Karakterizacija in uporaba titana in zlitin na osnovi tega

Značilnosti in lastnosti

Titan je kemični element s simbolom Ti in atomsko številko 22. Je sijoča ​​kovina s srebrno barvo, nizka gostota in visoka trdnost. Je odporen proti koroziji v morski vodi in kloru.

Element se pojavi v številnih mineralnih naseljih, predvsem rutilu in ilmenitu, ki so široko razporejeni v zemeljski skorji in litosferi.

Titan se uporablja za proizvodnjo močnih lahkih zlitin. Dva najkoristnejša lastnost kovin sta odpornost proti koroziji in razmerje med trdoto in gostoto, najvišji od vseh kovinskih elementov. V nelegiranem stanju je ta kovina prav tako močna kot nekaj jekla, vendar manj gosta.

Fizične lastnosti kovin

To je močna kovina z nizko gostoto, precej plastično (zlasti v okolju, ki ne vsebuje kisika), sijoča ​​in metaloidno bela. Sorazmerno visoka točka tališča več kot 1650 ° C (ali 3000 ° F) je uporabna kot ognjevzdržna kovina. Je paramagneten in ima precej nizko električno in toplotno prevodnost.

Glede na lestvico Mohsa je trdota titana 6. Po tem indeksu je nekoliko slabše od utrjenega jekla in volframa.

Komercialno čist (99,2%) titana ima natezno trdnostjo okoli 434 MPa, kar ustreza običajnim nizko legiranega jekla zlitine, vendar titan veliko lažje.

Kemijske lastnosti titana

Kot aluminij in magnezij se titan in njegove zlitine takoj obdajajo z zrakom. Reagira počasi z vodo in zrakom pri sobni temperaturi, saj tvori pasivni oksidni premaz, ki ščiti večjo kovino zaradi nadaljnje oksidacije.

Atmosferska pasivacija daje titanu odlično odpornost proti koroziji skoraj enakovredna platini. Titan lahko vzdrži napad razredčenih žveplovih in klorovodikove kisline, kloridnih raztopin in večine organskih kislin.

Titan je eden redkih elementov, ki gori v čistem dušiku, reagirajo pri 800 ° C (1470 ° F), da se tvori titanov nitrid. Zaradi svoje visoke reaktivnosti s kisikom, dušikom in nekaterih drugih plinov titanovih filamentov, ki se uporabljajo v titan sublimacija črpalke kot lovilca za te pline. Takšne črpalke so poceni in zanesljivo proizvajajo izredno nizek tlak v ultrahitem vakuumskem sistemu.

Tipični titaniferous minerali so anatas, brukit, ilmenita, perovskit, sfen in rutila (sfen). Od teh mineralov je samo rutil in ilmenita sta ekonomskega pomena, vendar jih je težko najti tudi v visokih koncentracijah.

Titan najdemo v meteoritih in najdemo na zvezdah Sun in M ​​s površinsko temperaturo 3200 ° C (5790 ° F).

Trenutno znane metode pridobivanja titana iz različnih rud so dolgotrajne in drage.

Proizvodnja in proizvodnja

V trenutno razvija in uporablja okoli 50 vrst titana in titanovih zlitin. Danes 31 priznan razred titanovega kovine in zlitine, od katerih so razredi 1-4 komercialno čistega (undoped). Razlikujejo natezne trdnosti v odvisnosti od koncentracije kisika, pri razreda 1 je najbolj duktilno (najnižja natezna trdnost z vsebnostjo kisika, 0,18%), in razred 4 - najmanj iz plastike (največja natezna trdnost koncentraciji kisika, 0,40% ).

Preostali razredi so zlitine, od katerih ima vsaka specifične lastnosti:

• plastičnost;
• moč;
• trdota;
• električna odpornost;
• specifična odpornost proti koroziji in njihove kombinacije.

Poleg teh specifikacij, so titanove zlitine, ki prav tako izpolnjujejo zahteve za vesoljsko in obrambno tehnologijo (SAE-AMS, MIL-T), ISO standardov in specifikacij za posamezne države, kot tudi zahteve za končnega uporabnika za vesoljsko, vojaško, medicinske in industrijske namene.

Komercialno čisti ploski izdelek (plošča, plošča) je lahko enostavno oblikovan, vendar pa je treba pri obdelavi upoštevati dejstvo, da ima kovina "pomnilnik" in težnjo, da se vrne nazaj. To velja zlasti za nekatere zlitine z visoko trdnostjo.

Titan se pogosto uporablja za izdelavo zlitin:

• z aluminijem;
• z vanadijem;
• z bakrom (za strjevanje);
• z železom;
• z manganom;
• z molibdenom in drugimi kovinami.

Aplikacije

Titanove zlitine v obliki pločevine, plošče, palice, žice, so ulitki se uporabljajo v industriji, vesoljski, rekreacijski in razvijajočih se trgih. V pirotehniko se uporablja prašni titan kot vir svetlih gorljivih delcev.

Ker imajo titanove zlitine z visoko natezno trdnostjo in gostoto, dobro odpornost proti koroziji, utrujenost, visoka odpornost na upogibanje in odpornost na zmerno visoko temperaturno obstojnost, se uporabljajo v letalstvu, s pridržkom, v morskih vozila, vesoljska vozila in projektile.

Za te aplikacije, titanov legiranega aluminija, cirkonija, niklja, vanadija in drugih elementov za izdelavo različnih komponent, vključno kritičnih komponent, požarnih zidov, šasijo, izpušne cevi (helikopterji) in hidravlični sistem. Dejstvo je, približno dve tretjini proizvedenega titanovega kovine se uporabljajo v letalskih motorjev in okvirjev.

Ker titanovih zlitin, odpornih na morsko vodo korozijo, ki se uporabljajo za proizvodnjo toplotnih izmenjevalnikov propeler gredi izdelave, itd ... Te zlitine se uporabljajo v ohišjih in sestavnih delov naprave za opazovanje za spremljanje in oceanov znanosti in vojski.

Posebne zlitine se uporabljajo v vodnjakih in naftnih vodnjakih in hidrometalurgiji niklja za njihovo visoko trdnost. Industrija celuloze in papirja uporablja titana v procesni opremi izpostavljeni korozivnih medijih, kot so natrijev hipoklorit ali plina mokro klora (beljenje). Druge aplikacije vključujejo ultrazvočno varjenje, spajkanje valov.

Poleg tega se te zlitine uporabljajo v avtomobilih, zlasti pri avtomobilskih in motornih dirkah, kjer so izredno pomembne majhne teže, visoka trdnost in togost.

Titanium se uporablja v številnih športnih izdelkov, kot so teniški loparji, palice za golf, gredi lakrossa- kriket, hokej, lacrosse, in nogomet čelade, kot tudi okvire koles in komponent.

Zaradi svoje trpežnosti je titan postal bolj priljubljen za oblikovalske nakit (zlasti titanove obroče). Zaradi svoje inertnosti je dobra izbira za ljudi z alergijami ali tiste, ki bodo nosili nakit v okoljih, kot so plavalni bazeni. Titan je prav tako zlit z zlatom, da proizvede zlitino, ki jo je mogoče prodati kot 24-karatno zlato, ker 1% zlitine Ti ni dovolj, da zahteva manjšo oznako. Nastala zlitina je približno trdota 14-karatnega zlata in je močnejša od čistega 24-karatnega zlata.

Previdnostni ukrepi

Titan ni strupen tudi pri velikih odmerkih. V obliki prahu ali v obliki kovinskih ostružkov predstavlja resno nevarnost požara in, če je ogrevana v zraku, obstaja nevarnost eksplozije.

Lastnosti in aplikacije titanovih zlitin

Spodaj je pregled najpogostejših titanovih zlitin, ki so razdeljeni na razrede, njihove lastnosti, prednosti in industrijske aplikacije.

7. stopnja

Razred 7 je mehansko in fizično enakovreden čistemu titanu razreda 2, razen dodajanja vmesnega elementa paladija, zaradi česar je zlitina. Ima odlično varivost in elastičnost, najbolj odporna proti koroziji vseh tovrstnih zlitin.

Razred 7 se uporablja v kemijskih procesih in sestavnih delih proizvodne opreme.

Razred 11

Razred 11 je zelo podoben razredu 1, razen dodajanja paladija za izboljšanje korozijske obstojnosti, zaradi česar je zlitina.

Druge uporabne lastnosti vključujejo optimalno duktilnost, trdnost, žilavost in odlično varivost. Ta zlitina se lahko uporablja zlasti v primerih, ko korozija povzroča težave:

• kemična obdelava;
• proizvodnja kloratov;
• razsoljevanje;
• morske aplikacije.

Ti 6Al-4V, razred 5

Najpogosteje se uporablja zlitina Ti 6Al-4V ali titanov razred 5. Prispeva 50% celotne porabe titana po vsem svetu.

Enostavnost uporabe leži v številnih prednosti. Ti 6Al-4V je mogoče toplotno obdelati, da izboljša svojo moč. Ta zlitina ima visoko trdnost pri nizki masi.

To je najboljša zlitina za uporabo v več panogah, kot so vesoljska, medicinska, pomorska in kemična predelovalna industrija. Uporabite ga lahko pri ustvarjanju:

• turbine za zrakoplove;
• sestavne dele motorja;
• strukturni elementi zrakoplova;
• letalske priprave;
• visoko zmogljivi avtomatski deli;
• športna oprema.

Ti 6AL-4V ELI, razred 23

Razred 23 - kirurški titan. Zlitina Ti 6AL-4V ELI ali razred 23 je izvedba višje čistosti Ti 6Al-4V. Lahko je narejen iz zvitkov, niti, žic ali ravnih žic. To je najboljša izbira za vse primere, kjer je potrebna kombinacija visoke trdnosti, nizke teže, dobre korozijske obstojnosti in visoke viskoznosti. Ima odlično odpornost proti poškodbam.

Uporablja se lahko v biomedicinskih aplikacijah, kot so vsadljivi sestavni deli zaradi svoje biokompatibilnosti, dobre utrujenosti. Uporablja se lahko tudi v kirurških postopkih za izdelavo takšnih konstrukcij:

• ortopedski zatiči in vijaki;
• sponke za ligature;
• kirurške sponke;
• izviri;
• ortodontske naprave;
• kriogene posode;
• naprave za določanje kosti.

12. razred

Titan razred 12 ima odlično kakovostno varivost. Je zlitina z visoko trdnostjo, ki zagotavlja visoko trdnost pri visokih temperaturah. Titan razred 12 ima značilnosti, podobne seriji 300 iz nerjavečega jekla.

Njegova sposobnost oblikovanja na različne načine je uporabna v številnih aplikacijah. Visoka odpornost proti koroziji te zlitine je zaradi tega tudi neprecenljiva za proizvodno opremo. Razred 12 se lahko uporablja v naslednjih panogah:

• toplotni izmenjevalci;
• hidrometalurške aplikacije;
• kemična proizvodnja s povišano temperaturo;
• morske in zračne komponente.

Ti 5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2,5Sn je zlitina, ki lahko s stabilnostjo zagotavlja dobro varivost. Ima tudi visoko temperaturno stabilnost in visoko trdnost.

Ti 5Al-2.5Sn se večinoma uporablja v letalski sferi, pa tudi v kriogenih napravah.