Карактеризација и примена на титаниум и легури базирани на него

Карактеристики и својства

Титан е хемиски елемент со симбол Ti и атомски број 22. Тоа е сјаен метал со сребрена боја, мала густина и висока јачина. Отпорен на корозија во морска вода и хлор.

Елементот се појавува во голем број на минерални наоѓалишта, главно рутил и илменит, кои се широко распространети во земната кора и литосфера.

Титан се користи за производство на силни лесни легури. Двете најкорисни својства на метал се отпорност на корозија и соодносот на цврстина на густина, највисок од секој метален елемент. Во неговата неизградена состојба, овој метал е исто толку силен колку и некои челични, но помалку густи.

Физички својства на метал

Ова е силен метал со мала густина, прилично пластична (особено во средина без кислород), сјајна и металоидно-бела. Релативно висока точка на топење од повеќе од 1650 ° C (или 3000 ° F) го прави корисен како огноотпорен метал. Таа е парамагнетна и има прилично ниска електрична и топлинска спроводливост.

Мохсова цврстина на титаниум е еднаква на 6. Според овој показател, тоа е малку инфериорен во однос на стврднати челик и волфрам.

Комерцијално чистиот (99,2%) титаниум има крајно затегнувачка цврстина од околу 434 МПа, што одговара на конвенционалните легури на нискостепени челици, но титаниум е многу полесен.

Хемиски својства на титаниум

Како алуминиум и магнезиум, титаниум и неговите легури веднаш се оксидираат кога се изложени на воздух. Таа реагира полека со вода и воздух на собна температура, бидејќи формира пасивен слој на оксид, кој го штити најголемиот дел од метали од понатамошна оксидација.

Атмосферската пасивација му дава одлична отпорност на титаниум на корозија речиси еквивалентна на платина. Титан е способен да го издржи нападот на разредените сулфурни и хлороводородни киселини, раствори на хлорид и повеќето органски киселини.

Титаниум е еден од ретките елементи што горат во чист азот, реагирајќи на 800 ° C (1470 ° F) за да се формира титан нитрид. Поради нивната висока реактивност со кислород, азот и некои други гасови, титаниумските филаменти се користат во титаниумските сублимациони пумпи како чистачи за овие гасови. Таквите пумпи се ефтини и со сигурност произведуваат исклучително низок притисок во ултрамоќните вакуумски системи.

Типични минерали кои содржат титан се анатаза, брукит, илменит, перовскит, рутил и титанит (сфена). Од овие минерали, само рутил и илменините се од економска важност, но дури и тие тешко се наоѓаат во високи концентрации.

Титаниум се наоѓа во метеорити и е пронајден на ѕвездите од Сонцето и М, со површинска температура од 3200 ° C (5790 ° F).

Тековно познатите методи за извлекување на титаниум од разни руди се одземаат многу време и се скапи.

Производство и производство

Во моментов, се развиваат и се користат околу 50 степени од титаниум и легури на титаниум. Досега се признати 31 класа на метални и легури на титаниум, од кои класите 1-4 се комерцијално чисти (непуштени). Тие се разликуваат во затегнувачка цврстина во зависност од концентрацијата на кислород, со класа 1 е најстариот нодуларен (најниска цврстина на истегнување со содржина на кислород од 0,18%), и класа 4 - Најмалку пластика (максималната затегнувачка цврстина со содржина на кислород од 0,40% ).

Останатите класи се легури, од кои секоја има специфични својства:

• пластичност;
• сила;
• тврдост;
• електричен отпор;
• специфична отпорност на корозија и нивни комбинации.

Во прилог на овие спецификации, легури на титаниум, исто така, се направени за да се задоволат барањата на воздушната и одбрана технологија (SAE-АМС, MIL-T), ISO стандарди и спецификации за одредени земји, како и барањата на крајниот корисник за воздушната воена, медицински и индустриски апликации.

Комерцијално чист рамен производ (лист, плоча) лесно може да се формира, но третманот мора да го земе предвид фактот дека метал има "меморија" и тенденција да се врати назад. Ова е особено точно за некои легури со висока јачина.

Титан често се користи за изработка на легури:

• со алуминиум;
• со ванадиум;
• со бакар (за зацврстување);
• со железо;
• со манган;
• со молибден и други метали.

Апликации

Титан легури во форма на листови, плочи, прачки, жици, одлеаноци се користат во индустриските, воздушната, рекреативните и новите пазари. Правни титаниум се користи во пиротехника како извор на светли запаливи честички.

Од легури на титаниум имаат висока сила на пауза на густина, добра отпорност на корозија, замор, висока отпорност на напукнување и способноста да се издржи умерено висока температура отпор, тие се користат во авион, со резервации, во морските возила, ракети и вселенски летала.

За овие апликации, титаниум легирани со алуминиум, циркониум, никел, ванадиум и други елементи за производство на различни компоненти, вклучувајќи критичните компоненти, противпожарни ѕидови, шасија, издувната цевка (хеликоптери) и хидрауличниот систем. Всушност, околу две третини од произведениот титаниум метал се користи во авиони мотори и рамки.

Од титански легури отпорни на корозија морска вода, тие се користат за производство на разменувачи на топлина елиса шахти производство, и така натаму. Д. Овие легури се користат во куќишта и компоненти на уреди за набљудување за следење и океанот науката и војската.

Специфични легури се користат во бунари и нафтени извори и никел хидрометалургија за нивната висока јачина. Индустријата за целулоза и хартија користи титаниум во опрема за обработка која е изложена на корозивни медиуми, како што е натриум хипохлорит или гас од влажен хлор (при белење). Други апликации вклучуваат ултразвучно заварување, бран лемење.

Покрај тоа, овие легури се користат во автомобилите, особено во автомобилските и моторните трки, каде што малата тежина, висока јачина и цврстина се исклучително важни.

Титаниум се користи во многу спортски стока, како што се тенис рекети, голф клубови, шахтите на lakrossa- крикет, хокеј, лакрос, шлемови и фудбал, како и велосипеди рамки и компоненти.

Поради својата издржливост, титаниум стана популарен за дизајнерски накит (особено титаниум прстени). Нејзината инертност го прави добар избор за луѓе со алергии или оние кои ќе носат накит во средини, како што се базени за пливање. Титаниум е исто така легиран со злато за да се произведе легура која може да се продаде како 24 каратно злато, бидејќи 1% од Ti легура не е доволно да бара помала марка. Резултирачката легура е приближно цврстина на 14-каратно злато и е посилна од чистото 24-каратно злато.

Мерки на претпазливост

Титан е нетоксичен дури и при високи дози. Во форма на прав или во форма на метални струготини, тоа претставува сериозна опасност од пожар и, кога се загрева во воздух, постои ризик од експлозија.

Својства и примена на легури на титаниум

Подолу е даден преглед на најчестите титаниумски легури, кои се поделени на класи, нивните својства, предности и индустриски апликации.

Одделение 7

Класата 7 е механички и физички еквивалентна на чист титаниум од класа 2, освен за додавање на среден елемент на паладиум, што го прави легура. Има одлична заварувачка и еластичност, најмногу отпорност на корозија на сите легури од овој тип.

Класа 7 се користи во хемиски процеси и компоненти на опремата за производство.

Одделение 11

Класа 11 е многу слична со Класа 1, освен за додавање на паладиум за подобрување на отпорноста на корозија, што го прави легура.

Други корисни својства вклучуваат оптимална еластичност, сила, цврстина и одлична завароност. Оваа легура може да се користи особено во случаи кога корозијата предизвикува проблеми:

• хемиски третман;
• производство на хлорати;
• бигор;
• поморските апликации.

Ti 6Al-4V, класа 5

Најчесто се користи алуминиумот Ti 6Al-4V или титаниум од 5 степен. Тоа изнесува 50% од вкупната потрошувачка на титаниум низ целиот свет.

Леснотијата на користење лежи во нејзините многубројни предности. Ti 6Al-4V може да биде термички третиран за да ја подобри својата сила. Оваа легура има висока јачина при мала маса.

Ова е најдобрата легура за употреба во неколку индустрии, како што се воздушната, медицинската, морската и хемиската индустрија. Може да се користи при создавањето:

• авиони турбини;
• компоненти на моторот;
• структурни елементи на воздухопловот;
• воздушни сврзувачки елементи;
• автоматски делови со високи перформанси;
• спортска опрема.

Ti 6AL-4V ELI, класа 23

Класа 23 - хируршки титаниум. Легата Ti 6AL-4V ELI, или класа 23, е верзија на повисока чистота Ti 6Al-4V. Тоа може да се направи од ролни, нишки, жици или рамни жици. Ова е најдобриот избор за секоја ситуација во која е потребна комбинација од висока јачина, мала тежина, добра отпорност на корозија и висок вискозитет. Има одлична отпорност на оштетување.

Може да се користи во биомедицински апликации, како што се имплантабилни компоненти поради неговата биокомпатибилност, добра заморска сила. Исто така, може да се користи во хируршки процедури за производство на такви структури:

• ортопедски пинови и завртки;
• Стегачи за лигатура;
• хируршки стапчиња;
• извори;
• ортодонски апарати;
• криогенни садови;
• уреди за фиксирање на коски.

Одделение 12

Титаниум одделение 12 има одлична висококвалитетна завароност. Тоа е легура со висока цврстина која обезбедува добра јачина при високи температури. Титаниум одделение 12 има карактеристики слични на нерѓосувачки челик серија 300.

Неговата способност да се формира на различни начини ја прави корисна во многу апликации. Високата отпорност на корозија на оваа легура, исто така, ја прави непроценлива за опремата за производство. Класа 12 може да се користи во следниве индустрии:

• разменувачи на топлина;
• хидрометалургиски апликации;
• хемиско производство со зголемена температура;
• морски и воздушни компоненти.

Ti 5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2,5Sn е легура која може да обезбеди добра завароност со стабилност. Исто така има висока стабилност на температурата и висока јачина.

Ti 5Al-2.5Sn главно се користи во сферата на воздухопловството, како и во инсталации со ниски температури.