钛的原子序数为22,是元素周期表中第四周期副族元素,即ⅣB族。钛金属具有银白色光泽,熔点1668℃,密度4.51g/cm³,是轻金属中的高熔点金属。
纯钛的抗拉强度仅在250~500MPa之间,但添加某些合金元素之后,钛合金的抗拉强度很容易达到800~1000MPa,与高强度钢相当。有的钛合金强度甚至高达1700MPa。由于钛合金密度远小于钢,其质量比强度远大于高强度钢、铝合金和镁合金,是很好的减重材料。
钛具有很高的化学活性,在空气中易与氧反应生成氧化物。但钛金属表面的氧化物致密、稳定,具有“自愈”能力,也就是说在某个位置的氧化膜被损伤后,它能迅速地在原点生成一层新的氧化膜,防止腐蚀性介质与钛的新鲜表面接触,这使钛金属具有了很好的耐腐蚀性能,其在海水中的腐蚀率几乎为零。
钛合金的高温性能优良,某些钛合金能在600℃下仍保持良好的力学性能,在航空发动机中得到广泛应用;Ti/Al金属间化合物甚至可以在800~1000℃的环境下使用。
钛合金具有很好的低温性能,有些钛合金强度随温度的降低而升高,但仍保有较好的韧性,超低温的环境下也不会发生冷脆现象。
钛合金具有很好的生物相容性,由于与碳纤维材料的接触电位差很小,基本不产生电偶腐蚀,因而和碳纤维材料也有很好的相容性。钛无磁性,在强磁场中也不被磁化;钛的导热率低,热膨胀系数小。钛具有良好的低阻尼特性,音波阻尼很小,适合用作声呐材料。
除以上特点外,钛及其合金还有形状记忆功能、超导功能和储氢功能。利用这些功能制备的TiNi形状记忆合金、NbTi超导合金、TiFe储氢合金等材料也已得到广泛的应用。
钛及其合金的这些优异性能,使其在航空、航天、海洋工程、电站、医疗、化工、建筑、冶金、轻工、汽车、运动休闲、日常生活等领域得到广泛应用。