Pogledajte što je "Titan" u drugim rječnicima. Opće karakteristike. Povijest otkrića

– element 4 skupine 4 razdoblja. Prijelazni metal, pokazuje i bazična i kisela svojstva, prilično je rasprostranjen u prirodi - 10. mjesto. Za nacionalno gospodarstvo najzanimljivija je kombinacija visoke tvrdoće metala i lakoće, što ga čini nezamjenjivim elementom za konstrukciju zrakoplova. Ovaj članak će vam reći o oznakama, legiranju i drugim svojstvima metalnog titana, dati opći opis i zanimljive činjenice o njemu.

Izgledom metal najviše sliči čeliku, ali su mu mehanička svojstva bolja. U isto vrijeme, titan je lagan - molekularna masa 22. Fizička svojstva elementa dosta su dobro proučena, ali jako ovise o čistoći metala, što dovodi do značajnih odstupanja.

Osim toga, važna su njegova specifična kemijska svojstva. Titan je otporan na lužine i dušičnu kiselinu, a ujedno burno reagira sa suhim halogenima, a na višim temperaturama s kisikom i dušikom. Još gore, počinje apsorbirati vodik na sobnoj temperaturi ako postoji aktivna površina. A u talini apsorbira kisik i vodik tako intenzivno da se taljenje mora provoditi u vakuumu.

Druga važna značajka koja određuje fizičke karakteristike je postojanje 2 faze stanja.

• Niska temperatura– α-Ti ima heksagonalnu zbijenu rešetku, gustoća tvari je 4,55 g/kub. cm (pri 20 C).
• Visoka temperatura– β-Ti karakterizira kubična rešetka s tjelesnim središtem, a fazna gustoća je sukladno tome niža – 4,32 g/kub. vidjeti (na 900C).

Temperatura faznog prijelaza je 883 C.

U normalnim uvjetima, metal je prekriven zaštitnim oksidnim filmom. U nedostatku titan predstavlja veliku opasnost. Dakle, prašina titana može eksplodirati, temperatura takve eksplozije je 400C. Strugotine od titana su materijal opasan od požara i pohranjuju se u posebnom okruženju.

Video u nastavku objašnjava strukturu i svojstva titana:

Svojstva i karakteristike titana

Titan je danas najjači među svim postojećim tehničkim materijalima, stoga se, unatoč poteškoćama u dobivanju i visokim sigurnosnim zahtjevima za njega, koristi prilično široko. Fizičke karakteristike elementa prilično su neobične, ali jako ovise o čistoći. Dakle, čisti titan i legure aktivno se koriste u raketnoj i zrakoplovnoj konstrukciji, ali tehnički titan nije prikladan jer zbog nečistoća gubi čvrstoću na visokim temperaturama.

Gustoća metala

Gustoća tvari varira ovisno o temperaturi i fazi.

• Na temperaturama od 0 do tališta smanjuje se od 4,51 do 4,26 g/kubnom metru. cm, a tijekom faznog prijelaza raste za 0,15%, a zatim opet opada.
• Gustoća tekućeg metala je 4,12 g/kub. cm, a zatim opada s porastom temperature.

Tališta i vrelišta

Fazni prijelaz dijeli sva svojstva metala na kvalitete koje mogu pokazivati ​​α- i β-faze. Tako se gustoća do 883 C odnosi na kvalitete α-faze, a talište i vrelište na parametre β-faze.

• Talište titana (u stupnjevima) je 1668+/-5 C;
• Vrelište doseže 3227 C.

O izgaranju titana govori se u ovom videu:

Mehaničke značajke

Titan približno 2 puta jači od željeza i 6 puta - aluminij, što ga čini tako vrijednim konstrukcijskim materijalom. Indikatori se odnose na svojstva α-faze.

• Vlačna čvrstoća tvari je 300–450 MPa. Indikator se može povećati na 2000 MPa dodavanjem nekih elemenata, kao i pribjegavanjem posebnoj obradi - otvrdnjavanju i starenju.

Zanimljivo je da titan zadržava svoju visoku specifičnu čvrstoću čak i kod najviše niske temperature. Štoviše, kako se temperatura smanjuje, čvrstoća savijanja se povećava: na +20 C indikator je 700 MPa, a na -196 - 1100 MPa.

• Elastičnost metala je relativno niska, što je značajan nedostatak tvari. Modul elastičnosti u normalnim uvjetima je 110,25 GPa. Osim toga, titan karakterizira anizotropija: elastičnost u različitim smjerovima doseže različite vrijednosti.
• Tvrdoća tvari na HB ljestvici je 103. Štoviše, ovaj pokazatelj je prosječan. Ovisno o čistoći metala i prirodi nečistoća, tvrdoća može biti veća.
• Nazivna granica razvlačenja je 250–380 MPa. Što je ovaj pokazatelj veći, to bolji proizvod izrađeni od tvari podnose opterećenja i otporniji su na trošenje. Indeks titana premašuje aluminij 18 puta.

U usporedbi s drugim metalima koji imaju istu rešetku, metal ima vrlo pristojnu duktilnost i savitljivost.

Toplinski kapacitet

Metal ima nisku toplinsku vodljivost, stoga se u relevantnim područjima - na primjer, ne koristi proizvodnja termoelektroda.

• Njegova toplinska vodljivost je 16,76 l, W/(m × deg). To je 4 puta manje od željeza i 12 puta manje od željeza.
• Ali koeficijent toplinske ekspanzije titana je zanemariv pri normalna temperatura a raste s porastom temperature.
• Toplinski kapacitet metala je 0,523 kJ/(kg K).

Električne karakteristike

Kao što se najčešće događa, niska toplinska vodljivost također osigurava nisku električnu vodljivost.

• Električni otpor metala je vrlo visok - 42,1·10 -6 ohm·cm u normalnim uvjetima. Ako pretpostavimo da je vodljivost srebra 100%, tada će vodljivost titana biti 3,8%.
• Titan je paramagnet, odnosno ne može se magnetizirati u polju, kao željezo, ali se ne može izgurati iz polja, jer neće. Ovo svojstvo opada linearno s padom temperature, ali nakon prolaska minimuma lagano raste. Specifična magnetska osjetljivost je 3,2 10 -6 G -1. Vrijedno je napomenuti da osjetljivost, poput elastičnosti, tvori anizotropiju i varira ovisno o smjeru.

Na temperaturi od 3,8 K titan postaje supravodič.

Otpornost na koroziju

U normalnim uvjetima, titan ima vrlo visoka svojstva protiv korozije. Na zraku je prekriven slojem titanijevog oksida debljine 5-15 mikrona, što osigurava izvrsnu kemijsku inertnost. Metal ne korodira na zraku, morskom zraku, morska voda, mokri klor, klorna voda i brojna druga tehnološka rješenja i reagensi, što ovaj materijal čini nezamjenjivim u kemijskoj, papirnoj i naftnoj industriji.

Kada temperatura poraste ili se metal jako zdrobi, slika se dramatično mijenja. Metal reagira s gotovo svim plinovima koji čine atmosferu, a u tekućem stanju ih i apsorbira.

Sigurnost

Titan je jedan od biološki najinertnijih metala. U medicini se koristi za izradu protetike, jer je otporan na koroziju, lagan i izdržljiv.

Titanijev dioksid nije toliko siguran, iako se mnogo češće koristi – primjerice u kozmetičkoj i prehrambenoj industriji. Prema nekim podacima - UCLA, istraživanja profesora patologije Roberta Schiestlea, nanočestice titanijevog dioksida utječu na genetski aparat i mogu pridonijeti razvoju raka. Štoviše, tvar ne prodire u kožu, pa korištenje sredstava za zaštitu od sunca koje sadrže dioksid ne predstavlja opasnost, ali tvar koja uđe u tijelo - s prehrambenim bojama, biološkim dodacima - može biti opasna.

Titan je jedinstveno jak, tvrd i lagan metal s vrlo zanimljivim kemijskim i fizička svojstva. Ova kombinacija je toliko vrijedna da čak ni poteškoće s taljenjem i pročišćavanjem titana ne zaustavljaju proizvođače.

Ovaj video će vam reći kako razlikovati titan od čelika:

1metal.com Platforma za metalurško trgovanje 1metal.com Kratke informacije o Titanu i njegovim legurama ukrajinskih tvrtki na platformi za trgovanje metalima 1metal.com 4,6 zvjezdica na temelju 95

Titanij rašireno u Zemljina kora, gdje ga ima oko 6%, a po zastupljenosti je na četvrtom mjestu iza aluminija, željeza i magnezija. Međutim, industrijska metoda za njegovu ekstrakciju razvijena je tek 40-ih godina dvadesetog stoljeća. Zahvaljujući napretku u području zrakoplovne i raketne proizvodnje, proizvodnja titana i njegovih legura intenzivno se razvijala. To se objašnjava kombinacijom takvih vrijedna svojstva titan kao mala gustoća, visoka specifična čvrstoća (s u /r × g), otpornost na koroziju, mogućnost obrade tijekom obrade pod pritiskom i zavarljivost, otpornost na hladnoću, nemagnetičnost i niz drugih vrijednih fizičkih i mehaničkih karakteristika navedenih u nastavku.

Karakteristike fizikalnih i mehaničkih svojstava titana (VT1-00)

Titan ima dvije polimorfne modifikacije: a-titan s heksagonalnom zbijenom rešetkom s točkama A= 0,296 nm, S= 0,472 nm i visokotemperaturna modifikacija b-titana s kubičnom tjelesno centriranom rešetkom s periodom A= 0,332 nm na 900 °C. Temperatura polimorfne a « b -transformacije je 882 °C.

Mehanička svojstva titana značajno ovise o sadržaju nečistoća u metalu. Postoje intersticijske nečistoće - kisik, dušik, ugljik, vodik i supstitucijske nečistoće u koje spadaju željezo i silicij. Iako nečistoće povećavaju čvrstoću, one istovremeno naglo smanjuju duktilnost, a međuprostorne nečistoće, osobito plinovi, imaju najjači negativni učinak. Uvođenjem samo 0,003% H, 0,02% N ili 0,7% O, titan potpuno gubi sposobnost plastične deformacije i krhko se lomi.

Posebno je štetan vodik, uzrokujući vodikova krtost legure titana. Vodik ulazi u metal tijekom taljenja i naknadne obrade, posebno tijekom dekapiranje poluproizvoda. Vodik je slabo topljiv u a-titanu i tvori pločaste čestice hidrida, koje smanjuju udarnu čvrstoću i posebno su negativne u testovima s odgođenim lomom.

Industrijska metoda proizvodnje titana sastoji se od obogaćivanja i kloriranja titanijeve rude, nakon čega slijedi njezina redukcija iz titanovog tetraklorida metalnim magnezijem (magnezijsko-termalna metoda). Dobiven ovom metodom spužva od titana(GOST 17746–79), ovisno o kemijskom sastavu i mehaničkim svojstvima, proizvode se sljedeće vrste:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-T V (vidi tablicu 17.1). Brojevi znače tvrdoću po Brinellu HB, T B - tvrdo.

Za dobivanje monolitnog titana spužva se melje u prah, preša i sinterira ili topi u elektrolučnim pećima u vakuumu ili atmosferi inertnih plinova.

Mehanička svojstva titana karakterizira dobra kombinacija čvrstoće i duktilnosti. Na primjer, tehnički čisti titan stupnja VT1-0 ima: s in = 375–540 MPa, s 0,2 = 295–410 MPa, d ³ 20%, a prema tim karakteristikama nije inferioran nizu ugljičnih i Cr-Ni čelika otpornih na koroziju.

Visoka duktilnost titana u usporedbi s drugim metalima s hcp rešetkom (Zn, Mg, Cd) objašnjava se veliki iznos klizni i twinning sustavi zbog niskog omjera S/A= 1,587. Očigledno je to povezano s visokom otpornošću na hladnoću titana i njegovih legura (za više detalja, vidi poglavlje 13).

Kada temperatura poraste na 250 ° C, čvrstoća titana smanjuje se gotovo 2 puta. Međutim, Ti legure otporne na toplinu nemaju jednake u pogledu specifične čvrstoće u temperaturnom rasponu od 300–600 ° C; na temperaturama iznad 600 ° C, legure titana su inferiorne od legura na bazi željeza i nikla.

Titan ima nizak normalni modul elastičnosti ( E= 110,25 GPa) - gotovo 2 puta manje od željeza i nikla, što otežava proizvodnju krutih struktura.

Titan je jedan od kemijski aktivnih metala, ali ima visoku otpornost na koroziju, jer se na njegovoj površini formira stabilan pasivni film TiO 2 koji je čvrsto vezan za osnovni metal i isključuje njegov izravan kontakt s korozivnom okolinom. Debljina ovog filma obično doseže 5-6 nm.

Zahvaljujući oksidnom filmu, titan i njegove legure ne korodiraju u atmosferi, slatkoj i morskoj vodi, te su otporni na kavitacijsku koroziju i naponsku koroziju, kao i na kiseline organskog podrijetla.

Proizvodnja proizvoda od titana i njegovih legura ima niz tehnoloških značajki. Zbog visoke kemijske aktivnosti rastaljenog titana, njegovo taljenje, lijevanje i elektrolučno zavarivanje izvode se u vakuumu ili u atmosferi inertnih plinova.

Tijekom procesa i radnog zagrijavanja, posebno iznad 550–600 °C, potrebno je poduzeti mjere za zaštitu titana od oksidacije i zasićenja plinom (alfa sloj) (vidi Poglavlje 3).

Titan se može dobro prešati kada je vruć i zadovoljavajuće kada je hladan. Lako se valja, kuje i štanca. Titan i njegove legure dobro se zavaruju otpornim i argonskim zavarivanjem, čime se postiže visoka čvrstoća i duktilnost zavarenog spoja. Nedostatak titana je njegova loša obradivost zbog sklonosti lijepljenju, niske toplinske vodljivosti i loših svojstava protiv trenja.

Glavna svrha legiranja titanovih legura je povećanje čvrstoće, otpornosti na toplinu i otpornosti na koroziju. Široko se koriste legure titana s aluminijem, kromom, molibdenom, vanadijem, manganom, kositrom i drugim elementima. Legirni elementi imaju veliki utjecaj na polimorfne transformacije titana.

Tablica 17.1

Ocjene, kemijski sastav (%) i tvrdoća titanske spužve (GOST 17746–79)

Tablica 17.2

Klase i kemijski sastav (%) kovanih legura titana (GOST 19807–91)

Bilješka. Zbroj ostalih nečistoća u svim legurama je 0,30%, u leguri VT1-00 - 0,10%.

Na formiranje strukture i, posljedično, svojstava titanovih legura presudno utječu fazne transformacije povezane s polimorfizmom titana. Na sl. Na slici 17.1 prikazani su dijagrami stanja "titan-legirajući element", koji odražavaju podjelu legirajućih elemenata u četiri skupine prema prirodi njihovog utjecaja na polimorfne transformacije titana.

a - Stabilizatori(Al, O, N), koji povećavaju temperaturu polimorfne transformacije a « b i proširuju područje čvrstih otopina na bazi a-titana (sl. 17.1, A). Uzimajući u obzir krhke učinke dušika i kisika, praktični značaj Samo aluminij ima sposobnost legiranja titana. On je glavni legirajući element u svim industrijskim legurama titana, smanjuje njihovu gustoću i osjetljivost na vodikovu krtost, a također povećava čvrstoću i modul elastičnosti. Legure sa stabilnom a-strukturom ne ojačavaju se toplinskom obradom.

Izomorfni b-stabilizatori (Mo, V, Ni, Ta itd.), koji snižavaju temperaturu «b-transformacije i proširuju područje čvrstih otopina na bazi b-titana (sl. 17.1, b).

B-stabilizatori koji stvaraju eutektoid (Cr, Mn, Cu, itd.) mogu s titanom tvoriti intermetalne spojeve tipa TiX. U ovom slučaju, nakon hlađenja, b faza prolazi kroz eutektoidnu transformaciju b ® a + TiX (Sl. 17.1, V). Većina
b-stabilizatori povećavaju čvrstoću, otpornost na toplinu i toplinsku stabilnost titanovih legura, donekle smanjujući njihovu duktilnost (slika 17.2.). Osim toga, legure sa (a + b) i pseudo-b strukturama mogu se ojačati toplinskom obradom (kaljenje + starenje).

Neutralni elementi (Zr, Sn) nemaju značajan utjecaj na temperaturu polimorfne transformacije i ne mijenjaju fazni sastav titanovih legura (slika 17.1, G).

Polimorfna b ® a transformacija može se dogoditi na dva načina. Uz sporo hlađenje i veliku pokretljivost atoma, odvija se prema uobičajenom difuzijskom mehanizmu uz stvaranje poliedarske strukture čvrste a-otopine. Tijekom brzog hlađenja - prema martenzitnom mehanizmu bez difuzije uz stvaranje igličaste martenzitne strukture, označene s ¢ ili s višim stupnjem legiranja - s ¢ ¢. Kristalna struktura a , a ¢ , a ¢ ¢ gotovo je istog tipa (hcp), međutim, rešetka a ¢ i a ¢ ¢ je više izobličena, a stupanj izobličenja raste s povećanjem koncentracije legirajućih elemenata. Postoje dokazi [1] da je rešetka a ¢ ¢ faze više ortorombska nego heksagonalna. Tijekom starenja, b-faza ili intermetalna faza oslobađa se iz a ¢ i a ¢ ¢ faza.

Riža. 17.1. Dijagrami stanja sustava Ti-legirajućih elemenata (sheme):
A) “Ti-a-stabilizatori”;
b) “Ti-izomorfni b-stabilizatori”;
V) “Ti-eutektoidni b-stabilizatori”;
G) "Ti-neutralni elementi"

Riža. 17.2. Utjecaj legirajućih elemenata na mehanička svojstva titana

Za razliku od martenzita ugljičnih čelika, koji je intersticijska otopina i karakterizira ga visoka čvrstoća i krtost, titanov martenzit je supstitucijska otopina, a otvrdnjavanje titanovih legura na martenzit a ¢ dovodi do blagog ojačanja i nije popraćeno oštrim smanjenjem duktilnost.

Fazne transformacije koje se javljaju tijekom sporog i brzog hlađenja legura titana s različitim sadržajem b-stabilizatora, kao i rezultirajuće strukture odražavaju se u generaliziranom dijagramu (slika 17.3). Vrijedi za izomorfne b-stabilizatore (sl. 17.1, b) i, uz neke aproksimacije, za b-stabilizatore koji stvaraju eutektoide (Sl. 17.1, V), budući da se eutektoidna razgradnja u ovim legurama odvija vrlo sporo i može se zanemariti.

Riža. 17.3. Shema promjena faznog sastava legura “Ti-b-stabilizator” ovisno o brzini
hlađenje i otvrdnjavanje iz b-područja

Polaganim hlađenjem u legurama titana, ovisno o koncentraciji b-stabilizatora, mogu se dobiti sljedeće strukture: a, a + b odnosno b.

Kod otvrdnjavanja kao rezultat martenzitne transformacije u temperaturnom području M n – M k (prikazano točkastom linijom na sl. 17.3) treba razlikovati četiri skupine legura.

U prvu skupinu spadaju legure s koncentracijom b-stabilizirajućih elemenata do C1, tj. legure koje očvršćene iz b-područja imaju isključivo ¢ (a ¢ ¢)-strukturu. Nakon kaljenja ovih legura od temperatura u području (a + b) u rasponu od polimorfne transformacije do T 1, njihova struktura je mješavina faza a ¢ (a ¢ ¢), a i b, a nakon gašenja od temperatura ispod T kr imaju (a + b)-strukturu.

Drugu skupinu čine legure s koncentracijom legirajućih elemenata od C 1 do C cr, kod kojih se pri gašenju iz b područja martenzitna transformacija ne odvija u potpunosti i imaju strukturu a ¢ (a ¢ ¢) i b . Legure ove skupine nakon kaljenja od temperatura od polimorfne transformacije do T kr imaju strukturu a ¢ (a ¢ ¢), a i b, te s temperaturama ispod T kr - struktura (a + b).

Stvrdnjavanje legura treće skupine s koncentracijom b-stabilizirajućih elemenata od C cr do C 2 od temperatura u b-području ili od temperatura od polimorfne transformacije do T 2 prati transformacija dijela b faze u w fazu, a legure ove vrste nakon kaljenja imaju (b + w) strukturu. Legure treće skupine nakon kaljenja na temperaturama ispod T 2 imaju strukturu (b + a).

Legure četvrte skupine nakon kaljenja od temperatura iznad polimorfne pretvorbe imaju isključivo b-strukturu, a od temperatura ispod polimorfne pretvorbe - (b + a).

Treba napomenuti da se transformacija b ® b + w može dogoditi i tijekom kaljenja legura s koncentracijom (C cr –C 2) i tijekom starenja legura s koncentracijom većom od C 2 koje imaju metastabilnu b fazu. . U svakom slučaju, prisutnost w faze je nepoželjna, jer jako krti legure titana. Preporučeni režimi toplinske obrade isključuju njegovu prisutnost u industrijskim legurama ili pojavu u radnim uvjetima.

Za titanove legure koriste se sljedeće vrste toplinske obrade: žarenje, kaljenje i starenje, kao i kemijsko-toplinska obrada (nitriranje, silikonizacija, oksidacija itd.).

Žarenje se provodi za sve legure titana radi dovršetka formiranja strukture, izravnavanja strukturne i koncentracijske heterogenosti, te mehaničkih svojstava. Temperatura žarenja trebala bi biti viša od temperature rekristalizacije, ali niža od temperature prijelaza u b-stanje ( T pp) kako bi se izbjegao rast zrna. primijeniti normalno žarenje, dvostruko ili izotermno(za stabilizaciju strukture i svojstava), nepotpun(za ublažavanje unutarnjeg stresa).

Kaljenje i starenje (toplinska obrada kaljenja) primjenjivo je na legure titana s (a + b) strukturom. Načelo pojačane toplinske obrade je dobivanje metastabilnih faza b, a¢, a¢¢ tijekom otvrdnjavanja i njihova naknadna razgradnja uz oslobađanje dispergiranih čestica a- i b-faza tijekom umjetnog starenja. U tom slučaju učinak ojačanja ovisi o vrsti, količini i sastavu metastabilnih faza, kao i disperznosti čestica a- i b-faze nastalih nakon starenja.

Kemijsko-toplinska obrada provodi se radi povećanja tvrdoće i otpornosti na habanje, otpornosti na "stvrdnjavanje" pri radu pod trenjem, čvrstoće na zamor, kao i poboljšanja otpornosti na koroziju, otpornosti na toplinu i otpornosti na toplinu. Nitriranje, silikoniziranje i neke vrste difuzijske metalizacije imaju praktičnu primjenu.

Legure titana, u usporedbi s tehničkim titanom, imaju veću čvrstoću, uključujući i na visokim temperaturama, dok zadržavaju prilično visoku duktilnost i otpornost na koroziju.

Marke i kemijski sastav domaćih
legure (GOST 19807–91) prikazane su u tablici. 17.2.

Prema tehnologiji izrade, legure titana dijele se na kovani i lijevani; prema razini mehaničkih svojstava – za legure niske čvrstoće i povećane duktilnosti, prosjek snaga, visoka čvrstoća; prema uvjetima korištenja – na otporan na hladnoću, otporan na toplinu, otporan na koroziju . Prema sposobnosti učvršćivanja toplinskom obradom dijele se na očvrsljiv I neojačavajući, prema strukturi u žarenom stanju - na a -, pseudo-a -, (a + b)-, pseudo-b - i b - legure (tablica 17.3).

Pojedine skupine legura titana razlikuju se po vrijednosti uvjetnog koeficijenta stabilizacije Kb, koji pokazuje omjer sadržaja b-stabilizirajućeg legirajućeg elementa i njegovog sadržaja u leguri kritičnog sastava S kr. Kada legura sadrži nekoliko b-stabilizirajućih elemenata, oni Kb je sažeto.

< 700 MPa, i to: a -legure razreda VT1-00, VT1-0 (tehnički titan) i legure OT4-0, OT4-1 (sustav Ti-Al-Mn), AT3 (sustav Ti-Al s malim dodacima Cr , Fe, Si, B), koji se odnosi na pseudo-a-legure s malom količinom b-faze. Karakteristike čvrstoće ovih legura veće su od onih čistog titana zbog nečistoća u legurama VT1-00 i VT1-0 i manjeg legiranja s a- i b-stabilizatorima u legurama OT4-0, OT4-1, AT3.

Ove legure karakterizira visoka duktilnost u toplom i hladnom stanju, što omogućuje dobivanje svih vrsta poluproizvoda: folija, traka, limova, ploča, otkovaka, štancanja, profila, cijevi itd. Mehanička svojstva poluproizvodi od ovih legura dati su u tablici 17.4–17.6.

Tablica 17.3

Podjela titanovih legura prema strukturi

* Iskusne legure.

Tablica 17.4

Mehanička svojstva limova od legure titana (GOST 22178–76)

Bilješka. Podaci u zagradama odnose se na ploče s visokom završnom obradom.

Tablica 17.5

Mehanička svojstva šipki od legura titana (GOST 26492–85)

Bilješka. Podaci u zagradama odnose se na poluge visoke kvalitete.

Tablica 17.6

Mehanička svojstva ploča od legure titana (GOST 23755–79)

Kovanje, volumetrijsko i limno utiskivanje, valjanje, prešanje izvode se u vrućem stanju prema načinima navedenim u tablici. 17.7. Završno valjanje, štancanje listova, izvlačenje i druge operacije izvode se u hladnom stanju.

Ove legure i proizvodi izrađeni od njih podvrgavaju se samo žarenju prema režimima navedenim u tablici. 17.8. Za ublažavanje unutarnjih naprezanja koja proizlaze iz mehaničke obrade, štancanja limova, zavarivanja itd., koristi se nepotpuno žarenje.

Ove se legure dobro zavaruju zavarivanjem taljenjem (argonolučno, pod praškom, elektrotroskom) i kontaktnim (točkastim, valjkom). Kod zavarivanja taljenjem, čvrstoća i duktilnost zavarenog spoja gotovo su slične osnovnom metalu.

Otpornost na koroziju ovih legura je visoka u mnogim okruženjima (morska voda, kloridi, lužine, organske kiseline itd.), osim za otopine HF, H 2 SO 4, HCl i nekih drugih.

Primjena. Ove se legure naširoko koriste kao konstrukcijski materijali za izradu gotovo svih vrsta poluproizvoda, dijelova i konstrukcija, uključujući i zavarene. Njihova najučinkovitija upotreba je u zrakoplovnom inženjerstvu, kemijskom inženjerstvu, kriogenoj tehnologiji (tablica 17.9), kao iu jedinicama i strukturama koje rade na temperaturama do 300–350 ° C.

Ova skupina uključuje legure s vlačnom čvrstoćom s in = 750–1000 MPa, i to: a -legure razreda VT5 i VT5-1; pseudo-a-legure razreda OT4, VT20; (a + b) -legure razreda PT3V, kao i VT6, VT6S, VT14 u žarenom stanju.

Legure VT5, VT5-1, OT4, VT20, PT3V, VT6S, koje sadrže malu količinu b-faze (2–7% b-faze u ravnotežnom stanju), nisu podvrgnute toplinskoj obradi za jačanje i koriste se u žarenju država. VT6S legura se ponekad koristi u toplinski ojačanom stanju. Legure VT6 i VT14 koriste se iu žarenom iu toplinski ojačanom stanju. U potonjem slučaju njihova čvrstoća postaje iznad 1000 MPa, a o njima će biti riječi u odjeljku o legurama visoke čvrstoće.

Razmatrane legure, uz povećanu čvrstoću, zadržavaju zadovoljavajuću duktilnost u hladnom stanju i dobru duktilnost u vrućem stanju, što omogućuje dobivanje svih vrsta poluproizvoda od njih: listova, traka, profila, otkovaka, štancanja. , cijevi itd. Iznimka je legura VT5, od koje se ne proizvode listovi i ploče zbog niske tehnološke plastičnosti. Načini obrade vrućim pritiskom dati su u tablici. 17.7.

Ova kategorija legura čini glavni obujam proizvodnje poluproizvoda koji se koriste u strojarstvu. Mehaničke karakteristike glavnih poluproizvoda dane su u tablici. 17.4–17.6.

Sve legure srednje čvrstoće mogu se dobro zavariti svim vrstama zavarivanja koje se koriste za titan. Čvrstoća i duktilnost zavarenog spoja izrađenog zavarivanjem topljenjem bliska je čvrstoći i duktilnosti osnovnog metala (za legure VT20 i VT6S ovaj omjer je 0,9-0,95). Nakon zavarivanja preporuča se djelomično žarenje kako bi se smanjila unutarnja naprezanja zavarivanja (tablica 17.8).

Obradivost ovih legura je dobra. Otpornost na koroziju u većini agresivnih okruženja slična je tehničkom titanu VT1-0.

Tablica 17.7

Načini vruće tlačne obrade legura titana

* Stupanj deformacije po zagrijavanju, %.

** Deformacija u (a + b) području.

***Deformacija u b-predjelu.

Tablica 17.8

Načini žarenja titanovih legura

* Temperature nepotpunog žarenja.

Tablica 17.9

Mehanička svojstva titanovih legura pri niskim temperaturama

Primjena. Ove se legure preporučuju za upotrebu u proizvodnji proizvoda za utiskivanje limova (OT4, VT20), za zavarene dijelove i sklopove, za zavarene dijelove (VT5, VT5-1, VT6S, VT20) itd. Legura VT6S široko se koristi za proizvodnja visokotlačnih posuda i spremnika. Dijelovi i sklopovi izrađeni od legura OT4, VT5 mogu dugo raditi na temperaturama do 400 ° C i kratko vrijeme - do 750 ° C; od legura VT5-1, VT20 - dugoročno na temperaturama do 450–500 ° C i kratkoročno - do 800–850 ° C. Legure VT5-1, OT4, VT6S također se preporučuju za upotrebu u rashladnim i kriogenim tehnologija (tablica 17.9).

U ovu skupinu spadaju legure vlačne čvrstoće s > 1000 MPa i to (a + b)-legure marki VT6, VT14, VT3-1, VT22. Visoka čvrstoća u ovim legurama postiže se pojačanom toplinskom obradom (kaljenje + starenje). Izuzetak je visokolegirana legura VT22 koja iu žarenom stanju ima s > 1000 MPa.

Ove legure, uz visoku čvrstoću, zadržavaju dobru (VT6) i zadovoljavajuću (VT14, VT3-1, VT22) tehnološku plastičnost u vrućem stanju, što omogućuje dobivanje različitih poluproizvoda od njih: listova (osim VT3- 1), šipke, ploče, otkovci, otisci, profili itd. Načini obrade vrućim tlakom dati su u tablici. 17.7. Legure VT6 i VT14 u žarenom stanju (s pri » 850 MPa) mogu se podvrgnuti hladnom štancanju s malim deformacijama. Mehaničke karakteristike glavnih poluproizvoda u žarenom i očvrslom stanju dane su u tablici. 17.4–17.6.

Unatoč heterofaznoj strukturi, legure koje se razmatraju imaju zadovoljavajuću zavarljivost sa svim vrstama zavarivanja koje se koriste za titan. Da bi se osigurala potrebna razina čvrstoće i duktilnosti, potrebno je provesti potpuno žarenje, a za leguru VT14 (s debljinom zavarenih dijelova 10–18 mm) preporuča se provesti kaljenje nakon čega slijedi starenje. U tom slučaju čvrstoća zavarenog spoja (zavarivanje topljenjem) iznosi najmanje 0,9 čvrstoće osnovnog metala. Gibljivost zavarenog spoja je bliska duktilnosti osnovnog metala.

Obradivost je zadovoljavajuća. Obrada rezanjem legura može se provoditi iu žarenom iu toplinski ojačanom stanju.

Ove legure imaju visoku otpornost na koroziju u žarenom i termički ojačanom stanju u vlažnoj atmosferi, morskoj vodi iu mnogim drugim agresivnim sredinama, poput tehničkog titana.

Toplinska obrada . Legure VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 podložne su kaljenju i starenju (vidi gore). Preporučeni načini zagrijavanja za kaljenje i starenje za monolitne proizvode, poluproizvode i zavarene dijelove dani su u tablici. 17.10.

Hlađenje tijekom stvrdnjavanja provodi se u vodi, a nakon starenja - na zraku. Potpuna otvrdljivost osigurana je za dijelove izrađene od legura VT6, VT6S s maksimalnim presjekom do 40–45 mm, a za dijelove izrađene od legura VT3-1, VT14, VT22 - do 60 mm.

Da bi se osigurala zadovoljavajuća kombinacija čvrstoće i duktilnosti legura sa (a + b) strukturom nakon kaljenja i starenja, potrebno je da njihova struktura prije toplinske obrade ojačanja bude jednakoosna ili "košarasto pletena". Primjeri početnih mikrostruktura koje daju zadovoljavajuća svojstva prikazani su na sl. 17.4 (tipovi 1–7).

Tablica 17.10

Načini ojačanja toplinske obrade legura titana

Početna igličasta struktura legure s prisutnošću granica primarnog zrna b-faze (tipovi 8–9) kada se pregrije nakon otvrdnjavanja i starenja ili žarenja dovodi do nedostataka - smanjenja čvrstoće i duktilnosti. Stoga je potrebno izbjegavati zagrijavanje legura (a + b) na temperature iznad temperature polimorfne transformacije, jer se pregrijana struktura ne može ispraviti toplinskom obradom.

Zagrijavanje tijekom toplinske obrade preporuča se provoditi u električnim pećima s automatskom kontrolom i snimanjem temperature. Kako bi se spriječilo stvaranje kamenca, zagrijavanje gotovih dijelova i limova mora se provoditi u pećima sa zaštitnom atmosferom ili uz upotrebu zaštitnih premaza.

Kod zagrijavanja tankih limenih dijelova za kaljenje, radi izjednačavanja temperature i smanjenja njihovog savijanja, ispod peći se stavlja čelična ploča debljine 30-40 mm. Za otvrdnjavanje dijelova složenih konfiguracija i dijelova s ​​tankim stijenkama koriste se pričvrsne naprave za sprječavanje savijanja i vodi.

Nakon visokotemperaturne obrade (kaljenja ili žarenja) u peći bez zaštitne atmosfere, poluproizvodi koji ne podliježu daljnjoj obradi moraju biti podvrgnuti hidropjeskarenju ili obradi korundnim pijeskom, a proizvodi od lima također moraju biti jetkani.

Primjena. Legure titana visoke čvrstoće koriste se za izradu dijelova i sklopova kritične namjene: zavarene konstrukcije (VT6, VT14), turbine (VT3-1), žigosano-zavareni sklopovi (VT14), visokoopterećeni dijelovi i žigosane konstrukcije (VT22) . Ove legure mogu raditi na temperaturama do 400°C dugo vremena i do 750°C kratko vrijeme.

Značajka legura titana visoke čvrstoće kao strukturnog materijala je njihova povećana osjetljivost na koncentratore naprezanja. Stoga je pri projektiranju dijelova od ovih legura potrebno uzeti u obzir niz zahtjeva (povećana kvaliteta površine, povećani radijusi prijelaza iz jednog presjeka u drugi, itd.), sličnih onima koji postoje kod uporabe čelika visoke čvrstoće.

Titanij. Kemijski element, simbol Ti (lat. Titanium, otkriven 1795. godine godine i nazvan po junaku grčkog epa Titanu) . Ima serijski broj 22, atomska težina 47,90, gustoća 4,5 g/cm3, talište 1668° C, vrelište 3300°C.

Titan je dio više od 70 minerala i jedan je od najčešćih elemenata - njegov sadržaj u zemljinoj kori je približno 0,6%. Titan je izgledom sličan čeliku. Čisti metal je duktilan i može se lako obraditi pritiskom.

Titan postoji u dvije modifikacije: do 882°C kao modifikacijaα s heksagonalnom gusto zbijenom kristalnom rešetkom, a iznad 882°C modifikacija je stabilnaβ s tjelesno centriranom kubičnom rešetkom.

Titanij kombinira veliku čvrstoću s niskom gustoćom i visokom otpornošću na koroziju. Zbog toga u mnogim slučajevima ima značajne prednosti u odnosu na takve osnovne konstrukcijske materijale kao što je čelik i aluminija . Brojne legure titana imaju dvostruko veću čvrstoću od čelika sa znatno manjom gustoćom i boljom otpornošću na koroziju. Međutim, zbog niske toplinske vodljivosti, otežana je njegova primjena za konstrukcije i dijelove koji rade u uvjetima velikih temperaturnih razlika i kada rade pod toplinskim zamorom. U nedostatke titana kao konstrukcijskog materijala spada i njegov relativno nizak modul normalne elastičnosti.

Mehanički svojstva jako ovise o čistoći metala i prethodnoj mehaničkoj i toplinskoj obradi. Titan visoke čistoće ima dobra plastična svojstva.

Karakteristično svojstvo titan - sposobnost aktivne apsorpcije plinova - kisika, dušika i vodika. Ti se plinovi do određene mjere otapaju u titanu. Čak i male nečistoće kisika i dušika smanjuju plastična svojstva titana. Mala primjesa vodika (0,01-0,005%) značajno povećava krhkost titana.

Titan je stabilan na zraku pri uobičajenim temperaturama. Kad se zagrije na 400-550° Metal je prekriven oksidno-nitridnim filmom, koji se čvrsto drži na metalu i štiti ga od daljnje oksidacije. Pri višim temperaturama povećava se brzina oksidacije i otapanja kisika u titanu.

Titan reagira s dušikom na temperaturama iznad 600° C uz stvaranje nitridnog filma ( Kositar) te čvrste otopine dušika u titanu. Titanijev nitrid ima visoku tvrdoću i tali se na 2950°C.

Titan apsorbira vodik i stvara čvrste otopine i hibride(TiH i TiH 2) . Za razliku od kisika i dušika, gotovo sav apsorbirani vodik može se ukloniti iz titana zagrijavanjem u vakuumu na 1000-1200°C.

Ugljik i plinovi koji sadrže ugljik ( CO,CH4) reagiraju s titanom na visokim temperaturama (više od 1000° C) uz stvaranje tvrdog i vatrostalnog titan karbida TiC (talište 3140°C ). Primjesa ugljika značajno utječe na mehanička svojstva titana.

Fluor, klor, brom i jod stupaju u interakciju s titanom na relativno niskim temperaturama (100-200° S). U tom slučaju nastaju vrlo hlapljivi titanovi halogenidi.

Mehanička svojstva titana u mnogo većoj mjeri od ostalih metala ovise o brzini primjene opterećenja. Stoga mehaničko ispitivanje titana treba provoditi pod strože reguliranim i fiksnim uvjetima od ispitivanja ostalih konstrukcijskih materijala.

Udarna čvrstoća titana značajno se povećava nakon žarenja u rasponu od 200-300° C, ne opažaju se zamjetne promjene ostalih svojstava. Najveće povećanje duktilnosti titana postiže se nakon kaljenja na temperaturama iznad temperature polimorfne transformacije i naknadnog kaljenja.

Čisti titan nije materijal otporan na toplinu, jer njegova čvrstoća naglo opada s porastom temperature.

Važna značajka titana je njegova sposobnost stvaranja čvrstih otopina s atmosferskim plinovima i vodikom. Kada se titan zagrijava na zraku, na njegovoj površini, osim običnog kamenca, nastaje sloj koji se sastoji od čvrste otopine na baziα - Ti (alfa sloj), stabiliziran kisikom, čija debljina ovisi o temperaturi i trajanju zagrijavanja. Ovaj sloj ima višu temperaturu transformacije od sloja osnovnog metala, a njegovo stvaranje na površini dijelova ili poluproizvoda može uzrokovati krti lom.

Titan i legure na bazi titana karakterizira visoka otpornost na koroziju na zraku, prirodnoj hladnoći i vrućini svježa voda, u morskoj vodi (na titanskoj ploči nakon 10 godina u morskoj vodi nije se pojavio ni trag hrđe), kao i u otopinama lužina, anorganskih soli, organskih kiselina i spojeva, čak i kad su kuhane. Što se tiče otpornosti na koroziju, titan je sličan krom-nikal nehrđajućem čeliku. Ne korodira u morskoj vodi kada je u kontaktu s nehrđajućim čelikom i legurama bakra i nikla. Visoka otpornost titana na koroziju objašnjava se stvaranjem gustog, jednolikog filma na njegovoj površini, koji štiti metal od daljnje interakcije s okoliš. Da, u razrijeđenom sumporne kiseline (do 5%) titan je otporan na sobnoj temperaturi. Brzina korozije raste s povećanjem koncentracije kiseline, dostižući maksimum na 40%, zatim se smanjuje na minimum na 60%, doseže drugi maksimum na 80% i zatim ponovno opada.

U razrijeđenoj solnoj kiselini (5-10%) na sobnoj temperaturi, titan je prilično otporan. Kako se koncentracija kiseline i temperatura povećavaju, brzina korozije titana brzo raste. Korozija titana klorovodična kiselina može se znatno smanjiti dodavanjem malih količina oksidirajućih sredstava(HNO 3, KMnO 4, K 2 CrO 4, soli bakra, željeza). Titan se dobro otapa u fluorovodičnoj kiselini. U otopinama lužina (koncentracije do 20%) titan je otporan na hladnoću i pri zagrijavanju.

Kao konstrukcijski materijal titan se najviše koristi u zrakoplovstvu, raketnoj tehnici, u konstrukciji pomorskih brodova, u instrumentarstvu i strojogradnji. Titan i njegove legure zadržavaju visoke karakteristike čvrstoće na visokim temperaturama i stoga se mogu uspješno koristiti za izradu dijelova izloženih visokotemperaturnom zagrijavanju. Tako se od njegovih legura izrađuju vanjski dijelovi zrakoplova (gondole motora, krilca, kormila) i mnoge druge komponente i dijelovi - od motora do vijaka i matica. Primjerice, ako se u jednom od motora čelični vijci zamijene titanijskim, težina motora smanjit će se za gotovo 100 kg.

Titanijev oksid se koristi za pripremu titanijeve bijeline. Takvom bijelom možete obojiti višestruko veće površine nego istom količinom olovne ili cinkove bjeline. Osim toga, titanska bijela nije otrovna. Titan se naširoko koristi u metalurgiji, uključujući i kao legirajući element u nehrđajućim čelicima i čelicima otpornim na toplinu. Dodaci titana legurama aluminija, nikla i bakra povećavaju njihovu čvrstoću. Sastavni je dio karbidnih legura za rezne instrumente, a popularni su i kirurški instrumenti od titanovih legura. Titanijev dioksid se koristi za premazivanje elektroda za zavarivanje. Titan tetraklorid (tetraklorid) koristi se u vojnim poslovima za stvaranje dimnih zavjesa, au Mirno vrijeme za fumigaciju biljaka tijekom proljetnih mrazeva.

U elektrotehnici i radiotehnici titan u prahu se koristi kao apsorber plina - kada se zagrije na 500°C, titan energetski apsorbira plinove i time osigurava visoki vakuum u zatvorenom volumenu.

Titan je u nekim slučajevima nezamjenjiv materijal u kemijskoj industriji i brodogradnji. Koristi se za izradu dijelova namijenjenih pumpanju agresivnih tekućina, izmjenjivača topline koji rade u korozivnim sredinama, te visećih uređaja koji se koriste za eloksiranje raznih dijelova. Titan je inertan u elektrolitima i drugim tekućinama koje se koriste u galvanizaciji i stoga je prikladan za proizvodnju raznih dijelova kupki za galvanizaciju. Naširoko se koristi u proizvodnji hidrometalurške opreme za postrojenja za nikal-kobalt, budući da je vrlo otporan na koroziju i eroziju u kontaktu s muljevitima nikla i kobalta pri visokim temperaturama i pritiscima.

Titan je najotporniji u oksidirajućim sredinama. U redukcijskim sredinama titan vrlo brzo korodira zbog razaranja zaštitnog oksidnog filma.

Tehnički titan i njegove legure podložni su svim poznatim metodama obrade tlakom. Mogu se motati u hladnom i vrućem stanju, žigosati, uvijati, duboko izvlačiti i širiti. Titan i njegove legure koriste se za izradu šipki, šipki, traka, raznih valjanih profila, bešavnih cijevi, žice i folije.

Otpornost titana na deformaciju veća je od otpornosti konstrukcijskih čelika ili legura bakra i aluminija. Titan i njegove legure obrađuju se pod pritiskom na gotovo isti način kao austenitni nehrđajući čelici. Najčešće se titan kuje na 800-1000°C. Kako bi se titan zaštitio od onečišćenja plinom, zagrijavanje i obrada tlakom provodi se što je prije moguće. kratko vrijeme. Zbog činjenice da pri temperaturama >500°C vodik difundira u titan i njegove legure ogromnim brzinama, zagrijavanje se provodi u oksidirajućoj atmosferi.

Titan i njegove legure imaju smanjenu obradivost, slično austenitnim nehrđajućim čelicima. Za sve vrste rezanja najuspješniji rezultati postižu se pri malim brzinama i velikim dubinama rezanja, kao i pri uporabi alat za rezanje od brzoreznih čelika ili tvrdih legura. Zbog visoke kemijske aktivnosti titana pri visokim temperaturama, zavarivanje se provodi u atmosferi inertnih plinova (helij, argon). Istodobno, potrebno je zaštititi ne samo rastaljeni metal zavara, već i sve visoko zagrijane dijelove zavarenih proizvoda od interakcije s atmosferom i plinovima.

Neke tehnološke poteškoće nastaju u proizvodnji odljevaka od titana i njegovih legura.

Kombinacija čvrstoće i lakoće u jednoj tvari toliko je vrijedan parametar da se druge kvalitete i značajke materijala mogu potpuno zanemariti. skupo, otporno na temperature samo u ultra čistom obliku, teško za korištenje, ali sve se to ispostavlja sekundarnim u usporedbi s kombinacijom male težine i velike čvrstoće.

Ovaj članak će vam reći o upotrebi titana u vojno zrakoplovstvo, industrija, medicina, proizvodnja zrakoplova, za izradu nakita, legura titana i svakodnevnu uporabu.

Opseg uporabe metala bio bi mnogo širi da nije bilo visokih troškova njegove proizvodnje. Zbog toga se titan koristi samo u onim područjima gdje je uporaba tako skupe tvari ekonomski opravdana. Primjena određuje ne samo čvrstoću i lakoću, već i otpornost na koroziju usporedivu s trajnošću plemeniti metali i trajnost.

Svojstva metala izrazito ovise o čistoći, pa se upotreba tehničkog i čistog titana smatra dvama odvojenim problemima.

Ovaj video će vam reći o svojstvima zbog kojih je titan toliko široko korišten u industriji:

Tehnički metal

Tehnički titan može sadržavati različite nečistoće koje ne utječu kemijska svojstva ah tvari, ali imaju učinak na fizičko. Tehnički titan gubi tako vrijednu kvalitetu kao što je otpornost na toplinu i sposobnost rada na temperaturama iznad 500–600 C. Ali njegova otpornost na koroziju ni na koji način ne opada.

• To je razlog njegove primjene - u kemijskoj industriji iu svim drugim područjima gdje je potrebno osigurati trajnost proizvoda u agresivnim sredinama. Titan se koristi za izradu skladišnih spremnika, armatura, dijelova reaktora, cjevovoda i pumpi, čija je namjena pokretati anorganske i organske kiseline i baze. Legure titana uglavnom imaju ista svojstva.
• Mala težina, zajedno s otpornošću na koroziju, također osigurava druge primjene - posebno u proizvodnji transportne opreme, željeznički promet. Korištenje limova i šipki od titana u proizvodnji automobila i vlakova omogućuje smanjenje težine vlakova i, prema tome, smanjenje veličine osovinskih kutija i rukavaca, čineći vuču učinkovitijom.

U običnim automobilima sustavi za uklanjanje ispušnih plinova i zavojne opruge izrađeni su od titana. U trkaćim automobilima pogonske jedinice od titana mogu značajno olakšati automobil i poboljšati njegova svojstva.

• Titan je neizostavan u proizvodnji oklopna vozila: Ovdje dolazi do izražaja kombinacija snage i lakoće.
• Visoka otpornost na koroziju i lakoća čine materijal privlačnim za pomorsku primjenu. Titan se koristi u proizvodnji tankostijenih cijevi i izmjenjivača topline, prigušivača ispušnih plinova na podmornicama, ventila, propelera, elemenata turbina i tako dalje.

Proizvodi od titana (foto)

Čisti metal

Čisti metal pokazuje vrlo visoku otpornost na toplinu, sposobnost rada u uvjetima visokog opterećenja i visoka temperatura. A s obzirom na njegovu malu težinu, očita je upotreba metala u proizvodnji raketa i zrakoplova.

• Dijelovi za pričvršćivanje, kućište, dijelovi šasije, pogonski sklopovi i tako dalje izrađeni su od metala i njegovih legura. Osim toga, materijal se koristi u konstrukciji zrakoplovnih motora, što smanjuje njihovu težinu za 10–25%.
• Pri prolasku kroz guste slojeve atmosfere rakete doživljavaju monstruozna opterećenja. Korištenje titana i njegovih legura omogućuje rješavanje problema statičke izdržljivosti aparata, čvrstoće na zamor i, u određenoj mjeri, puzanja.
• Druga primjena čistog titana je proizvodnja dijelova za električne vakuumske uređaje dizajnirane za rad u uvjetima preopterećenja.
• Metal je neophodan u proizvodnji kriogene opreme: čvrstoća titana samo se povećava s padom temperature, ali u isto vrijeme zadržava se određena duktilnost.
• Titan je možda biološki najinertnija tvar. Komercijalno čisti metal koristi se za izradu svih vrsta vanjskih i unutarnjih proteza, uključujući srčane zaliske. Titan je kompatibilan s biološkim tkivom i nije izazvao niti jedan slučaj alergije. Osim toga, materijal se koristi za kirurške instrumente, invalidska kolica, invalidska kolica i tako dalje.

Međutim, unatoč svoj otpornosti na temperaturu i trajnosti, metal se ne koristi u proizvodnji ležajeva, čahura i drugih dijelova gdje se očekuje trenje. Titan ima niska svojstva protiv trenja i ovaj se problem ne može riješiti uz pomoć aditiva.

Titan je visoko poliran i eloksiran – eloksiranje u boji, pa se često koristi u umjetnička djela i u arhitekturi. Primjer bi bio spomenik prvom umjetnom satelitu Zemlje ili spomenik. Yu.Gagarin.

O oznakama na proizvodima od titana, uputama za njegovu uporabu i dr važne točke Upotreba metala u građevinarstvu razmatra se u nastavku.

Video ispod prikazuje proces andonizacije titana:

Njegova upotreba u građevinarstvu

Naravno, lavovski udio titana koristi se u proizvodnji zrakoplova i transportnoj industriji, gdje je posebno važna kombinacija čvrstoće i lakoće. Međutim, materijal se također koristi u građevinarstvu i koristio bi se šire da nije njegove visoke cijene.

Pokrivanje titanom

Ova tehnologija još uvijek nije široko rasprostranjena, ali, na primjer, u Japanu se ploče od titana vrlo široko koriste za završnu obradu krovova, pa čak i interijera. Udio utrošenog materijala u građevinarstvu značajno je veći od udjela utrošenog u sektoru zrakoplovstva.

To je zbog trajnosti takve obloge i njegovih nevjerojatnih dekorativnih sposobnosti. Pomoću anodne oksidacije na površini lima može se dobiti sloj oksida različite debljine. Boja se mijenja. Promjenom vremena i intenziteta žarenja možete dobiti žutu, tirkiznu, plavu, ružičastu, zelenu boju.

Anodiziranjem u atmosferi dušika dobivaju se listovi sa slojem titanijevog nitrida. Na taj se način dobiva širok izbor nijansi zlata. Ova tehnologija se koristi u restauraciji arhitektonskih spomenika - obnovi crkava, na primjer.

Krovni spojevi

Ova je opcija već postala vrlo raširena. Ali, međutim, njegova osnova nije sam titan, već njegova legura s.

Sami šavni krovovi poznati su već jako dugo, ali dugo nisu bili popularni. Međutim, danas, zahvaljujući modi za high-tech i techno stilove, postoji potreba za slomljenim i spline površinama, posebno onima koje se protežu u fasadu zgrade. I pruža takvu priliku.

Njegova sposobnost oblikovanja gotovo je neograničena. A uporaba legure daje i iznimnu čvrstoću i najneobičniji izgled. Iako je pošteno, osnovna mat boja čelika smatra se najrespektabilnijom.

Budući da cink-titan ima prilično pristojnu kovitost, od legure se izrađuju razni složeni ukrasni dijelovi: krovni grebeni, vodootporni opšavi, vijenci itd.

Ovo područje primjene titana kao fasadne obloge ukratko je objašnjeno u nastavku.

Fasadne obloge

Cink-titan se također koristi u proizvodnji ploča za oblaganje. Ploče se koriste i za oblaganje fasada i za unutarnje uređenje. Razlog je isti - kombinacija čvrstoće, iznimne lakoće i dekorativnosti.

Panele proizvodimo sami različite oblike- u obliku lamela, dijamanata, modula, ljestvica i sl. Najzanimljivije je to što ploče ne mogu biti ravne, već mogu poprimiti gotovo bilo koji trodimenzionalni oblik. Kao rezultat toga, takva završna obrada je moguća na zidovima i zgradama bilo koje, čak i najnezamislivije konfiguracije.

Lakoća proizvoda određuje nešto sasvim drugo jedinstvena primjena. Konvencionalna ventilirana fasada također podrazumijeva razmak između obloge i izolacije. Međutim, lagane cink-titan ploče mogu se pričvrstiti na pomične mehanizme za otvaranje, tvoreći sustav sličan roletama. Ploče, ako je potrebno, mogu odstupiti od ravnine pod kutom od 90 stupnjeva.

Titan ima jedinstvenu kombinaciju čvrstoće, lakoće i otpornosti na koroziju. Ove kvalitete određuju njegovu upotrebu, unatoč visokoj cijeni materijala.

Ovaj video će vam pokazati kako napraviti prsten od titana:

Vječni, tajanstveni, kozmički - svi ti i mnogi drugi epiteti dodijeljeni su titanu u različitim izvorima. Povijest otkrića ovog metala nije bila trivijalna: nekoliko znanstvenika istovremeno je radilo na izolaciji elementa u čistom obliku. Proces proučavanja fizikalnih, kemijskih svojstava i određivanje područja njegove primjene danas. Titan je metal budućnosti čije mjesto u ljudskom životu još nije konačno određeno, što suvremenim istraživačima daje ogroman prostor za kreativnost i znanstveno istraživanje.

Karakteristično

Kemijski element označen je u periodnom sustavu D. I. Mendeljejeva simbolom Ti. Nalazi se u sekundarnoj podskupini skupine IV četvrto razdoblje i ima redni broj 22. titan je bijelo-srebrni metal, lagan i izdržljiv. Elektronska konfiguracija atoma ima sljedeću strukturu: +22)2)8)10)2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. Prema tome, titan ima nekoliko mogućih oksidacijskih stanja: 2, 3, 4; u najstabilnijim spojevima on je četverovalentan.

Titan - legura ili metal?

Ovo pitanje zanima mnoge. Godine 1910. američki kemičar Hunter prvi je put dobio čisti titan. Metal je sadržavao samo 1% nečistoća, ali se pokazalo da je njegova količina zanemariva i nije omogućila daljnje proučavanje njegovih svojstava. Plastičnost dobivene tvari postignuta je samo pod utjecajem visokih temperatura; u normalnim uvjetima (sobna temperatura) uzorak je bio previše krhak. Zapravo, znanstvenici nisu bili zainteresirani za ovaj element, jer su se izgledi za njegovu upotrebu činili previše neizvjesnim. Poteškoće u nabavi i istraživanju dodatno su smanjile njegov potencijal za korištenje. Tek 1925. godine kemičari iz Nizozemske I. de Boer i A. Van Arkel dobili su metalni titan, čija su svojstva privukla pozornost inženjera i dizajnera širom svijeta. Povijest proučavanja ovog elementa počinje 1790. godine, u to su vrijeme, paralelno, neovisno jedan o drugom, dva znanstvenika otkrila titan kao kemijski element. Svaki od njih prima spoj (oksid) tvari, nesposoban izolirati metal u čistom obliku. Otkrivačem titana smatra se engleski monah mineralog William Gregor. Na području svoje župe, koja se nalazi u jugozapadnom dijelu Engleske, mladi znanstvenik počeo je proučavati crni pijesak doline Menacan. Rezultat je bio oslobađanje sjajnih zrnaca, koja su bila spoj titana. U isto vrijeme, u Njemačkoj je kemičar Martin Heinrich Klaproth izolirao novu tvar iz minerala rutila. Godine 1797. također je dokazao da su elementi otvoreni paralelno slični. Titanijev dioksid bio je misterij za mnoge kemičare više od jednog stoljeća; čak ni Berzelius nije uspio dobiti čisti metal. Najnovije tehnologije 20. stoljeće značajno je ubrzalo proces proučavanja spomenutog elementa i odredilo početne pravce njegove uporabe. Istodobno, područje primjene se stalno širi. Njegov opseg može biti ograničen samo složenošću procesa dobivanja takve tvari kao što je čisti titan. Cijena legura i metala je prilično visoka, tako da danas ne može zamijeniti tradicionalno željezo i aluminij.

porijeklo imena

Menakin je bio prvi naziv za titan, koji se koristio do 1795. godine. Upravo tako je W. Gregor nazvao novi element, temeljen na njegovoj teritorijalnoj pripadnosti. Martin Klaproth dodijelio je naziv "titan" elementu 1797. godine. U to su vrijeme njegovi francuski kolege, predvođeni prilično autoritativnim kemičarom A.L. Lavoisierom, predložili imenovanje novootkrivenih tvari u skladu s njihovim osnovnim svojstvima. Njemački znanstvenik nije se složio s ovim pristupom, sasvim je razumno vjerovao da je u fazi otkrića prilično teško odrediti sve karakteristike svojstvene tvari i odražavati ih u nazivu. Međutim, treba priznati da izraz koji je intuitivno odabrao Klaproth u potpunosti odgovara metalu - to su više puta naglasili moderni znanstvenici. Postoje dvije glavne teorije o podrijetlu imena titan. Metal je mogao biti označen na ovaj način u čast vilenjačke kraljice Titanije (lika iz njemačke mitologije). Ovo ime simbolizira i lakoću i snagu tvari. Većina znanstvenika sklona je korištenju verzije starogrčke mitologije, u kojoj su moćni sinovi božice zemlje Geje nazivani titanima. Ovu verziju podupire i naziv prethodno otkrivenog elementa - uran.

Biti u prirodi

Od metala koji su tehnički vrijedni za ljude, titan je na četvrtom mjestu po zastupljenosti u zemljinoj kori. Visok postotak u prirodi imaju samo željezo, magnezij i aluminij. Najveći sadržaj titana zabilježen je u bazaltnoj ljusci, nešto manji u granitnom sloju. U morskoj vodi sadržaj ove tvari je nizak - oko 0,001 mg/l. Kemijski element titan je prilično aktivan, pa ga je nemoguće pronaći u čistom obliku. Najčešće je prisutan u spojevima s kisikom, a ima valenciju četiri. Broj minerala koji sadrže titan varira od 63 do 75 (u različitim izvorima), dok moderna pozornica Znanstvenici nastavljaju otkrivati ​​nove oblike njegovih spojeva. Za praktičnu upotrebu Sljedeći minerali su od najveće važnosti:

1. Ilmenit (FeTiO 3).
2. Rutil (TiO 2).
3. Titanit (CaTiSiO 5).
4. Perovskit (CaTiO 3).
5. Titan magnetit (FeTiO 3 + Fe 3 O 4) itd.

Sve postojeće rude koje sadrže titan dijele se na placer i bazične rude. Ovaj element je slab migrant; može putovati samo u obliku slomljenog kamenja ili kretanja muljevitih stijena na dnu. U biosferi najveći broj Titan se nalazi u algama. U predstavnicima kopnene faune, element se nakuplja u rožnatim tkivima i kosi. Za ljudsko tijelo Tipična je prisutnost titana u slezeni, nadbubrežnim žlijezdama, placenti i štitnoj žlijezdi.

Fizička svojstva

Titan je obojeni metal srebrnastobijele boje koji izgledom podsjeća na čelik. Na temperaturi od 0 0 C gustoća mu je 4,517 g/cm 3 . Tvar ima nisku specifičnu težinu, što je tipično za alkalijske metale (kadmij, natrij, litij, cezij). Što se tiče gustoće, titan zauzima međupoložaj između željeza i aluminija, dok su njegova svojstva veća od karakteristika oba elementa. Glavna svojstva metala koja se uzimaju u obzir pri određivanju opsega njihove primjene su tvrdoća. Titan je 12 puta jači od aluminija, 4 puta od željeza i bakra, ali je puno lakši. Plastičnost i njegova granica razvlačenja omogućuju obradu na niskim i visokim temperaturne vrijednosti, kao što je slučaj s drugim metalima, tj. metode zakivanja, kovanja, zavarivanja, valjanja. Posebna karakteristika titan - njegova niska toplinska i električna vodljivost, a ta se svojstva zadržavaju na povišenim temperaturama, do 500 0 C. U magnetskom polju titan je paramagnetski element, ne privlači se kao željezo i ne istiskuje kao bakar. Jedinstvena je vrlo visoka učinkovitost protiv korozije u agresivnom okruženju i pod mehaničkim opterećenjem. Više od 10 godina izloženosti morskoj vodi nije promijenilo izgled i sastav titanske ploče. U tom bi slučaju željezo bilo potpuno uništeno korozijom.

Termodinamička svojstva titana

1. Gustoća (u normalnim uvjetima) je 4,54 g/cm 3 .
2. Atomski broj - 22.
3. Skupina metala - vatrostalni, lagani.
4. Atomska masa titana je 47,0.
5. Vrelište (0 C) - 3260.
6. Molarni volumen cm 3 /mol - 10,6.
7. Talište titana (0 C) je 1668.
8. Specifična toplina isparavanja (kJ/mol) - 422,6.
9. Električni otpor (pri 20 0 C) Ohm*cm*10 -6 - 45.

Kemijska svojstva

Povećana otpornost elementa na koroziju objašnjava se stvaranjem malog oksidnog filma na površini. Sprječava (u normalnim uvjetima) plinove (kisik, vodik) koji se nalaze u okolnoj atmosferi elementa kao što je metalni titan. Svojstva mu se mijenjaju pod utjecajem temperature. Kada se poveća na 600 0 C, dolazi do reakcije s kisikom, što rezultira stvaranjem titanijevog oksida (TiO 2). Pri apsorpciji atmosferskih plinova nastaju krti spojevi koji nemaju br praktična aplikacija, zbog čega se zavarivanje i taljenje titana provodi u uvjetima vakuuma. Reverzibilna reakcija je proces otapanja vodika u metalu; javlja se aktivnije s povećanjem temperature (od 400 0 C i više). Titan, posebno njegove male čestice (tanka ploča ili žica), izgaraju u atmosferi dušika. Kemijska reakcija moguća je samo na temperaturi od 700 0 C, pri čemu nastaje TiN nitrid. S mnogim metalima stvara legure visoke tvrdoće i često je legirajući element. Reagira s halogenima (krom, brom, jod) samo u prisutnosti katalizatora (visoka temperatura) i podložan interakciji sa suhom tvari. U tom slučaju nastaju vrlo tvrde, vatrostalne legure. Titan nije kemijski aktivan s otopinama većine lužina i kiselina, s izuzetkom koncentrirane sumporne kiseline (s produljenim vrenjem), fluorovodične kiseline i vrućih organskih kiselina (mravlja kiselina, oksalna kiselina).

Mjesto rođenja

U prirodi su najčešće rude ilmenita - njihove se rezerve procjenjuju na 800 milijuna tona. Naslage rutilnih naslaga znatno su skromnije, no ukupni bi volumen – uz zadržavanje rasta proizvodnje – trebao osigurati čovječanstvu metal kakav je titan za sljedećih 120 godina. Cijena gotov proizvod ovisit će o potražnji i povećanju razine proizvodne tehnologije, ali u prosjeku varira u rasponu od 1200 do 1800 rubalja/kg. U uvjetima stalnog tehničkog usavršavanja, troškovi svih proizvodnih procesa značajno su smanjeni njihovom pravovremenom modernizacijom. Kina i Rusija imaju najveće rezerve; Japan, Južna Afrika, Australija, Kazahstan, Indija također imaju baze mineralnih resursa. Južna Korea, Ukrajina, Cejlon. Ležišta se razlikuju po obujmu proizvodnje i postotku titana u rudi, geološka istraživanja kontinuirano se nastavljaju, što omogućuje pretpostavku pada tržišne vrijednosti metala i njegove šire upotrebe. Rusija je danas najviše glavni proizvođač titanijum.

Priznanica

Za proizvodnju titana najčešće se koristi titanov dioksid koji sadrži minimalnu količinu nečistoća. Dobiva se obogaćivanjem koncentrata ilmenita ili rutilnih ruda. U elektrolučnoj peći ruda se toplinski obrađuje, što je popraćeno odvajanjem željeza i stvaranjem troske koja sadrži titanijev oksid. Metoda sumporne kiseline ili klorida koristi se za obradu frakcije bez željeza. Titanijev oksid je sivi prah (vidi sliku). Metalni titan dobiva se njegovom postupnom preradom.

Prva faza je proces sinteriranja troske s koksom i izlaganje parama klora. Rezultirajući TiCl 4 reducira se magnezijem ili natrijem kada se izloži temperaturi od 850 0 C. Titanska spužva (porozna stopljena masa) dobivena kao rezultat kemijska reakcija, rafinirani ili pretopljeni u poluge. Ovisno o daljnjem smjeru uporabe nastaje legura ili čisti metal (nečistoće se uklanjaju zagrijavanjem na 1000 0 C). Za proizvodnju tvari s udjelom nečistoća od 0,01% koristi se jodidna metoda. Temelji se na procesu isparavanja njegovih para iz titanske spužve prethodno obrađene halogenom.

Područja primjene

Talište titana je prilično visoko, što je, s obzirom na lakoću metala, neprocjenjiva prednost korištenja kao konstrukcijskog materijala. Stoga najveću primjenu nalazi u brodogradnji, zrakoplovnoj industriji, proizvodnji projektila, kemijska proizvodnja. Titan se često koristi kao aditiv za legiranje u raznim legurama koje imaju povećanu tvrdoću i otpornost na toplinu. Visoka antikorozivna svojstva i sposobnost da izdrže većinu agresivnih okruženja čine ovaj metal nezamjenjivim za kemijsku industriju. Od titana (njegove legure) izrađuju se cjevovodi, spremnici, zaporni ventili i filtri koji se koriste u destilaciji i transportu kiselina i drugih kemijski aktivnih tvari. Tražen je pri stvaranju uređaja koji rade na povišenim temperaturama. Spojevi titana koriste se za izradu izdržljivih alata za rezanje, boja, plastike i papira, kirurških instrumenata, implantata, nakita, materijala za završnu obradu i koriste se u prehrambenoj industriji. Sve pravce je teško opisati. Moderna medicina Zbog potpune biološke sigurnosti često se koristi metalni titan. Cijena je jedini faktor koji za sada utječe na širinu primjene ovog elementa. Pošteno je reći da je titan materijal budućnosti, proučavanjem kojeg će čovječanstvo prijeći na novu fazu razvoja.