Charakterizace a aplikace titanu a slitin na jeho základě

Vlastnosti a vlastnosti

Titan je chemický prvek se symbolem Ti a atomovým číslem 22. Je to lesklý kov se stříbřitou barvou, nízkou hustotou a vysokou pevností. Je odolný proti korozi v mořské vodě a chlóru.

Prvek se objeví v množství ložisek nerostů, zejména rutilu a ilmenitu, které jsou široce rozloženy v zemské kůře a litosféře.

Titan se používá k výrobě silných lehkých slitin. Dvě nejužitečnější vlastnosti kovu jsou odolnost proti korozi a poměr tvrdosti k hustotě, nejvyšší jakýkoliv kovový prvek. Ve svém nelegovaném stavu je tento kov stejně silný jako některá ocel, ale méně hustá.

Fyzikální vlastnosti kovu

To je silný kov s nízkou hustotou, spíše plastovou (zejména v prostředí bez kyslíku), lesklé a metaloidově bílé. Relativně vysoká teplota tání vyšší než 1650 ° C (nebo 3000 ° F) je užitečná jako žáruvzdorný kov. Je paramagnetický a má spíše nízkou elektrickou a tepelnou vodivost.

Podle Mohsovy stupnice je tvrdost titanu 6. Podle tohoto indexu je poněkud nižší než tvrzená ocel a volfrám.

Komerčně čistý titan (99,2%) má nejvyšší pevnost v tahu přibližně 434 MPa, což odpovídá konvenčním slitinám z nekvalitních ocelí, ale titan je mnohem lehčí.

Chemické vlastnosti titanu

Stejně jako hliník a hořčík, titan a jeho slitiny jsou při vystavení vzduchu okamžitě oxidovány. Reaguje pomalu s vodou a vzduchem při teplotě okolí, protože tvoří pasivní oxidový povlak, který chrání objemový kov před další oxidací.

Atmosférická pasivace dává titanu vynikající odolnost proti korozi téměř ekvivalentní platině. Titan je schopen odolat záchvatům zředěné kyseliny sírové a kyseliny chlorovodíkové, roztoků chloridů a většiny organických kyselin.

Titan je jedním z mála prvků, které hoří v čistém dusíku, reaguje při teplotě 800 ° C (1470 ° F) za vzniku nitridu titanu. Vzhledem k vysoké reaktivitě s kyslíkem, dusíkem a některými jinými plyny se v titanových sublimačních pumpách používají titanové filamenty jako čističe těchto plynů. Taková čerpadla jsou levná a spolehlivě produkují extrémně vysoký vakuový systém extrémně nízký tlak.

Typické minerály obsahující titan jsou anatas, brookit, ilmenit, perovskit, rutil a titanit (sféna). Z těchto minerálů pouze rutil a ilmenit mají ekonomický význam, ale dokonce je obtížné je nalézt ve vysokých koncentracích.

Titan se nachází v meteoritů a byl nalezen na hvězdách Slunce a typu M s povrchovou teplotou 3200 ° C (5790 ° F).

Dosud známé metody extrakce titanu z různých rud jsou časově náročné a drahé.

Výroba a výroba

V současnosti se vyvíjí a používá přibližně 50 stupňů titanu a slitin titanu. K dnešnímu dni je uznáno 31 tříd titanu a slitin, jejichž třídy 1 až 4 jsou komerčně čisté (nelegované). Liší se v pevnosti v tahu v závislosti na koncentraci kyslíku, s třídou 1 je nejvíce tažný (nejnižší pevnost v tahu s obsahem kyslíku 0,18%), a třída 4 - nejméně plast (maximální pevnost v tahu, aby obsah kyslíku 0,40% ).

Zbývající třídy jsou slitiny, z nichž každá má specifické vlastnosti:

• plasticita;
• síla;
• tvrdost;
• elektrický odpor;
• specifická odolnost proti korozi a jejich kombinace.

Kromě těchto specifikací, titanové slitiny jsou také ke splnění požadavků v leteckém a obranných technologií (SAE-AMS, MIL-T), ISO norem a specifikací pro konkrétní země, stejně jako požadavky koncových uživatelů pro vzdušný prostor, armádu, lékařské a průmyslové aplikace.

Komerčně čistý plochý výrobek (plech, deska) může být snadno vytvořen, ale ošetření musí brát v úvahu skutečnost, že kov má "paměť" a tendenci se vracet zpět. To platí zejména u některých vysoce pevných slitin.

Titan se často používá k výrobě slitin:

• s hliníkem;
• s vanátem;
• s mědí (pro tuhnutí);
• se železem;
• s manganem;
• s molybdenem a jinými kovy.

Aplikace

Titanové slitiny ve formě plechů, desek, prutů, drátů, odlitků se používají na průmyslových, leteckých, rekreačních a rozvíjejících se trzích. Práškový titan se používá v pyrotechnice jako zdroj jasně hořících částic.

Vzhledem k tomu, titanové slitiny mají vysokou pevnost v tahu k hustotě, dobrou odolnost proti korozi, únavu, vysokou odolnost vůči praskání a schopnost odolávat středně vysokou teplotní odolnost, jsou používány v letadlech, s výhradami, v námořních dopravních prostředků, kosmických lodí a raket.

Pro tyto aplikace titanové slitiny hliníku, zirkonia, niklu, vanadu, a další prvky pro výrobu různých složek, včetně kritických komponent, požární stěny, skříně, výfukové trubky (helikoptéry) a hydraulického systému. Ve skutečnosti se asi dvě třetiny vyrobeného titanového kovu používají v leteckých motorech a rámy.

Vzhledem k tomu, titanových slitin odolných vůči mořské korozi, které se používají pro výrobu tepelných výměníků výrobní kloubové hřídele, atd ... Tyto slitiny se používají ve skříních a součástech pozorovacích přístrojů pro monitorování a námořní vědou a armádou.

Specifické slitiny se používají v jamkách a ropných vrtech a v hydrometalurgii niklu pro jejich vysokou pevnost. Průmyslový a papírenský průmysl používá titan v zařízeních pro zpracování, které jsou vystaveny korozním médiím, jako je chlornan sodný nebo mokrý plynný chlor (při bělení). Mezi další aplikace patří ultrazvukové svařování, pájení vlnou.

Kromě toho se tyto slitiny používají v automobilech, zejména v závodech automobilů a motocyklů, kde je velmi důležitá nízká hmotnost, vysoká pevnost a tuhost.

Titan je používán v mnoha sportovních potřeb, jako jsou tenisové rakety, golfové hole, šachet lakrossa- kriket, hokej, lakros a fotbal přilby, stejně jako rámů jízdních kol a komponentů.

Díky své životnosti se titan stal populárnějším v oblasti návrhářských šperků (zejména titanových prstenů). Jeho inertnost z něj činí dobrou volbu pro osoby s alergiemi nebo pro ty, kteří budou nosit šperky v prostředích, jako jsou bazény. Titan je také legován ze zlata za účelem výroby slitiny, kterou lze prodávat jako 24karátové zlato, protože 1% slitiny Ti nestačí, aby vyžadovalo menší značku. Výsledná slitina je přibližně tvrdost 14karátového zlata a je silnější než čisté 24karátové zlato.

Bezpečnostní opatření

Titan je netoxický i při vysokých dávkách. Ve formě prášku nebo ve formě kovových hoblin představuje vážné nebezpečí požáru a při ohřátí na vzduchu hrozí nebezpečí výbuchu.

Vlastnosti a aplikace slitin titanu

Níže je uveden přehled nejběžnějších slitin titanu, které jsou rozděleny do tříd, jejich vlastností, výhod a průmyslových aplikací.

Stupeň 7

Třída 7 je mechanicky a fyzicky ekvivalentní čistému titanu třídy 2, s výjimkou přidání mezilehlého prvku palladia, který z něj dělá slitinu. Má vynikající svařitelnost a pružnost, nejvyšší odolnost vůči korozi všech slitin tohoto typu.

Třída 7 se používá v chemických procesech a součástech výrobního zařízení.

Stupeň 11

Třída 11 je velmi podobná třídě 1, s výjimkou přidání palladia ke zlepšení odolnosti proti korozi, což z něj činí slitinu.

Další užitečné vlastnosti zahrnují optimální tažnost, pevnost, houževnatost a vynikající svařitelnost. Tato slitina může být použita zejména v případech, kdy koroze způsobuje problémy:

• chemická úprava;
• výroba chlorečnanů;
• odsolování;
• mořské aplikace.

Ti 6Al-4V, třída 5

Použije se nejčastěji slitina Ti 6Al-4V nebo titan 5. To představuje 50% celkové spotřeby titanu na celém světě.

Jednoduchost použití spočívá v jeho mnoha výhodách. Ti 6Al-4V může být tepelně zpracován, aby se zlepšila jeho pevnost. Tato slitina má vysokou pevnost při nízké hmotnosti.

To je nejlepší slitina, kterou používáte v několika odvětvích, jako je letecký, lékařský, námořní a chemický zpracovatelský průmysl. Může být použit při vytváření:

• letecké turbíny;
• součásti motoru;
• konstrukční prvky letadla;
• letecké kování;
• vysoce výkonné automatické součásti;
• sportovní vybavení.

Ti 6AL-4V ELI, třída 23

Třída 23 - chirurgický titan. Slitina Ti 6AL-4V ELI nebo třída 23 je verze s vyšší čistotou Ti 6Al-4V. Může být vyroben z rolí, nití, drátů nebo plochých drátů. To je nejlepší volba pro každou situaci, kdy je zapotřebí kombinace vysoké pevnosti, nízké hmotnosti, dobré odolnosti proti korozi a vysoké viskozity. Má výbornou odolnost proti poškození.

Může být použita v biomedicínských aplikacích, jako jsou implantabilní komponenty díky své biokompatibilitě, dobrá únavová pevnost. Může být také použit v chirurgických procedurách pro výrobu takových struktur:

• ortopedické kolíky a šrouby;
• svorky pro ligaturu;
• chirurgické sponky;
• pružiny;
• ortodontické přístroje;
• kryogenní nádoby;
• zařízení pro upevnění kostí.

Stupeň 12

Titanová třída 12 má výbornou svařitelnost vysoké kvality. Jedná se o vysoce pevnou slitinu, která poskytuje vysokou pevnost při vysokých teplotách. Titanová třída 12 má charakteristiky podobné řadě 300 z nerezové oceli.

Jeho schopnost vytvářet různými způsoby je užitečná v mnoha aplikacích. Vysoká odolnost proti korozi této slitiny také činí za výrobní zařízení neocenitelnou cenu. Třída 12 může být použita v následujících oborech:

• výměníky tepla;
• hydrometalurgické aplikace;
• chemická výroba se zvýšenou teplotou;
• mořské a vzdušné komponenty.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2,5Sn je slitina, která může zajistit dobrou svařitelnost se stabilitou. Má také vysokou teplotní stabilitu a vysokou pevnost.

Ti 5Al-2.5Sn se používá hlavně v letecké sféře i v kryogenních instalacích.