件，而且也開始用（yòng）於（yú）關鍵位置，比如（rú）關鍵（jiàn）管路係統閥門控製，常用的閥門有安全閥、止回閥等，降低了飛機的製造成本，增加了安全性和可靠性，同時由於鈦（tài）合金相對於其（qí）他合金，密度較小，重量（liàng）僅（jǐn）為同等強度鋼材的（de）60%左右，因此其廣泛應用可以促使飛機向著（zhe）高強度、輕量化的方（fāng）向穩步邁進。

目前來看，航空航天閥門主要（yào）應用於氣動、液動、燃油和潤滑等諸多控（kòng）製（zhì）係統，比較適合耐腐蝕和（hé）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（mén）經常需要進行階段性（xìng）更換，甚至無（wú）法滿足需（xū）求，同時隨著航空航天閥門市場規模正急速擴大（dà），所以鈦質閥門因其優越的性能所占份額也（yě）在不斷上升。

2.3化工行業鈦質閥門（mén）

化工類的閥門一般都在高溫、高壓、耐腐（fǔ）蝕和壓差（chà）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（de）應用（yòng）顯得至關重要，早期選材（cái）多以碳（tàn）素鋼、不鏽鋼等為主，使用一段時間會發（fā）生（shēng）鏽蝕現象，需要（yào）進行更換維護。隨著鑄造鈦合金技術的不斷發展（zhǎn）和其優越性能（néng）逐漸被人發現，鈦質閥（fá）門也（yě）出現在人們（men）的眼裏。

以化纖（xiān）工業精對苯二甲酸（PTA）生產裝置作（zuò）為（wéi）例，工作介質主要為醋酸和氫溴酸（suān），具有很強的腐蝕性，近8 000台包含截止閥、球閥等閥門需要使用，種類繁雜，數量巨大，因此鈦質閥門成為很好的選（xuǎn）擇，增加了使用的可靠性和安全性（xìng）。一般情況下，由於尿素的腐（fǔ）蝕性，尿素合成塔出口和（hé）進口的閥門能夠滿足1 a的使用壽命已經達到使用要求。而山西呂梁化（huà）肥廠、山東滕（téng）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（fá）高壓止回閥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（chéng）塔的進口，使用（yòng）壽命（mìng）均在2 a以上，體現了較好的耐腐蝕性[9]，降低了閥門的更換（huàn）頻率和使用成本。

鑄造鈦合金在閥（fá）門市場的應用不（bú）僅僅局限（xiàn）於上（shàng）述行業，其他方麵發（fā）展有著不錯的發（fā）展，比如日本研製開發（fā）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（duō）優點，將其用在汽車發動機後排氣閥，可以改善發動機的安全性能，同時延長使用壽命。

3、鑄（zhù）造鈦合（hé）金在（zài）其他行（háng）業的應用

相比於鑄造鈦（tài）合金在閥門（mén）行業的應用來說，鑄造鈦（tài）合金的（de）其他應用更為廣泛。鈦（tài）和鈦合金（jīn）都具有良好（hǎo）的耐腐蝕性能，因此（cǐ）對於石油化工等有腐蝕性要求的（de）行業是有重要意義的（de），在（zài）這（zhè）些行業（yè）中，容積泵、換熱器（qì）、壓縮（suō）機和反應器等需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（zhù）件，有著最大的市場需求。醫學領域方麵，由於鈦是世界公認的安全無毒、無重金屬析（xī）出（chū）的安全金屬，因此很多醫療輔助器械、人體（tǐ）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，幾乎全部試用（yòng）過的牙科醫療鑄件都（dōu）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（hé）抗腐蝕性（xìng）能。另一方麵，由於鈦及鈦合金密度小、性能好等優點，廣泛運（yùn）用在（zài）高爾夫球（qiú）杆（gǎn）、球頭、網球（qiú）拍、羽毛球拍和釣具等眾多（duō）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。例如日本鋼管公司（N104）研製的SP-700新（xīn）型鈦合金的（de）製品用作Taylor牌300係列高爾夫球頭表麵材料，暢銷（xiāo）全球高爾夫球市（shì）場。

從20世紀末（mò）期開始，鑄造鈦（tài）合金在石油化（huà）工（gōng）、航（háng）天航（háng）空、生物醫學、汽車工（gōng）業和運動休閑等領域已（yǐ）從最初的初步試探到現在的極（jí）力推廣發（fā）展，逐步（bù）形成（chéng）產業化和規模化。

4、應用的局限性

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

相比於其他金屬材料，鈦作為一種新興金（jīn）屬，其發展時（shí）間是很短暫的，鈦合金（jīn）應用距今也不過短短70 a的（de）時間，因此目前可（kě）供（gòng）參考的技術資料十分有限，仍處於摸索的階段。一方麵由於金屬鈦的冶煉難度很大，成本居高不下；另一方麵由於鈦（tài）及鈦合金、鑄造鈦合金的加工成本很高，加工時間較長，加工成本是其材料價值的數倍，甚（shèn）至高達數十倍，是公認的最難加（jiā）工的材（cái）料之一，無法做到大規模的推廣使用。因此提高金屬鈦的冶煉技（jì）術（shù），同時尋找合適的（de）加工方法是目（mù）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（xìng）能優越，是很多材（cái）料比如鋼材的理想替代品，另一方麵鈦資源儲量豐富，因此受到了眾多研究人員的重視（shì）。雖然目前還存在著鈦資源開采、冶煉技術難度大和加工困難等一些問題，但是，閥門（mén）產業和鈦產業同樣是一（yī）個朝氣蓬勃、飛速發展（zhǎn）的行業。伴隨著將來鈦材料的穩定開采和生產及新工藝（yì）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於規模化，在其他（tā）行業也會有（yǒu）著廣闊的應用前景。