Характеризиране и приложение на титан и сплави на основата на него

Характеристики и свойства

Титанът е химически елемент със символ Ti и атомно число 22. Той е блестящ метал със сребрист цвят, ниска плътност и висока якост. Той е устойчив на корозия в морска вода и хлор.

Елементът се появява в редица минерални отлагания, главно рутил и илименит, които са широко разпространени в земната кора и литосферата.

Титан се използва за производството на силни леки сплави. Двете най-полезни свойства на метала са устойчивостта на корозия и съотношението на твърдост към плътност, най-високото от всеки метален елемент. В нелегирано състояние този метал е също толкова силен, колкото и някаква стомана, но по-малко плътна.

Физични свойства на метала

Това е силен метал с ниска плътност, по-скоро пластмаса (особено в среда без кислород), лъскава и металоидна бяла. Сравнително висока точка на топене над 1650 ° С (или 3000 ° F) го прави полезен като огнеупорен метал. Той е парамагнитен и има доста ниска електрическа и топлинна проводимост.

Според скалата на Mohs твърдостта на титана е 6. Според този индекс той е малко по-нисък от втвърдената стомана и волфрам.

Търговски чист (99,2%) от титан има максимална якост на опън от около 434 МРа, което съответства на конвенционален ниска степен стоманена сплав, но титан е много по-лесно.

Химични свойства на титана

Както алуминий и магнезий, титана и неговите сплави незабавно се окисляват, когато са изложени на въздух. Той реагира бавно с вода и въздух при околна температура, тъй като образува пасивно оксидно покритие, който предпазва метала от по-нататъшно окисляване.

Атмосферната пасивация дава титан отлична устойчивост на корозия почти еквивалентна на платина. Титанът е в състояние да издържи нападението на разредени сярна и солна киселина, хлоридни разтвори и повечето органични киселини.

Титанът е един от малкото елементи, които горят в чист азот, като реагират при 800 ° C (1470 ° F), за да образуват титанов нитрид. Благодарение на тяхната висока реактивност с кислород, азот и някои други газове титанови нишки се използват в титановите сублимационни помпи като амортизатори за тези газове. Такива помпи са евтини и надеждно произвеждат изключително ниско налягане в ултрависоки вакуумни системи.

Типични минерали, съдържащи титан, са анатазата, броят, илименитетът, перовскитът, рутилът и титанитът (сфена). От тези минерали, само рутил и илменитите са от икономическо значение, но дори са трудни за намиране във високи концентрации.

Титанът се намира в метеорити и е намерен на звездите тип "Слънце" и "М" с температура на повърхността 3200 ° C (5790 ° F).

Сега известните методи за извличане на титан от различни руди са отнема много време и са скъпи.

Производство и производство

В момента се разработват и използват около 50 типа титанови и титанови сплави. Досега са признати 31 класа титанов метал и сплави, чиито класове 1-4 са търговски чисти (нелегирани). Те се различават по якост на опън в зависимост от концентрацията на кислород, с клас 1 е най-податлив (най-ниска якост на опън с кислородно съдържание 0,18%), и клас 4 - слабо пластмаса (максималната якост на опън до съдържание на кислород от 0,40% ).

Останалите класове са сплави, всеки от които има специфични свойства:

• пластичност;
• сила;
• издръжливост;
• електрическо съпротивление;
• специфична устойчивост на корозия и комбинации от тях.

В допълнение към тези спецификации, титанови сплави също са направени, за да отговори на изискванията на космическите изследвания и отбрана технология (SAE-AMS, MIL-T), стандартите ISO и спецификации за конкретни страни, както и изискванията на крайните потребители за космическите изследвания, военни, медицински и промишлени приложения.

Търговски чист плосък продукт (лист, плоча) може лесно да се формира, но лечението трябва да вземе предвид факта, че металът има "памет" и тенденция да се върне обратно. Това важи особено за някои сплави с висока якост.

Титан често се използва за производство на сплави:

• с алуминий;
• с ванадий;
• с мед (за втвърдяване);
• с желязо;
• с манган;
• с молибден и други метали.

приложения

Титанови сплави под формата на листове, плочи, пръчки, проводници, отливки се използват в промишлените, космическите, развлекателните и развиващите се пазари. Прахообразният титан се използва в пиротехниката като източник на ярки горими частици.

От титанови сплави имат висока якост на опън до плътност, добра устойчивост на корозия, умора, висока устойчивост на напукване и способността да издържа на умерено висока температурна устойчивост, те се използват във въздухоплавателни средства, с резервации в морски превозни средства, космически кораби и ракети.

За тези приложения, титанов легирана с алуминий, цирконий, никел, ванадий, и други елементи за производството на различни компоненти, включително критични компоненти, противопожарни стени, шасито, изпускателната тръба (хеликоптери) и хидравлична система. В действителност, около две трети от произведения титанов метал се използва в двигатели и рамки на самолети.

От титанови сплави, устойчиви на корозия с морска вода, те се използват за производство на топлообменници витлото производствени и др ... Тези сплави се използват в корпусите и компоненти на устройства за наблюдение за мониторинг и океанологията и военни.

Специфичните сплави се използват в кладенци и нефтени кладенци и никелова хидрометалургия за тяхната висока якост. В целулозно-хартиената промишленост се използва титан в обработващото оборудване, изложено на корозивни среди, като натриев хипохлорит или влажен хлорен газ (в избелване). Други приложения включват ултразвуково заваряване, вълново спояване.

В допълнение, тези сплави се използват в автомобилите, особено в автомобилните и мотоциклетни състезания, където ниското тегло, висока якост и твърдост са изключително важни.

Titanium се използва в много спортни стоки, като например тенис ракети, стикове за голф, шахти на lakrossa- крикет, хокей, лакрос и футболни каски, както и рамки на велосипеди и компоненти.

Поради своята издръжливост, титанът стана по-популярен за дизайнерски бижута (по-специално титанови пръстени). Неговата инертност го прави добър избор за хората с алергии или тези, които ще носят бижута в среди като плувни басейни. Титанът също е легиран със злато, за да произведе сплав, която може да се продава като злато от 24 карата, защото 1% от сплавта Ti не е достатъчна, за да изисква по-малка оценка. Получената сплав е приблизително твърдост от 14-каратово злато и е по-силна от чистото 24-каратово злато.

обезпечителни мерки

Титана не е токсичен дори при високи дози. Във формата на прах или под формата на метални стърготини представлява сериозна опасност от пожар и при загряване във въздуха рискът от експлозия.

Свойства и приложения на титанови сплави

По-долу е преглед на най-често използваните титанови сплави, които са разделени на класове, свойства, предимства и индустриални приложения.

Степен 7

Клас 7 е механично и физически еквивалентен на чист титан от клас 2, с изключение на добавянето на междинен елемент от паладий, който го прави сплав. Има отлична заварка и еластичност, най-устойчива на корозия на всички сплави от този тип.

Клас 7 се използва в химическите процеси и компонентите на производственото оборудване.

Клас 11

Клас 11 е много подобен на Клас 1, с изключение на добавянето на паладий за подобряване на устойчивостта на корозия, което го прави сплав.

Други полезни свойства включват оптимална пластичност, якост, здравина и отлична заваряемост. Тази сплав може да се използва особено в случаите, когато корозията причинява проблеми:

• химическо третиране;
• производство на хлорати;
• обезсоляване;
• морски приложения.

Ti6Al-4V, клас 5

Най-често се използва сплав Ti 6Al-4V или титан на степен 5. Той представлява 50% от общото потребление на титан в целия свят.

Лекотата на използване е в многобройните й предимства. Ti6Al-4V може да бъде термично обработен, за да се подобри неговата якост. Тази сплав има висока якост при ниска маса.

Това е най-добрата сплав, който да използвате в няколко индустрии, като космическа, медицинска, морска и химическа преработвателна промишленост. Той може да се използва при създаване на:

• авиационни турбини;
• компоненти на двигателя;
• структурни елементи на въздухоплавателното средство;
• аерокосмически скрепителни елементи;
• високопроизводителни автоматични части;
• спортно оборудване.

Ti 6AL-4V ELI, клас 23

Клас 23 - хирургически титан. Сплавът Ti 6AL-4V ELI или клас 23 е версия с по-висока чистота Ti 6Al-4V. Тя може да бъде направена от ролки, нишки, проводници или плоски проводници. Това е най-добрият избор за всяка ситуация, при която е необходима комбинация от висока якост, ниско тегло, добра корозионна устойчивост и висок вискозитет. Има отлична устойчивост на повреди.

Той може да се използва в биомедицински приложения, като например имплантируеми компоненти поради биосъвместимост, добра сила на умора. Той може да се използва и при хирургични процедури за производството на такива структури:

• ортопедични щифтове и винтове;
• скоби за лигатура;
• хирургически скоби;
• извори;
• ортодонтски уреди;
• криогенни съдове;
• устройства за закрепване на кости.

Клас 12

Титанов клас 12 има отлична висококачествена заваряемост. Това е сплав с висока якост, която осигурява добра якост при високи температури. Титанов клас 12 има характеристики, подобни на серията 300 от неръждаема стомана.

Способността му да се формира по различни начини го прави полезен в много приложения. Високата устойчивост на корозия на тази сплав я прави и безценна за производственото оборудване. Клас 12 може да се използва в следните отрасли:

• топлообменници;
• хидрометалургични приложения;
• химическо производство с повишена температура;
• морски и въздушни компоненти.

Ti5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2,5Sn е сплав, която може да осигури добра заварка със стабилност. Също така има висока температурна стабилност и висока якост.

Ti 5Al-2.5Sn се използва главно в авиационната сфера, както и в криогенните инсталации.