Karakterizacija i primjena titana i legura na njemu

Karakteristike i svojstva

Titan je kemijski element s simbolom Ti i atomskim brojem 22. To je sjajni metal s srebrnom bojom, malom gustoćom i velikom snagom. Otporna je na koroziju morske vode i klora.

Element se pojavljuje u broju mineralnih naslaga, uglavnom rutila i ilmenita, koji su široko rasprostranjeni u zemljinoj koru i litosferi.

Titan se koristi za proizvodnju jake legure legure. Dvije najkorisnije svojstva metala su otpornost na koroziju i omjer tvrdoće prema gustoći, najviši od bilo kojeg metalnog elementa. U neuljudnom stanju, ovaj metal jednako je jak kao neki čelik, ali manje gusta.

Fizikalna svojstva metala

Ovo je jak metal s niskom gustoćom, prilično plastičnom (posebno u okruženju bez kisika), sjajnom i metaloidno-bijelom. Relativno visoka točka taljenja više od 1650 ° C (ili 3000 ° F) čini ga korisnim kao vatrostalni metal. Paragnetski je i ima prilično nisku električnu i toplinsku vodljivost.

Prema Mohsovoj skali, tvrdoća titana je 6. Prema ovom indeksu, to je nešto slabije od otvrdnutog čelika i volframa.

Komercijalno čist (99,2%) titan ima krajnju čvrstoću rastezanja od oko 434 MPa, što odgovara konvencionalnim legurama čelika niske razine, ali titan je mnogo lakši.

Kemijska svojstva titana

Kao i aluminij i magnezij, titan i njegove legure odmah se oksidiraju kada su izložene zraku. Polako reagira s vodom i zrakom pri sobnoj temperaturi, jer tvori pasivnu oksidnu prevlaku, koji štiti rasuti metal od daljnje oksidacije.

Atmosferska pasivizacija daje titanu izvrsnu otpornost na koroziju koja je gotovo jednaka platini. Titan je u stanju izdržati napad razrijeđenih sumpornih i kloridnih kiselina, kloridnih otopina i većine organskih kiselina.

Titan je jedan od rijetkih elemenata koji gori u čistom dušiku, reagira na 800 ° C (1470 ° F) da bi se formirao titan nitrid. Zbog njihove visoke reaktivnosti s kisikom, dušikom i nekim drugim plinovima, titanske niti upotrijebljene su u titanovim sublimacijskim pumpama kao sredstvo za sakupljanje tih plinova. Takve pumpe su jeftine i pouzdano proizvode vrlo nizak tlak u ultrazvučnim sustavima vakuuma.

Tipični minerali koji sadrže titan su anataza, brookit, ilmenit, perovskit, rutil i titanit (sphene). Od tih minerala, samo rutil i ilmenite su od ekonomskog značaja, ali čak ih je teško naći u visokim koncentracijama.

Titan se nalazi u meteorijama i pronađen je na Suncu i M-tipu zvijezda površine temperature 3200 ° C.

Sada poznate metode ekstrakcije titana iz raznih ruda dugotrajne su i skupo.

Proizvodnja i proizvodnja

Trenutačno se razvijaju i koriste 50 stupnjeva titana i titanskih legura. Do danas se priznaje 31 klasu titanovog metala i legura, od kojih su klase 1-4 komercijalno čiste (neujednačene). Razlikuju u čvrstini kod rastezanja, ovisno o koncentraciji kisika u klasi 1 najviše savitljiv (najniža vlačna čvrstoća sa sadržajem kisika od 0,18%), i klasa 4 - Najmanje plastike (maksimalna vlačna čvrstoća na sadržaj kisika od 0,40% ).

Preostale klase su legure, od kojih svaka ima specifična svojstva:

• plastičnost;
• snaga;
• otpornost;
• električni otpor;
• specifičnu otpornost na koroziju i njihove kombinacije.

Osim ovih specifikacija, titan legure su izrađene kako bi se zadovoljile zahtjeve zrakoplovnom i obrambenom tehnologijom (SAE-AMS, MIL-T), ISO standarde i specifikacije za određene zemlje, kao i zahtjevi krajnjeg korisnika za zrakoplovne, vojne, medicinske i industrijske primjene.

Komercijalno čisti ravan proizvod (ploča, ploča) može se lako oblikovati, ali postupak mora uzeti u obzir činjenicu da metal ima "memoriju" i sklon povratku. To se posebno odnosi na neke legure visoke čvrstoće.

Titan se često koristi za izradu legura:

• s aluminijem;
• s vanadijem;
• s bakrom (za skrutnjivanje);
• s željezo;
• s manganom;
• s molibdenom i drugim metalima.

aplikacije

Titanske legure u obliku listova, tanjura, šipki, žica, odljevaka koriste se u industrijskim, zrakoplovnim, rekreativnim i tržištima u nastajanju. Titan u prahu se koristi u pirotehnici kao izvor svijetlih čestica koje gori.

Od titan legure imaju visoku vlačnu čvrstoću na gustoću, dobru otpornost na koroziju, umor, visoku otpornost na pucanje i sposobnost da izdrži umjereno visoku otpornost na temperaturu, oni se koriste u zrakoplovu, s rezervom, u morskim vozila, letjelice i rakete.

Za ove aplikacije, titan legirana sa aluminij, cirkonij, nikal, vanadij, i drugih elemenata za proizvodnju različitih komponenti, uključujući ključne komponente, požara zidova kućišta, ispušne cijevi (helikoptera) i hidrauličnog sustava. Zapravo, oko dvije trećine proizvedenog metala titana koristi se u zrakoplovnim motorima i okvirima.

Od titanskih legura otpornih na morskom korozije, oni se koriste za proizvodnju izmjenjivača osovine propelera za proizvodnju topline, itd ... Ove legure se koriste u kućišta i dijelova za promatranje uređaja za praćenje i oceana znanosti i vojske.

Specifične se legure upotrebljavaju u bušotinama i uljnim bušotinama i nikal hidrometalurgiji za njihovu veliku čvrstoću. Industrija celuloze i papira koristi titan u opremi za obradu izloženu korozivnim medijima, kao što je natrijev hipoklorit ili mokro klorni plin (u izbjeljivanju). Ostale primjene uključuju ultrazvučno zavarivanje, lemljenje valova.

Osim toga, te se legure koriste u automobilima, osobito u automobilskim i motociklističkim utrkama, pri čemu su iznimno važne male težine, visoka čvrstoća i krutost.

Titan se koristi u mnogim sportske opreme, kao što su teniski reketi, golf klubova, vratila lakrossa- kriket, hokej, Lacrosse i nogomet kacige, kao i okvira za bicikle i dijelove.

Zbog svoje izdržljivosti, titan je postao popularniji dizajner nakit (osobito titan prstenovi). Njegova je inertnost dobar izbor za osobe s alergijama ili one koji će nositi nakit u sredinama poput bazena. Titan je također legiran sa zlatom kako bi se proizvela legura koja se može prodati u obliku 24 karatnog zlata, jer 1% Ti legure nije dovoljno da zahtijeva manju oznaku. Dobivena legura je približno tvrdoća 14 karatnog zlata i jača od čistog 24 karatnog zlata.

mjere opreza

Titan je netoksičan čak iu visokim dozama. U obliku praha ili u obliku metalnih strugala, predstavlja ozbiljnu opasnost od požara i, kada se zagrijava u zraku, rizik od eksplozije.

Svojstva i primjene titanskih legura

Slijedi pregled najčešćih titanskih legura, koji su podijeljeni na klase, njihova svojstva, prednosti i industrijske primjene.

Grade 7

Klasa 7 je mehanički i fizički ekvivalentan čistom titanu razreda 2, osim za dodavanje srednjeg elementa paladija, što ga čini legurama. Ima izvrsnu zavarivost i elastičnost, najviše otpornosti na koroziju svih legura ove vrste.

Klasa 7 se koristi u kemijskim procesima i komponentama proizvodne opreme.

Grade 11

Klasa 11 je vrlo slična klasi 1, osim adicije paladija radi poboljšanja otpornosti na koroziju, što ga čini legurama.

Ostala korisna svojstva uključuju optimalnu duktilnost, čvrstoću, čvrstoću i izvrsnu zavarljivost. Ova se legura može koristiti posebno u slučajevima kada korozija uzrokuje probleme:

• kemijska obrada;
• proizvodnja klorata;
• desalinizaciju;
• morske aplikacije.

Ti 6Al-4V, klasa 5

Najčešće se koristi legura Ti 6Al-4V ili titana razreda 5. Ona čini 50% ukupne potrošnje titana diljem svijeta.

Jednostavnost korištenja leži u njegovim brojnim prednostima. Ti 6Al-4V može se toplinski obrađivati ​​kako bi se poboljšala njegova čvrstoća. Ova legura ima visoku čvrstoću pri niskoj masi.

Ovo je najbolja legura koju treba koristiti u nekoliko industrija, kao što su zrakoplovna, medicinska, pomorska i kemijska prerađivačka industrija. Može se koristiti prilikom izrade:

• turbine zrakoplova;
• komponente motora;
• strukturni elementi zrakoplova;
• spone za zrakoplove;
• visokoučinkoviti automatski dijelovi;
• sportska oprema.

Ti 6AL-4V ELI, klasa 23

Klasa 23 - kirurški titan. Legura Ti 6AL-4V ELI, ili klasa 23, je inačica više čistoće Ti 6Al-4V. Može se izrađivati ​​od valjaka, niti, žica ili ravnih žica. Ovo je najbolji izbor za svaku situaciju u kojoj je potrebna kombinacija visoke čvrstoće, male težine, dobre otpornosti na koroziju i viskoznosti. Ima izvrsnu otpornost na oštećenja.

Može se koristiti u biomedicinim aplikacijama, kao što su komponente koje se mogu ugraditi zbog svoje biokompatibilnosti, dobre snage umora. Također se može koristiti u kirurškim zahvatima za izradu takvih struktura:

• ortopedski klinovi i vijci;
• stezaljke za ligature;
• kirurške kape;
• opruge;
• ortodontski uređaji;
• kriogene posude;
• uređaji za učvršćivanje kostiju.

Grade 12

Titanov stupanj 12 ima izvrsnu kvalitetnu zavarivost. To je legura visoke čvrstoće koja pruža visoku čvrstoću pri visokim temperaturama. Titanov stupanj 12 ima slične karakteristike inoxa 300 s nehrđajućeg čelika.

Njegova sposobnost za oblikovanje na različite načine čini ga korisnim u mnogim aplikacijama. Visoka otpornost na koroziju ove legure čini ga neprocjenjivim za proizvodnu opremu. Klasa 12 može se koristiti u sljedećim industrijama:

• izmjenjivači topline;
• hidrometalurške primjene;
• kemijska proizvodnja s povećanom temperaturom;
• mora i zraka.

Ti 5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2,5Sn je legura koja može osigurati dobru zavarivost s postojanosti. Također ima visoku temperaturu i visoku čvrstoću.

Ti 5Al-2.5Sn se uglavnom koristi u zrakoplovnoj sferi, kao iu kriogenim postrojenjima.