鈦及鈦合金加工材料的力學(xué)性能

純鈦的抗拉強(qiáng)度為265-353MPa,一般鈦合金為686-1176MPa,目前最高可達(dá)1764MPa。鈦合金與許多鋼的強(qiáng)度相當(dāng)，但比強(qiáng)度鈦合金要好很多，這里的比強(qiáng)度是指材料的強(qiáng)度除以其表觀密度，又被稱為強(qiáng)度-重量比。比強(qiáng)度的國際單位為（N/m2）/(kg/m3)或N·m/kg。材料的抗拉強(qiáng)度與材料表觀密度之比叫做比強(qiáng)度。材料在斷裂點(diǎn)的強(qiáng)度（拉伸）與密度之比。

鈦及鈦合金的壓縮強(qiáng)度不低于其拉伸強(qiáng)度。工業(yè)純鈦的壓縮屈服強(qiáng)度和拉伸屈服強(qiáng)度大致相等，而Ti-6Al-4V和Ti-5Al-2.5Sn合金壓縮強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度稍高。剪切強(qiáng)度一般為抗拉強(qiáng)度的60%-70%.鈦和鈦合金薄板的承壓屈服強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的1.2-2.0倍。

在正常大氣氣氛下，經(jīng)加工和退火的鈦和鈦合金的持久強(qiáng)度為（0.5-0.65）倍抗拉強(qiáng)度。在缺口狀態(tài)（Kt=3.9）進(jìn)行107次疲勞試驗(yàn)時(shí)，退火Ti-6Al-4V的持久強(qiáng)度為0.2倍抗拉強(qiáng)度。

最高純度級的加工工業(yè)純鈦的硬度通常小于120HB，其他純度的加工鈦的硬度為200-295HB。純鈦鑄件的硬度為200-220HB。鈦合金在退火狀態(tài)下的硬度值為32-38HRC，相當(dāng)于298-349HB。鑄態(tài)的Ti-5Al-2.5Sn和Ti-6Al-4V合金的硬度為320HB，低間隙雜質(zhì)Ti-6Al-4V鑄件的硬度為310HB。

工業(yè)純鈦的拉伸彈性模量為105-109GPa,大多數(shù)鈦合金在退貨狀態(tài)下的拉伸彈性模量為110-120GPa。時(shí)效硬化的鈦合金比在退火狀態(tài)下具有稍高的拉伸彈性模量，抗壓彈性模量等于或者大于拉伸彈性模量。雖然鈦和鈦合金的剛度比鋁和鋁合金的高很多，但僅為鐵的55%。鈦合金的比彈性模量與鋁合金的相當(dāng)，僅次于鈹、鉬和某些高溫合金。

工業(yè)純鈦的扭轉(zhuǎn)或剪切模量為46GPa,鈦合金的剪切模量為43-51GPa。

為提高鈦合金的強(qiáng)度，增加間隙元素含量，會給合金的抗沖擊性能和斷裂韌度帶來有害的影響。根據(jù)鈦合金的種類和狀態(tài)的不同，加工工業(yè)純鈦的夏氏缺口沖擊強(qiáng)度值為15-54J/cm2,鑄造狀態(tài)的為4-10J/cm2。鈦合金在退火狀態(tài)下的沖擊強(qiáng)度為13-25.8J/cm2,時(shí)效狀態(tài)的稍低。鑄造狀態(tài)的Ti-5Al-2.5Sn合金的夏氏V形缺口沖擊強(qiáng)度為10J/cm2,Ti-6Al-4V合金的為20-23J/cm2。含氧量愈低的鈦合金加工材，此值愈高。

許多鈦合金具有很高的斷裂韌度，或者說，鈦合金抗裂紋擴(kuò)展的能力很好。退火狀態(tài)的Ti-6Al-4V合金就是一種韌性極好的材料。當(dāng)缺口集中系數(shù)Kt=25.4mm時(shí)，缺口抗拉強(qiáng)度與非缺口抗拉強(qiáng)度之比大于1。

鈦合金在高溫下還能保持一定的性能。一般工業(yè)鈦合金在540℃溫度下能保持其有用的性能，但僅能供短時(shí)間應(yīng)用，長時(shí)間使用的溫度范圍為450-480℃。目前已研制出600℃溫度下使用的鈦合金。鈦合金作為導(dǎo)彈材料可在540℃溫度下長期使用，還可在760℃溫度下短時(shí)間使用。

鈦及鈦合金材料在低溫和超低溫下仍能保持其原有的一定的力學(xué)性能。隨著溫度的降低，鈦和鈦合金材料的強(qiáng)度不斷增加，而延性逐漸變差。許多退火的鈦合金材料在-195.5℃溫度下還具有足使用的延性和斷裂韌度。含間隙元素特少的Ti-5Al-2.5Sn合金可在-252.7℃溫度下使用。它的缺口抗拉強(qiáng)度與非缺口抗拉強(qiáng)度之比，在-25.7℃溫度下為0.95-1.15。

液氧、液氫和液氟是導(dǎo)彈和宇宙裝置中的重要推進(jìn)劑。用于制作低溫氣體容器和低溫結(jié)構(gòu)件的材料其所具有的低溫性能是非常重要的。當(dāng)顯微結(jié)構(gòu)呈等軸狀和間隙元素（氧、氮、氫等）的含量很低時(shí)，鈦合金的延性仍在5%以上。大多數(shù)鈦合金在-252.7℃溫度下具有較差的延性，而Ti-6Al-4V合金的伸長率還能達(dá)到12%。