Metal od titana. Svojstva titana. Upotreba titana. Materije i hemijski sastav titana

Jedan od najčešćih elemenata koji se nalazi u zemlji je titan. Prema rezultatima studija, nalazi se na 4. mjestu po zastupljenosti, pri čemu vodeće pozicije ima aluminij, željezo i magnezij. Unatoč tako širokoj distribuciji, titan se počeo koristiti u industriji tek u 20. stoljeću. Legure titana uvelike su utjecale na razvoj rakete i zrakoplovstva, što je povezano s kombinacijom male gustoće s visokom specifičnom čvrstoćom, kao i otpornošću na koroziju. Razmotrimo detaljnije sve značajke ovog materijala.

Opće karakteristike titana i njegovih legura

Njihova široka rasprostranjenost određuju osnovna mehanička svojstva legura titana. Ako ne obratite pažnju na kemijski sastav, tada se sve legure titana mogu okarakterizirati na sljedeći način:

1. Visoka otpornost na koroziju. Nedostatak većine metala je taj što se na površini izlaže visokoj vlažnosti, a na površini se stvara korozija, koja ne samo da pogoršava izgled materijala, već i umanjuje njegove osnovne performanse. Titan je manje osjetljiv na vlagu od željeza.
2. Otpornost na hladnoću. Preniska temperatura uzrokuje značajno smanjenje mehaničkih svojstava legura titana. Često je moguće sresti situaciju u kojoj rad na niskim temperaturama uzrokuje značajno povećanje krhkosti. Titan se često koristi u proizvodnji svemirskih brodova.
3. Titan i legure titana imaju relativno malu gustoću, što značajno smanjuje težinu. Laki metali široko se koriste u raznim industrijama, na primjer, u izgradnji aviona, izgradnji nebodera itd.
4. Visoka specifična čvrstoća i niska gustoća karakteristike su koje se rijetko kombiniraju. Međutim, zbog ove kombinacije danas se najčešće koriste legure titana.
5. Proizvodnost tijekom obrade pod tlakom određuje da se legura često koristi kao obradak za prešanje ili drugu obradu.
6. Nedostatak odgovora na utjecaj magnetskog polja također će se nazvati razlogom zašto se legure koje se razmatraju široko koriste. Često je moguće sresti situaciju u kojoj se vrši proizvodnja konstrukcija tijekom čijeg rada nastaje magnetsko polje. Upotreba titana isključuje mogućnost povezivanja.

Ove glavne prednosti legura titana odredile su njihovu široku upotrebu. Međutim, kao što je ranije napomenuto, mnogo ovisi o specifičnom kemijskom sastavu. Primjerom se može nazvati činjenica da se tvrdoća mijenja ovisno o tome koje se tvari koriste za legiranje.

Važno je da tačka topljenja može doseći 1700 stepeni Celzijusa. Zbog toga se otpornost kompozicije na toplinu značajno povećava, ali je i proces obrade kompliciran.

Vrste legura titana

Klasifikacija legura titana temelji se na prilično velikom broju karakteristika. Sve legure mogu se podijeliti u nekoliko glavnih grupa:

1. Visoka čvrstoća i konstrukcija - jake legure titana, koje također imaju prilično visoku duktilnost. Zbog toga se mogu koristiti u proizvodnji dijelova koji su podložni promjenjivim opterećenjima.
2. Legure niske gustoće otporne na toplinu koriste se kao jeftinija alternativa legurama nikla otpornim na toplinu, uzimajući u obzir određeni temperaturni raspon. Čvrstoća takve legure titana može varirati u prilično širokom rasponu, ovisno o specifičnom kemijskom sastavu.
3. Legure titana na bazi kemijskog spoja imaju strukturu otpornu na visoke temperature s niskom gustoćom. Zbog značajnog smanjenja gustoće, smanjuje se i težina, a otpornost na toplinu omogućuje upotrebu materijala u proizvodnji aviona. Osim toga, s ovom markom povezana je i visoka plastičnost.

Označavanje legura titana provodi se prema određenim pravilima, koja omogućuju određivanje koncentracije svih elemenata. Pogledajmo pobliže neke od najčešćih vrsta legura titana.

S obzirom na najčešće vrste legura titana, treba obratiti pažnju na VT1-00 i VT1-0. Pripadaju klasi tehničkih titana. Sastav ove legure titana uključuje prilično veliku količinu različitih nečistoća koje određuju smanjenje čvrstoće. Međutim, zbog smanjenja čvrstoće, duktilnost se značajno povećava. Visoka tehnološka plastičnost određuje da se tehnički titan može dobiti čak i u proizvodnji folije.

Vrlo često se sastav legure koji se razmatra podvrgava hladnoj obradi. Zbog toga se povećava čvrstoća, ali se duktilnost značajno smanjuje. Mnogi stručnjaci vjeruju da se razmatrana metoda obrade ne može nazvati najboljom, jer nema složeno povoljno djelovanje na osnovna svojstva materijala.

Legura VT5 je prilično uobičajena, karakterizirana upotrebom isključivo aluminija kao legirajućeg elementa. Važno je napomenuti da se aluminij smatra najčešćim legirajućim elementom u legurama titana. To je zbog sljedećih tačaka:

1. Upotreba aluminija može značajno povećati module elastičnosti.
2. Aluminij također omogućuje povećanje vrijednosti otpornosti na toplinu.
3. Ovaj je metal jedan od najčešćih takve vrste, zbog čega se troškovi dobivenog materijala značajno smanjuju.
4. Indeks krhkosti vodika je smanjen.
5. Gustoća aluminija je niža od gustoće titana, zbog čega uvođenje razmatrane legirajuće tvari može značajno povećati specifičnu čvrstoću.

Kada je vruć, VT5 je dobro kovan, valjan i utisnut. Zato se često koristi za kovanje, valjanje ili štancanje. Takva struktura može izdržati udar ne veći od 400 stepeni Celzijusa.

Legura titana VT22 može imati vrlo različitu strukturu, koja ovisi o kemijskom sastavu. Operativne karakteristike materijala uključuju sljedeće točke:

1. Visoka tehnološka plastičnost tokom tretmana vrućim pritiskom.
2. Koristi se za proizvodnju šipki, cijevi, ploča, štancanja, profila.
3. Za zavarivanje se mogu koristiti sve najčešće metode.
4. Važna stvar je da se nakon završetka postupka zavarivanja preporučuje žarenje, zbog čega se mehanička svojstva rezultirajućeg zavara značajno povećavaju.

Performanse legure titana VT22 mogu se značajno poboljšati korištenjem složene tehnologije žarenja. Omogućava zagrijavanje na visoku temperaturu i držanje nekoliko sati, nakon čega se postupno hlađenje vrši u peći, također sa dugotrajnim držanjem. Nakon visokokvalitetnog žarenja, legura je pogodna za proizvodnju visoko opterećenih dijelova i struktura koji se mogu zagrijati na temperature veće od 350 stepeni Celzijusa. Primjeri uključuju trup, krilo, upravljački sistem ili dijelove za pričvršćivanje.

Danas se legura titana VT6 široko koristi u inozemstvu. Svrha takve legure titana je izrada cilindara koji mogu raditi pod visokim pritiskom. Osim toga, prema rezultatima provedenih studija, u 50% slučajeva u zrakoplovnoj industriji koristi se legura titana, koja po svojim performansama i sastavu odgovara VT6. Standard GOST danas se praktično ne koristi u inozemstvu za označavanje titana i mnogih drugih legura, što treba uzeti u obzir. Za označavanje se koristi njegova jedinstvena oznaka.

VT6 ima izuzetne performanse zbog činjenice da se kompoziciji dodaje i vanadijum. Ovaj legirajući element karakterizira činjenica da povećava ne samo čvrstoću, već i plastičnost.

Ova legura je dobro deformirana kada je vruća, što se također može nazvati pozitivnom kvalitetom. Prilikom njegove uporabe dobivaju se cijevi, različiti profili, ploče, limovi, štancanje i mnoge druge praznine. Za zavarivanje se mogu koristiti sve moderne metode, što također značajno proširuje opseg predmetne legure titana. Kako bi se poboljšale performanse, provodi se i toplinska obrada, na primjer, žarenje ili kaljenje. Dugo se žarenje vršilo na temperaturi ne višoj od 800 stepeni Celzijusa, međutim, rezultati provedenih studija ukazuju na to da ima smisla povećati indikator na 950 stepeni Celzijusa. Dvostruko žarenje često se radi kako bi se povećala otpornost na koroziju.

Legura VT8 se također široko koristi. U usporedbi s prethodnim, ima veću čvrstoću i otpornost na toplinu. Uspjeli su postići jedinstvene performanse dodavanjem velike količine aluminija i silicija u sastav. Treba imati na umu da je maksimalna temperatura na kojoj se može raditi s ovom legurom titana oko 480 stepeni Celzijusa. Varijacija ove kompozicije može se nazvati VT8-1. Njegove glavne performanse su sljedeće:

1. Visoka termička stabilnost.
2. Mala vjerojatnost pucanja u strukturi zbog stvaranja jakih veza.
3. Mogućnost proizvodnje prilikom izvođenja različitih postupaka obrade, na primjer, hladnog štancanja.
4. Visoka duktilnost uz povećanu čvrstoću.

Kako bi se značajno poboljšale performanse, često se provodi dvostruko izotermičko žarenje. U većini slučajeva, ova legura titana koristi se u proizvodnji otkivaka, ribnjaka, raznih ploča, štancanja i drugih praznina. Međutim, treba imati na umu da posebnosti sastava ne dopuštaju zavarivanje.

Primjena legura titana

S obzirom na područja primjene legura titana, primjećujemo da se većina sorti koristi u sferi zrakoplovstva i raketa, kao i u proizvodnji brodova. Za proizvodnju dijelova avionskih motora drugi metali nisu prikladni zbog činjenice da se zagrijavanjem na relativno niske temperature počinju topiti, zbog čega se struktura deformira. Također, povećanje težine elemenata postaje razlog gubitka efikasnosti.

Primjena legura titana u medicini

Materijal ćemo primijeniti u proizvodnji:

1. Cjevovodi za opskrbu raznim tvarima.
2. Zaporni ventili.
3. Ventili i drugi slični proizvodi koji se koriste u agresivnim kemijskim okruženjima.
4. U konstrukciji zrakoplova, legura se koristi za dobivanje kože, različitih pričvršćivača, dijelova šasije, sklopova napajanja i drugih jedinica. Kako pokazuju rezultati provedenog istraživanja, uvođenje takvog materijala smanjuje težinu za oko 10-25%.
5. Još jedno područje primjene je raketa. Kratkotrajni rad motora, kretanje velikom brzinom i ulazak u guste slojeve postaje razlog zašto konstrukcija prolazi kroz velika opterećenja koja ne mogu izdržati sve materijale.
6. U kemijskoj industriji legura titana koristi se zbog činjenice da ne reagira na učinke različitih tvari.
7. U brodogradnji je titan dobar jer ne reagira na učinke slane vode.

Općenito, možemo reći da je područje primjene legura titana vrlo opsežno. U tom se slučaju vrši legiranje, zbog čega se osnovne operativne kvalitete materijala značajno povećavaju.

Toplinska obrada legura titana

Kako bi se poboljšale performanse, provodi se termička toplinska obrada legura titana. Ovaj proces je značajno komplikovan zbog činjenice da se preuređivanje kristalne rešetke površinskog sloja odvija na temperaturama iznad 500 stepeni Celzijusa. Za legure VT5 i VT6-C često se provodi žarenje. Vrijeme držanja može se značajno razlikovati, ovisno o debljini obratka i drugim linearnim dimenzijama.

Dijelovi izrađeni od VT14, u vrijeme upotrebe, moraju izdržati temperature do 400 stepeni Celzijusa. Zato toplinska obrada uključuje otvrdnjavanje nakon čega slijedi starenje. Istovremeno, za gašenje je potrebno zagrijavanje medija na temperaturu od oko 900 stepeni Celzijusa, dok starenje uključuje izlaganje okolini sa temperaturom od 500 stepeni Celzijusa duže od 12 sati.

Metode indukcijskog grijanja omogućuju širok spektar procesa toplinske obrade. Primjeri uključuju žarenje, starenje, normalizaciju itd. Posebni načini toplinske obrade odabiru se ovisno o tome koje karakteristike performansi treba postići.

1metal.com Metalurško tržište 1metal.com Kratke informacije o titanijumu i njegovim legurama ukrajinskih kompanija na platformi za trgovanje metalima 1metal.com 4,6 zvjezdica na osnovu 95

Titan i njegove legure

Titanium rasprostranjena u zemljinoj kori, gdje sadrži oko 6%, a po rasprostranjenosti zauzima četvrto mjesto nakon aluminija, željeza i magnezija. Međutim, industrijska metoda za njegovo vađenje razvijena je tek 40 -ih godina dvadesetog stoljeća. Zahvaljujući napretku u području zrakoplova i rakete, intenzivno se razvijala proizvodnja titana i njegovih legura. To je zbog kombinacije tako vrijednih svojstava titana kao što su mala gustoća i velika specifična čvrstoća (s in / r × g), otpornost na koroziju, proizvodnost tokom obrade pod pritiskom i zavarivanje, otpornost na hladnoću, nemagnetna svojstva i niz drugih vrijednih fizičkih i mehaničkih karakteristika navedenih u nastavku.

Karakteristike fizičkih i mehaničkih svojstava titana (VT1-00)

Gustoća r, kg / m 3	4,5 × 10 –3
Temperatura topljenja T pl , ° C	1668 ± 4
Koeficijent linearnog širenja a × 10 –6, stepeni –1	8,9
Toplotna provodljivost l, W / (m × deg)	16,76
Vlačna čvrstoća s in, MPa	300–450
Uslovno naprezanje tečenja s 0,2 , MPa	250–380
Specifična čvrstoća (s in / r × g) × 10 –3, km	7–10
Izduženje d,%	25–30
Relativno sužavanje Y,%	50–60
Normalni modul elastičnosti E´ 10 –3, MPa	110,25
Modul smicanja G´ 10 –3, MPa	41
Poissonov omjer m,	0,32
Tvrdoća HB	103
Udarna čvrstoća KCU, J / cm 2	120

Titan ima dvije polimorfne modifikacije: titan sa šesterokutnom zatvorenom rešetkom s točkama a= 0,296 nm, sa= 0,472 nm i visokotemperaturna modifikacija b-titana sa kubnom rešetkom centriranom na tijelo sa periodom a= 0,332 nm na 900 ° C. Temperatura polimorfne a "b transformacije je 882 ° C.

Mehanička svojstva titana u velikoj mjeri ovise o sadržaju nečistoća u metalu. Postoje međuprostorne nečistoće - kisik, dušik, ugljik, vodik i zamjenske nečistoće, koje uključuju željezo i silicij. Iako nečistoće povećavaju čvrstoću, u isto vrijeme naglo smanjuju plastičnost, a najjači negativan učinak imaju intersticijske nečistoće, osobito plinovi. Uvođenjem samo 0,003% H, 0,02% N ili 0,7% O, titan potpuno gubi sposobnost plastične deformacije i lomi se.

Vodik je posebno štetan, što uzrokuje vodonična krhkost legure titana. Vodik ulazi u metal tijekom taljenja i naknadne obrade, posebno prilikom kiseljenja poluproizvoda. Vodik je slabo topiv u a-titaniju i tvori lamelarne čestice hidrida, što smanjuje udarnu čvrstoću, a posebno je negativno u ispitivanjima s odloženim lomom.

Industrijski način proizvodnje titana sastoji se u obogaćivanju i hloriranju titanove rude, nakon čega slijedi njegova redukcija iz titanijevog tetraklorida metalnim magnezijem (magnezijsko-termička metoda). Dobiveno ovom metodom sunđera od titana(GOST 17746-79), ovisno o kemijskom sastavu i mehaničkim svojstvima, proizvode se sljedeće marke:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-T B (vidi tabelu 17.1). Brojevi označavaju Brinellovu tvrdoću HB, T B - tvrdu.

Za dobivanje monolitnog titana, spužva se melje u prah, preša i sinterira ili pretapa u lučnim pećima u vakuumu ili atmosferi inertnog plina.

Mehanička svojstva titana odlikuju se dobrom kombinacijom čvrstoće i duktilnosti. Na primjer, komercijalno čisti titan razreda VT1-0 ima: s v = 375–540 MPa, s 0,2 = 295–410 MPa, d ³ 20%, a prema ovim karakteristikama nije inferiorno u odnosu na niz čelika otpornih na ugljik i Cr-Ni koroziju.

Visoka duktilnost titana u usporedbi s drugim metalima s hcp rešetkom (Zn, Mg, Cd) objašnjava se velikim brojem kliznih i twinning sistema zbog niskog omjera sa/a= 1.587. Očigledno je to povezano s visokom otpornošću na hladnoću titana i njegovih legura (za više detalja vidi pogl. 13).

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

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

Titan je jedan od reaktivnih metala, ali ima visoku otpornost na koroziju, jer se na njegovoj površini stvara stabilan pasivni TiO 2 film koji je čvrsto vezan za osnovni metal i isključuje njegov direktan kontakt s korozivnim medijem. Debljina ovog filma obično doseže 5–6 nm.

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

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

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

Titan je dobro pod pritiskom kada je vruć, a zadovoljavajući kada je hladan. Lako se valja, kova i utiskuje. Titan i njegove legure dobro su zavarene otporom i zavarivanjem argon-lukom, pružajući visoku čvrstoću i duktilnost zavarenog spoja. Nedostatak titana je loša obradivost zbog tendencije lijepljenja, niske toplinske vodljivosti i loših svojstava protiv trenja.

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

Tabela 17.1

Ocjene, kemijski sastav (%) i tvrdoća spužve od titana (GOST 17746-79)

	Ti, ne manje								Tvrdoća HB, 10/1500/30, ne više

Tabela 17.2

Stupnjevi i hemijski sastav (%) kovanih legura titana (GOST 19807-91)

Oznake marke

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

Na formiranje strukture i posljedično na svojstva legura titana odlučujuće utječu fazne transformacije povezane s polimorfizmom titana. Na sl. 17.1 prikazani su dijagrami dijagrama stanja "legirajući element od titana", koji odražavaju podjelu legirajućih elemenata prema prirodi njihovog utjecaja na polimorfne transformacije titana u četiri grupe.

a -Stabilizatori(Al, O, N), koji povećavaju temperaturu polimorfne transformacije a «b i proširuju raspon čvrstih otopina na bazi a-titana (slika 17.1, a). S obzirom na učinak krtosti dušika i kisika, samo je aluminij od praktične važnosti za legiranje titana. On je glavni legirajući element u svim industrijskim legurama titana, smanjuje njihovu gustoću i sklonost prema krhkosti vodika, a također povećava njihovu čvrstoću i modul elastičnosti. Legure sa stabilnom a -strukturom ne stvrdnjavaju se termičkom obradom.

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

B-stabilizatori koji stvaraju eutektoide (Cr, Mn, Cu, itd.) Mogu stvarati intermetalna jedinjenja tipa TiX sa titanom. U ovom slučaju, nakon hlađenja, b-faza prolazi kroz eutektoidnu transformaciju b ® a + TiX (slika 17.1, v). Većina
b-stabilizatori povećavaju čvrstoću, otpornost na toplinu i toplinsku stabilnost legura titana, donekle smanjujući njihovu duktilnost (slika 17.2.). Osim toga, legure sa (a + b) i pseudo-b strukturom mogu se očvrsnuti toplinskom obradom (kaljenje + starenje).

Neutralni elementi (Zr, Sn) ne utječu značajno na temperaturu polimorfne transformacije i ne mijenjaju fazni sastav legura titana (slika 17.1, G).

Polimorfna b ® a -transformacija se može dogoditi na dva načina. Uz sporo hlađenje i veliku pokretljivost atoma, to se događa prema uobičajenom difuzijskom mehanizmu s formiranjem poliedarske strukture čvrstog a -riješenja. Nakon brzog hlađenja - pomoću martenzitnog mehanizma bez difuzije s formiranjem igleste martenzitne strukture, označene sa ¢ ili, s većim stupnjem dopinga, a ¢. Kristalna struktura a, a ¢, a ¢ ¢ praktički je istog tipa (hcp), međutim, rešetke a ¢ i a are su više iskrivljene, a stupanj izobličenja raste s povećanjem koncentracije legirajućih elemenata. Postoje podaci [1] da je rešetka a ¢ ¢ -fa rombična, a ne šesterokutna. Tokom starenja, b -faza ili intermetalna faza se oslobađa iz a ¢ i a ¢ ¢ faza.

Pirinač. 17.1. Dijagrami stanja sistema "Ti-legirajući element" (dijagrami):
a) "Ti -a -stabilizatori";
b) "Ti -izomorfni b -stabilizatori";
v) "Ti-eutektoidni b-stabilizatori";
G) "Ti-neutralni elementi"

Pirinač. 17.2. Utjecaj legirajućih elemenata na mehanička svojstva titana

Za razliku od martenzita od ugljičnih čelika, koji je međuprostorni rastvor i odlikuje se velikom čvrstoćom i lomljivošću, martenzit od titana je supstituciona otopina, a kaljenje titanovih legura do martenzita a dovodi do blagog očvršćavanja i nije praćeno naglim smanjenjem duktilnosti .

Fazne transformacije koje se dešavaju tokom sporog i brzog hlađenja legura titana sa različitim sadržajem b-stabilizatora, kao i rezultujuće strukture odražene su u generalizovanom dijagramu (slika 17.3). Vrijedi za izomorfne b -stabilizatore (slika 17.1, b) i, s određenom aproksimacijom, za b-stabilizatore koji formiraju eutektoid (slika 17.1, v), budući da se eutektoidno razlaganje u ovim legurama događa vrlo sporo i može se zanemariti.

Pirinač. 17.3. Shema promjena faznog sastava legura "Ti-b-stabilizator" ovisno o brzini
hlađenje i gašenje iz b-područja

Nakon sporog hlađenja u legurama titana, ovisno o koncentraciji b-stabilizatora, mogu se dobiti strukture: a, a + b, odnosno b.

Prilikom kaljenja kao rezultat martenzitne transformacije u temperaturnom području M n –M k (prikazano isprekidanom linijom na slici 17.3), treba razlikovati četiri grupe legura.

U prvu skupinu spadaju legure s koncentracijom b-stabilizacijskih elemenata do C 1, odnosno legure koje, kad se ugase iz b-regije, imaju isključivo ¢ (a ¢ ¢) -strukturu. Nakon gašenja ovih legura s temperatura (a + b) -regiona u rasponu od polimorfne transformacije do T 1, njihova struktura je mješavina faza a ¢ (a ¢ ¢), a i b, a nakon gašenja s temperatura ispod T cr imaju (a + b) -strukturu.

Drugu grupu čine legure s koncentracijom legirajućih elemenata od C 1 do C cr, u kojima se, kad se ugasi iz b-regije, martenzitna transformacija ne dogodi do kraja i one imaju strukturu a ¢ (a ¢ ¢ ) i b. Legure ove grupe nakon kaljenja sa temperatura od polimorfne transformacije do T cr imaju strukturu a ¢ (a ¢ ¢), a i b, a od temperature ispod T cr - struktura (a + b).

Kaljenje legura treće grupe sa koncentracijom b-stabilizacionih elemenata od C cr do C 2 od temperatura b-regiona ili od temperatura od polimorfne transformacije do T 2 prati transformacija dijela b faze u w fazu, a legure ovog tipa nakon kaljenja imaju (b + w) strukturu. Legure treće grupe nakon kaljenja sa nižih temperatura T 2 imaju strukturu (b + a).

Legure četvrte grupe nakon kaljenja sa temperatura iznad polimorfne transformacije imaju isključivo b -strukturu, a sa temperatura ispod polimorfne transformacije - (b + a).

Treba napomenuti da se transformacija b ® b + w može dogoditi i pri kaljenju 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, prisustvo w-faze je nepoželjno, jer snažno krti legure titana. Preporučeni načini toplinske obrade isključuju njegovo prisustvo u industrijskim legurama ili njegov izgled u radnim uvjetima.

Za legure titana koriste se sljedeće vrste toplinske obrade: žarenje, kaljenje i starenje, kao i kemijska toplinska obrada (nitriranje, silikoniziranje, oksidacija itd.).

Žarenje se provodi za sve legure titana s ciljem dovršetka stvaranja strukture, izravnavanja strukturne i koncentracijske nehomogenosti, kao i mehaničkih svojstava. Temperatura žarenja trebala bi biti viša od temperature rekristalizacije, ali niža od temperature prijelaza u b-stanje ( T nn) kako bi se izbjegao rast zrna. Prijavite se konvencionalno žarenje, dvostruko ili izotermičko(za stabilizaciju strukture i svojstava), nepotpuno(za ublažavanje unutrašnjeg stresa).

Otvrdnjavanje i starenje (toplinska obrada stvrdnjavanjem) primjenjivo je na legure titana sa (a + b) -strukturom. Princip toplinske obrade stvrdnjavanjem sastoji se u dobivanju, tijekom gašenja, metastabilnih faza b, a ¢, a ¢ ¢ i njihovom naknadnom razlaganju s oslobađanjem dispergiranih čestica a - i b -faza tijekom umjetnog starenja. U ovom slučaju učinak stvrdnjavanja ovisi o vrsti, količini i sastavu metastabilnih faza, kao i disperziji čestica a - i b -faze nastalih nakon starenja.

Kemijska toplinska obrada provodi se radi povećanja tvrdoće i otpornosti na habanje, otpornosti na "zapaljenje" pri radu u uvjetima trenja, čvrstoće na zamor, kao i radi poboljšanja otpornosti na koroziju, otpornosti na toplinu i topline. Praktične primjene su nitriranje, silikoniziranje i neke vrste difuzijske metalizacije.

Legure titana u usporedbi s komercijalnim titanom imaju veću čvrstoću, uključujući i pri visokim temperaturama, uz zadržavanje dovoljno visoke duktilnosti i otpornosti na koroziju.

Ocjene i hemijski sastav domaćih
legure (GOST 19807-91) prikazane su u tablici. 17.2.

Prema tehnologiji proizvodnje, legure titana dijele se na kovane i livnice; po nivou mehaničkih svojstava - za legure niske čvrstoće i povećane duktilnosti, prosek čvrstoća, velika čvrstoća; prema uslovima korišćenja - uključeno otporan na hladnoću, toplinu, otporan na koroziju . Prema sposobnosti očvršćavanja toplinskom obradom dijele se na otvrdnuti i neojačan, prema strukturi u žarenom stanju -u a -, pseudo -a -, (a + b) -, pseudo -b -i b -legure (Tabela 17.3).

Pojedine grupe legura titana razlikuju se po vrijednosti uvjetnog koeficijenta stabilizacije Kb, koji prikazuje omjer sadržaja b-stabilizirajućeg legirajućeg elementa i njegovog sadržaja u leguri kritičnog sastava sa cr. Kada legura sadrži nekoliko b-stabilizacijskih elemenata, njihova Kb se sažima.

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

Ove se legure odlikuju visokom duktilnošću i u toplom i u hladnom stanju, što omogućuje dobivanje svih vrsta poluproizvoda: folije, trake, limova, ploča, otkovaka, štancanja, profila, cijevi itd. Mehanička svojstva poluproizvodi od ovih legura dati su u tab. 17.4–17.6.

Tabela 17.3

Klasifikacija legura titana prema strukturi

Grupa legura	Legura razreda
	VT1-00, VT1-0, VT5, VT5-1, PT-7M
Pseudo-a-legure (Kb< 0,25)	OT4-0, OT4-1, OT4, VT20, AT3
(a + b) -Martensitna klasa ( Kb= 0,3–0,9)	VT6S, VT6, VT14, VT8, VT9, PT-3V, VT3-1, AT3
(a + b) - Legure prelaznog razreda ( Kb= 1,0–1,4)
Pseudo -b -legure ( Kb= 1,5–2,4)	VT35 *, VT32 *, VT15
b - Legure ( Kb= 2,5–3,0)

* Legure sa iskustvom.

Tabela 17.4

Mehanička svojstva limova od titanijuma (GOST 22178-76)

Proizvodi od titana legure	Stanje uzorka kada se testira	Debljina limova, mm	Krajnja snaga, s in, MPa	Produženje, d,%
	Žario
		6.0-10.5
		6.0-10.5
	Žario
		6.0-10.5
		6.0-10.5
		6.0-10.5
			885 (885–1080)
	Žario		885 (885–1050)
		St. 5.0-10.5	835 (835–1050)
	Kaljeno i veštački ostario
		St. 7.0-10.5
	Žario		930 (930–1180)
		4.0-10.5
	Žario i ispravljeno		980 (980–1180)
		4.0-10.5

Bilješka. Vrijednosti u zagradama odnose se na završne ploče visoke površine.

Tabela 17.5

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

Legura razreda	State ispitani uzorci	Prečnik šipke,	Limit snaga je u, MPa	Relativno izduženje d, %	Relativno sužavanje y,	Šok viskozitet KCU, J / cm 2
	Žario
	Žario
	Žario		885 (905–1050)
			835 (835–1050)
	Otvrdnuo i ostario
	Žario
	Otvrdnuo i ostario
	Žario		930 (980–1230)
			930 (930–1180)
			980 (980–1230)
			930 (930–1180)
			980 (1030–1230)
			930 (980–1230)
	Žario		885 (885–1080)
			865 (865–1080)
	Otvrdnuo i ostario
	Žario		885 (930–1130)
			885 (885–1130)
			1030 (1080–1230)
			1030 (1080–1280)

Bilješka. Podaci u zagradama su za šipke višeg kvaliteta.

Tabela 17.6

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

Legura razreda	State materijal	Debljina ploča,	Krajnja snaga je prisutna, MPa	Izduženje d,%	Relativno sužavanje y,%	Udarna čvrstoća KCU, J / cm 2
	Bez termičku obradu
	Žario
	Žario
	Kaljeno i odležalo
	Žario
	Bez termičke obrade

Kovanje, kovanje i štancanje lima, valjanje, prešanje vrši se u vrućem stanju prema načinima navedenim u tabeli. 17.7. Završno valjanje, štancanje, izvlačenje i druge operacije izvode se u hladnom stanju.

Ove legure i proizvodi od njih se podvrgavaju žarenju samo prema načinima navedenim u tablici. 17.8. Nepotpuno žarenje koristi se za uklanjanje unutarnjih naprezanja nastalih mehaničkom obradom, štancanjem lima, zavarivanjem itd.

Ove legure su dobro zavarene topljenjem (argon-luk, potopljeni luk, elektrošlag) i kontaktnim (tačkastim, valjkastim) zavarivanjem. Kod zavarivanja topljenjem čvrstoća i duktilnost zavarenog spoja praktički su isti kao i kod običnog metala.

Otpornost na koroziju ovih legura je visoka u mnogim sredinama (morska voda, kloridi, lužine, organske kiseline itd.), Osim u otopinama HF, H 2 SO 4, HCl i nekim drugim.

Aplikacija. Ove legure se široko koriste kao konstrukcijski materijali za proizvodnju gotovo svih vrsta poluproizvoda, dijelova i konstrukcija, uključujući i zavarene. Njihova primjena je najefikasnija u vazduhoplovstvu, hemijskom inženjeringu, kriogenom inženjeringu (Tabela 17.9.), Kao i u jedinicama i objektima koji rade na temperaturama do 300-350 ° S.

Ova grupa uključuje legure vlačne čvrstoće 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), ne podvrgavaju se termičkoj obradi očvršćavanjem i koriste se u žarenom stanju. Legura VT6S ponekad se koristi u termički stvrdnutom stanju. Legure VT6 i VT14 koriste se u žarenom i termički stvrdnutom stanju. U potonjem slučaju, njihova čvrstoća postaje veća od 1000 MPa, pa će se razmotriti u odjeljku posvećenom legurama visoke čvrstoće.

Legure koje se razmatraju, uz povećanu čvrstoću, zadržavaju zadovoljavajuću duktilnost u hladnom stanju i dobru duktilnost u vrućem stanju, što omogućava dobivanje od njih svih vrsta poluproizvoda: limova, traka, profila, otkivaka, štancanja , cijevi itd. Izuzetak je legura VT5, od koje se ne izrađuju limovi i ploče zbog niske tehnološke plastičnosti. Načini rada vrućeg rada pritiskom su dati u tabeli. 17.7.

Ova kategorija legura čini najveći dio proizvodnje poluproizvoda koji se koriste u mašinstvu. Mehaničke karakteristike glavnih poluproizvoda date su u tabeli. 17.4–17.6.

Sve legure srednje čvrstoće dobro se zavaruju sa svim vrstama zavarivanja koje se koriste za titan. Čvrstoća i duktilnost fuzionim zavarenim spojem blizu su čvrstoće i duktilnosti osnovnog metala (za legure VT20 i VT6S, ovaj omjer je 0,9-0,95). Nakon zavarivanja preporučuje se nepotpuno žarenje kako bi se smanjila unutarnja naprezanja zavarivanja (Tablica 17.8).

Obradljivost ovih legura je dobra. Otpornost na koroziju u većini korozivnih okruženja slična je tehničkom titanijumu VT1-0.

Tabela 17.7

Načini rada vrućih titanovih legura

Legura razreda

Način kovanja ingota

Način kovanja prije deformisane praznine

Pritisnite način probijanja

Način probijanja čekićem

Mode list žigosanje

temperaturu deformacija, ° S

debljina, mm

temperaturu deformacija, ° C

temperaturu deformacija, ° S

temperaturu deformacija, ° S

temperaturu deformacija, ° C

završetak

završetak

završetak

završetak

Sve debljinu

40–70 40–70

40–70 40–70

40–50** 70***

40–50** 70***

850 900–850

40–50** 70***

Sve debljinu

* Stupanj deformacije za jedno grijanje,%.

** Deformacija u (a + b) -regionu.

*** Deformacija u b-području.

Tabela 17.8

Načini žarenja legura titana

Legura razreda	Temperatura žarenja, ° S		Bilješka
	Listovi i pojedinosti Od njih	Šipke, otkovci, štancanje, cijevi, profili i dijelovi od njih
			445-585 ° C *
			445-585 ° C *
			480-520 ° C *
			520-560 ° C *
			545-585 ° C *
			Izotermičko žarenje: zagrijavanje na 870–920 ° S, držanje, hlađenje na 600–650 ° S, hlađenje peći ili prijenos u drugu peć, držanje 2 sata, hlađenje na zraku
			Dvostruko žarenje, držanje na 550–600 ° C 2–5 h. Za dijelove s električnim žarenjem, žarenje na 850 ° S, dopušteno je hlađenje zrakom
			550-650 ° C *
			Žarenje je dozvoljeno prema sljedećim načinima: 1) zagrijavanje do 850 ° C, držanje, hlađenje peći do 750 ° S, držanje 3,5 h, hlađenje na zraku; 2) zagrijavanje do 800 ° C, držanje 30 minuta, hlađenje u pećnici na 500 ° C, zatim na zraku
			Dvostruko žarenje, držanje na 570–600 ° S - 1 h. Dozvoljeno je izotermičko žarenje: zagrijavanje do 920–950 ° C, držanje, hlađenje peći ili prijenos u drugu peć sa temperaturom 570–600 ° S, držanje 1 sat, hlađenje na zraku
			Dvostruko žarenje, držanje na 530–580 ° S - 2–12 h. Dozvoljeno je izotermičko žarenje: zagrijavanje do 950–980 ° C, držanje, hlađenje peći ili prijenos u drugu peć sa temperaturom 530–580 ° S, držanje 2–12 h, hlađenje zrakom
			550-650 ° C *
			Dozvoljeno je izotermičko žarenje: zagrijavanje do 790–810 ° C, držanje, hlađenje peći ili prijenos u drugu peć do 640–660 ° S, držanje 30 minuta, hlađenje na zraku
			Žarenje listova dopušteno je na 650-750 ° C, (600-650 ° C) *
		(ovisno o odjeljku i vrsti poluproizvoda)	Hlađenje u pećnici brzinom od 2-4 ° C / min do 450 ° C, zatim na zraku. Dvostruko žarenje, držanje na 500-650 ° C 1-4 h. Dvostruko žarenje je dozvoljeno za dijelove koji rade na temperaturama do 300 ° C i traju do 2000 h
			(545-585 ° S *)

* Temperature nepotpunog žarenja.

Tabela 17.9

Mehaničke karakteristike legura titana pri niskim temperaturama

	s u (MPa) na temperaturi, ° S			d (%) na temperaturi, ° S			KSU, J / cm 2 na temperaturi, ° S

Aplikacija. Ove legure se preporučuju za proizvodnju proizvoda štancanjem lima (OT4, VT20), za zavarene dijelove i sklopove, za zavarene dijelove (VT5, VT5-1, VT6S, VT20) itd. Legura VT6S je naširoko koristi za proizvodnju posuda i posuda pod visokim pritiskom. Dijelovi i sklopovi od legura OT4, VT5 mogu dugo raditi na temperaturama do 400 ° C i kratko vrijeme - do 750 ° C; od legura VT5-1, VT20 - dugo na temperaturama do 450–500 ° S i kratko vrijeme - do 800–850 ° S. Legure VT5-1, OT4, VT6S se također preporučuju za upotrebu u hladnjaku i kriogenog inženjeringa (Tabela 17.9).

Ova grupa uključuje legure vlačne čvrstoće s> 1000 MPa, naime (a + b) -legure razreda VT6, VT14, VT3-1, VT22. Visoka čvrstoća u ovim legurama postiže se termičkom obradom (kaljenje + starenje). Izuzetak je legura visoke legure VT22, koja čak i u 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 omogućava dobivanje različitih poluproizvoda od njih: limova (osim VT3- 1), šipke, ploče, otkivi, štancanje, profili itd. Načini toplog rada sa pritiskom dati su u tabeli. 17.7. Legure VT6 i VT14 u žarenom stanju (s u »850 MPa) mogu se hladno utiskivati ​​s malim deformacijama. Mehaničke karakteristike glavnih poluproizvoda u žarenom i stvrdnutom stanju date su u tabeli. 17.4–17.6.

Unatoč heterofaznoj strukturi, legure koje se razmatraju imaju zadovoljavajuću zavarljivost za sve vrste zavarivanja koje se koriste za titan. Kako bi se osigurao potrebni stupanj čvrstoće i duktilnosti, potrebno je potpuno žarenje, a za leguru VT14 (s debljinom zavarenih dijelova 10-18 mm) preporučuje se kaljenje praćeno starenjem. U tom slučaju čvrstoća zavarenog spoja (zavarivanje taljenjem) nije manja od 0,9 čvrstoće osnovnog metala. Duktilnost zavarenog spoja bliska je onoj od običnog metala.

Obradivost je zadovoljavajuća. Rezanje legura može se izvesti i u žarenom i u termički stvrdnutom stanju.

Ove legure imaju visoku otpornost na koroziju u žarenim i toplinski otvrdnutim uvjetima u vlažnoj atmosferi, morskoj vodi, u mnogim drugim korozivnim okruženjima, poput tehničkog titana.

Termičku obradu . Legure VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 su otvrdnute i stare (vidi gore). Preporučeni načini zagrijavanja za stvrdnjavanje i starenje za monolitne proizvode, poluproizvode i zavarene dijelove dati su u tablici. 17.10.

Hlađenje se tokom gašenja vrši u vodi, a nakon starenja - u zraku. Potpuno očvršćivanje osigurano je za dijelove izrađene od legura VT6, VT6S maksimalnog presjeka do 40–45 mm, a za legure 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 je njihova struktura prije očvršćavanja termičkom obradom bila jednakoosna ili "tkanje korpi". Primjeri početnih mikrostruktura koje pružaju zadovoljavajuća svojstva prikazani su na Sl. 17.4 (tipovi 1-7).

Tabela 17.10

Načini kaljenja toplinskom obradom legura titana

Legura razreda	Temperatura polimorfne transformacije T pp, ° S	Temperature grijanje za stvrdnjavanje, ° S	Temperature starenje, ° S	Trajanje starenje, h

Početna početna struktura legure s prisutnošću primarnih granica zrna b -faze (tipovi 8–9) pri pregrijavanju nakon kaljenja i starenja ili žarenja dovodi do odbacivanja - smanjenja čvrstoće i duktilnosti. Stoga je potrebno izbjegavati zagrijavanje (a + b) -legura na temperature iznad temperature polimorfne transformacije, budući da je nemoguće pregrijanu strukturu ispraviti toplinskom obradom.

Za vrijeme toplinske obrade preporučuje se zagrijavanje u električnim pećnicama s automatskom kontrolom temperature i snimanjem. Kako bi se spriječilo stvaranje kamenca, zagrijavanje gotovih dijelova i limova mora se izvesti u pećnicama sa zaštitnom atmosferom ili upotrebom zaštitnih premaza.

Prilikom zagrijavanja tankih limova radi stvrdnjavanja kako bi se izjednačila temperatura i smanjilo njihovo iskrivljavanje, ispod peći se postavlja čelična ploča debljine 30-40 mm. Za otvrdnjavanje dijelova složene konfiguracije i tankozidnih dijelova koriste se uređaji za pričvršćivanje kako bi se spriječilo savijanje i uzice.

Nakon visokotemperaturne obrade (kaljenje ili žarenje) u peći bez zaštitne atmosfere, poluproizvodi koji nisu podvrgnuti daljnjoj preradi moraju biti podvrgnuti hidro-pjeskarenju ili preradi korundnog pijeska, a proizvodi od lima moraju se i nagrizati.

Aplikacija. Legure titana velike čvrstoće koriste se za proizvodnju kritičnih dijelova i sklopova: zavarenih konstrukcija (VT6, VT14), turbina (VT3-1), štancano zavarenih sklopova (VT14), visoko opterećenih dijelova i žigosanih konstrukcija (VT22). Ove legure mogu dugo raditi na temperaturama do 400 ° C i kratko vrijeme do 750 ° C.

Značajka legura titana visoke čvrstoće kao konstrukcijskog materijala je njihova povećana osjetljivost na koncentratore naprezanja. Stoga je pri projektiranju dijelova od ovih legura potrebno uzeti u obzir brojne zahtjeve (poboljšana kvaliteta površine, povećanje radijusa prijelaza s jednog presjeka na drugi itd.), Slične onima koji postoje kada se koriste visoki -čelika čvrstoće.

- element 4. grupe 4. perioda. Prijelazni metal, koji pokazuje i bazična i kisela svojstva, prilično je rasprostranjen u prirodi - 10. mjesto. Za nacionalnu ekonomiju najzanimljiviji je spoj visoke tvrdoće metala i lakoće, što ga čini nezamjenjivim elementom u konstrukciji aviona. Ovaj članak će vam reći o označavanju, legiranju i drugim svojstvima metala od titana, dati opći opis i zanimljive činjenice o njemu.

Po izgledu metal najviše podsjeća na čelik, ali su njegove mehaničke kvalitete veće. U isto vrijeme, titan se odlikuje svojom malom težinom - molekulskom težinom 22. Fizička svojstva elementa su prilično dobro proučena, međutim jako ovise o čistoći metala, što dovodi do značajnih odstupanja.

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

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

• Niska temperatura-α-Ti ima šesterokutnu zatvorenu rešetku, gustoća tvari je 4,55 g / cc. cm (na 20 C).
• Visoke temperature- β-Ti karakterizira kubična rešetka centrirana prema tijelu, odnosno gustoća faze je manja- 4, 32 g / cc. vidi (na 900C).

Temperatura faznog prijelaza je 883 C.

U normalnim uvjetima, metal je prekriven zaštitnim oksidnim filmom. U njegovom nedostatku, titan predstavlja veliku opasnost. Dakle, titanska prašina može eksplodirati, temperatura takvog bljeskalice je 400C. Titanijum strugotine su opasni materijali i skladište se u posebnom okruženju.

Video u nastavku govori o strukturi i svojstvima titana:

Svojstva i karakteristike titana

Danas je titan najtrajniji među svim postojećim tehničkim materijalima, pa se, unatoč složenosti pribavljanja i visokim sigurnosnim zahtjevima, široko koristi. Fizičke karakteristike elementa su prilično neobične, ali jako ovise o čistoći. Tako se čisti titan i legure aktivno koriste u raketnim i zrakoplovnim konstrukcijama, dok su tehnički neprikladni, jer gube čvrstoću na visokim temperaturama zbog nečistoća.

Gustoća metala

Gustoća tvari mijenja se s temperaturom i fazom.

• Na temperaturama od 0 do tališta, smanjuje se sa 4,51 na 4,26 g / cc. cm, a tijekom faznog prijelaza povećavaju se za 0,15%, a zatim ponovno smanjuju.
• Gustoća tekućeg metala je 4,12 g / cu. cm, a zatim se smanjuje s porastom temperature.

Tačke topljenja i ključanja

Fazni prijelaz dijeli sva svojstva metala na kvalitete koje α- i β-faze mogu pokazati. Dakle, gustoća do 883 C odnosi se na kvalitete α-faze, a tališta i vrelišta-na parametre β-faze.

• Talište titanijuma (u stepenima) je 1668 +/- 5 C;
• Tačka ključanja dostiže 3227 C.

O spaljivanju titana govori ovaj video:

Mehaničke karakteristike

Titan je oko 2 puta jači od željeza i 6 puta jači od aluminija, što ga čini tako vrijednim građevinskim materijalom. Indikatori se odnose na svojstva α-faze.

• Vlačna čvrstoća tvari je 300-450 MPa. Pokazatelj 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 pri najnižim temperaturama. Štoviše, s padom temperature, čvrstoća na savijanje raste: pri +20 C, pokazatelj je 700 MPa, a pri -196 - 1100 MPa.

• Elastičnost metala je relativno niska, što je značajan nedostatak tvari. Modul elastičnosti pod normalnim uslovima je 110,25 GPa. Osim toga, titan karakterizira anizotropija: elastičnost u različitim smjerovima doseže različite vrijednosti.
• Tvrdoća tvari na HB ljestvici je 103. Štoviše, pokazatelj je prosjek. Ovisno o čistoći metala i prirodi nečistoća, tvrdoća može biti veća.
• Konvencionalna granica prinosa je 250-380 MPa. Što je ovaj pokazatelj veći, proizvodi od tvari bolje podnose opterećenja i otporniji su na trošenje. Indeks titana premašuje indeks aluminija 18 puta.

U usporedbi s drugim metalima s istom rešetkom, metal ima vrlo pristojnu duktilnost i duktilnost.

Toplotni kapacitet

Metal karakterizira niska toplinska vodljivost, pa se u relevantnim područjima ne koristi, na primjer, proizvodnja termoelektroda.

• Njegova toplinska vodljivost je 16,76 l, W / (m × stepeni). To je 4 puta manje od željeza i 12 puta manje od onog.
• S druge strane, koeficijent toplinskog širenja titana zanemariv je pri normalnoj temperaturi i raste s porastom temperature.
• Toplinski kapacitet metala je 0,523 kJ / (kg · K).

Električne karakteristike

Kao što je najčešće slučaj, niska toplinska vodljivost također osigurava nisku električnu vodljivost.

• Specifični električni otpor metala je vrlo visok - 42,1 · 10 -6 ohm · cm u normalnim uvjetima. Ako pretpostavimo da je vodljivost srebra 100%, onda će vodljivost titana biti 3,8%.
• Titan je paramagnet, odnosno ne može se magnetizirati u polju, poput gvožđa, ali i potisnuti iz polja, jer neće. Ovo svojstvo linearno opada s padom temperature, ali nakon prolaska minimuma lagano se povećava. Specifična magnetska osjetljivost je 3,2 10 -6 G -1. Treba napomenuti da osjetljivost, kao i elastičnost, tvore anizotropiju i mijenjaju se 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. U zraku je prekriven slojem titanijevog oksida debljine 5–15 µm, koji pruža odličnu kemijsku inertnost. Metal ne korodira u zraku, morskom zraku, morskoj vodi, vlažnom kloru, vodi s klorom i brojnim drugim tehnološkim rješenjima i reagensima, što materijal čini nezamjenjivim u kemijskoj, papirnoj i naftnoj industriji.

S porastom temperature ili snažnim brušenjem metala, slika se dramatično mijenja. Metal reagira sa gotovo svim plinovima koji čine atmosferu, a u tekućem stanju ih i apsorbira.

Sigurnost

Titan je jedan od biološki inertnijih metala. U medicini se koristi za izradu proteza jer je otporna na koroziju, lagana je i izdržljiva.

Titanijev dioksid nije toliko siguran, iako se koristi mnogo češće - u kozmetičkoj, prehrambenoj industriji, na primjer. Prema nekim izvještajima - UCLA, istraživanje profesora patologije Roberta Schistlea, nanočestice titanijevog dioksida utječu na genetski aparat i mogu pridonijeti razvoju raka. Štoviše, tvar ne prodire kroz kožu, pa upotreba kreme za sunčanje koja sadrži dioksid ne predstavlja opasnost, ali tvar koja uđe u tijelo - s bojama za hranu, biološkim aditivima, može biti opasna.

Titan je jedinstveno jak, tvrd i lagan metal sa vrlo zanimljivim hemijskim i fizičkim svojstvima. Ova kombinacija je toliko vrijedna da čak ni poteškoće s taljenjem i rafiniranjem titana ne zaustavljaju proizvođače.

Kako razlikovati titan od čelika, ovaj video će vam reći:

Titanium- lagani, izdržljivi metal srebrno-bijele boje. Postoji u dvije kristalne modifikacije: α-Ti sa šesterokutnom zatvorenom rešetkom, β-Ti sa kubičnim pakiranjem u središtu tijela, temperatura polimorfne transformacije α↔β 883 ° C. Titan i legure titana kombiniraju lakoću, čvrstoću, visoku koroziju otpornost, niski toplinski koeficijent, ekspanzija, sposobnost rada u širokom rasponu temperatura.

Pogledajte takođe:

STRUKTURA

Titan ima dvije alotropske modifikacije. Modifikacija niske temperature, koja postoji do 882 ° C, ima šesterokutnu čvrsto nabijenu rešetku s periodima a = 0,296 nm i c = 0,472 nm. Modifikacija visoke temperature ima rešetku kocke usmjerenu prema tijelu sa periodom a = 0,332 nm.
Polimorfna transformacija (882 ° C) pri polaganim hlađenjima događa se prema normalnom mehanizmu s stvaranjem jednakoosnih zrna, a pri brzom hlađenju - prema martenzitskom mehanizmu s formiranjem igleste strukture.
Titan ima visoku otpornost na koroziju i kemiju zbog zaštitnog oksidnog filma na površini. Ne nagriza slatku i morsku vodu, mineralne kiseline, aqua regia itd.

SVOJSTVA

Talište je 1671 ° C, tačka ključanja je 3260 ° C, gustoća α-Ti i β-Ti je 4,550 (20 ° C) i 4,32 (900 ° C) g / cm³, atomska gustoća 5,71 × 1022 at / cm³. Plastika, zavarljiva u inertnoj atmosferi.
Komercijalni titan koji se koristi u industriji sadrži nečistoće kisika, dušika, željeza, silicija i ugljika, koje povećavaju njegovu čvrstoću, smanjuju plastičnost i utječu na temperaturu polimorfne transformacije, koja se javlja u rasponu od 865-920 ° C. Za tehničke titanove klase VT1-00 i VT1-0, gustoća je oko 4,32 g / cm 3, vlačna čvrstoća 300-550 MN / m 2 (30-55 kgf / mm 2), produženje nije manje od 25 %, Brinellova tvrdoća je 1150 -1650 Mn / m 2 (115-165 kgf / mm 2). To je paramagnet. Konfiguracija vanjske elektronske ljuske atoma Ti je 3d24s2.

Ima visoku viskoznost, tijekom obrade sklon je lijepljenju za rezni alat, pa stoga zahtijeva nanošenje posebnih premaza na alat, raznih maziva.

Na normalnim temperaturama prekriven je zaštitnim pasivizirajućim filmom od TiO 2 oksida, zbog čega je otporan na koroziju u većini okruženja (osim alkalnog). Titanijumska prašina ima tendenciju eksplozije. Tačka paljenja 400 ° C.

REZERVE I PROIZVODNJA

Glavne rude su ilmenit (FeTiO 3), rutil (TiO 2), titanit (CaTiSiO 5).

Za 2002. godinu 90% iskopanog titana korišteno je za proizvodnju titanijevog dioksida TiO 2. Svjetska proizvodnja titanijevog dioksida iznosila je 4,5 milijuna tona godišnje. Potvrđene rezerve titanijevog dioksida (isključujući Rusiju) iznose oko 800 milijuna tona. Za 2006. godinu, prema američkom Geološkom zavodu, u pogledu titanijevog dioksida i isključujući Rusiju, rezerve ilmenitne rude iznose 603-673 milijuna tona, a rutila rude - 49,7 - 52,7 miliona tona, pa će po sadašnjoj stopi proizvodnje svjetske dokazane rezerve titana (isključujući Rusiju) biti dovoljne za više od 150 godina.

Rusija ima druge najveće svjetske rezerve titana nakon Kine. Mineralnu bazu titana u Rusiji čini 20 ležišta (od kojih je 11 primarnih i 9 ležišta), koja su prilično ravnomjerno raspoređena po cijeloj zemlji. Najveće istraženo nalazište nalazi se 25 km od grada Ukhta (Republika Komi). Rezerve ležišta procjenjuju se na 2 milijarde tona.

Koncentrat rude titana podvrgava se sumpornoj kiselini ili pirometalurškoj preradi. Proizvod obrade sumpornom kiselinom je prah titan -dioksida TiO 2. Pirometalurškom metodom, ruda se sinterira koksom i obrađuje klorom, primajući pare titanijum -tetraklorida na 850 ° C i reducirajući se magnezijem.

Rezultirajuća titanijumska "spužva" se pretapa i oplemenjuje. Koncentrati ilmenita se reduciraju u elektrolučnim pećima uz naknadno kloriranje titanove troske koja nastaje.

POREKLO

Titan je deseti po zastupljenosti u prirodi. Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,57% težinski, u morskoj vodi - 0,001 mg / l. U ultraosnovnim stijenama 300 g / t, u osnovnim stijenama - 9 kg / t, u kiselim stijenama 2,3 kg / t, u glinama i škriljevcima 4,5 kg / t. U zemljinoj kori titanijum je skoro uvijek četverovalentan i prisutan je samo u spojevima kisika. Nije pronađeno u slobodnom obliku. Titan u uvjetima vremenskih prilika i taloženja ima geohemijski afinitet prema Al 2 O 3. Koncentriran je u boksitu kore od vremenskih prilika i u sedimentima morske gline.
Titan se prenosi u obliku mehaničkih fragmenata minerala i u obliku koloida. U nekim glinama se akumulira do 30% TiO 2 po težini. Minerali titana otporni su na atmosferske utjecaje i stvaraju velike koncentracije u posteljicama. Poznato je da više od 100 minerala sadrži titan. Najvažniji od njih: rutil TiO 2, ilmenit FeTiO 3, titanomagnetit FeTiO 3 + Fe3O 4, perovskit CaTiO 3, titanit CaTiSiO 5. Postoje primarne titanove rude-ilmenit-titanomagnetit i rudne rude-rutil-ilmenit-cirkon.
Nalazišta titana nalaze se u Južnoj Africi, Rusiji, Ukrajini, Kini, Japanu, Australiji, Indiji, Cejlonu, Brazilu, Južnoj Koreji i Kazahstanu. U zemljama ZND -a, Ruska Federacija (58,5%) i Ukrajina (40,2%) zauzimaju vodeće mjesto u istraženim rezervama titanovih ruda.

PRIMJENA

Legure titana igraju važnu ulogu u zrakoplovnom inženjeringu, gdje je cilj dobiti najlakši dizajn u kombinaciji sa potrebnom čvrstoćom. Titan je lagan u usporedbi s drugim metalima, ali u isto vrijeme može raditi na visokim temperaturama. Legure titana koriste se za proizvodnju obloga, dijelova za pričvršćivanje, napajanja, dijelova šasije i raznih jedinica. Također, ovi materijali se koriste u dizajnu avionskih mlaznih motora. To vam omogućuje da smanjite njihovu težinu za 10-25%. Legure titana koriste se za proizvodnju diskova i lopatica kompresora, dijelova usisnog zraka i lopatica za vođenje, te pričvršćivača.

Titan i njegove legure također se koriste u raketi. Zbog kratkotrajnog rada motora i brzog prolaska gustih slojeva atmosfere u raketi, problemi umorne čvrstoće, statičke izdržljivosti i djelomično puzanja u velikoj su mjeri eliminirani.

Zbog svoje nedovoljno visoke toplinske čvrstoće, tehnički titan nije pogodan za upotrebu u zrakoplovstvu, ali zbog iznimno velike otpornosti na koroziju, u nekim je slučajevima neophodan u kemijskoj industriji i brodogradnji. Stoga se koristi u proizvodnji kompresora i pumpi za pumpanje agresivnih medija, poput sumporne i klorovodične kiseline i njihovih soli, cjevovoda, ventila, autoklava, raznih vrsta posuda, filtera itd. Samo je titan otporan na koroziju u okruženjima poput vlažnog klora, vodenih i kiselih otopina klora, stoga je oprema za industriju klora izrađena od ovog metala. Izmjenjivači topline izrađeni su od titana koji rade u korozivnim okruženjima, na primjer, u dušičnoj kiselini (ne dimi se). U brodogradnji titanij se koristi za proizvodnju propelera, trupanje brodova, podmornica, torpeda itd. Školjke se ne lijepe za titan i njegove legure, što naglo povećava otpornost plovila tijekom njegovog kretanja.

Legure titana obećavaju upotrebu u mnogim drugim aplikacijama, ali njihovo širenje u tehnologiji ograničeno je visokim troškovima i nedostatkom titana.

Titan - Ti

KLASIFIKACIJA

Strunz (8. izdanje)	1 / A.06-05
Dana (7. izdanje)	1.1.36.1
Nickel-Strunz (10. izdanje)	1.AB.05

Stranica 1

Toplotna provodljivost titanijuma je - 14 0 W / m stepeni, što je nešto niže od toplotne provodljivosti legiranog čelika. Materijal je dobro kovan, utisnut, obrađen rezanjem. Proizvodi od titana zavareni su volframovom elektrodom u zaštitnoj atmosferi argona. U posljednje vrijeme titan se koristi za proizvodnju širokog spektra cijevi, limova i valjanih proizvoda.

Toplinska vodljivost titana je niska - oko 13 puta niža od aluminija i 4-4 puta niža od željeza.

Toplotna provodljivost titana je blizu toplotne provodljivosti nerđajućeg čelika i iznosi 14 kcal / m C h. Titan je dobro kovan, utisnut i zadovoljavajuće rezan. Na temperaturama iznad 200 ° C ima tendenciju upijanja plinova. Titan je zavaren volframovom elektrodom u zaštitnoj atmosferi argona.

Toplinska vodljivost titana i njegovih legura je oko 15 puta niža od aluminijske i 3 - 5 - 5 puta niža od čelične. Koeficijent linearnog toplinskog širenja titana također je značajno niži od koeficijenta aluminija i nehrđajućeg čelika.

Toplotna provodljivost titanijuma je - 14 0 W / (m - K), što je nešto niže od toplotne provodljivosti legiranog čelika. Materijal je dobro kovan, utisnut, obrađen rezanjem. Proizvodi od titana zavareni su volframovom elektrodom u zaštitnoj atmosferi argona. U posljednje vrijeme titan se koristi za proizvodnju širokog spektra cijevi, limova i valjanih proizvoda.

Toplotna provodljivost titana u opsegu radnih temperatura (20 - 400 C) je 0 057 - 0 055 cal / (cm -s - C), što je približno 3 puta manje od toplotne provodljivosti gvožđa, 16 puta manje od toplinska vodljivost bakra i bliska je toplinskoj provodljivosti austenitne klase od nehrđajućeg čelika.

Stoga je, na primjer, toplinska vodljivost titana 8-10 puta manja od toplinske vodljivosti aluminija.

Dobivene proračunate vrijednosti toplinske provodljivosti fonona titana poklapaju se s procjenom ove vrijednosti napravljenom u radu, gdje se uzima jednaka 3 -: -5 W / m -stepeni.

Legiranjem, kao i povećanjem sadržaja nečistoća, toplinska vodljivost titana u pravilu se smanjuje. Prilikom zagrijavanja povećava se toplinska vodljivost legura, poput čiste titana; već pri 500 - 600 C približava se toplinskoj vodljivosti nelegiranog titana.

Modul elastičnosti titana gotovo je polovica modula elastičnosti željeza, na istoj je razini s modulom bakrenih legura i znatno je veći od aluminija. Toplotna provodljivost titana je niska: ona iznosi oko 7% toplotne provodljivosti aluminija i 16 5% toplotne provodljivosti gvožđa. To se mora uzeti u obzir pri zagrijavanju metala za obradu pod tlakom i pri zavarivanju. Električni otpor titana je oko 6 puta veći od željeza i 20 puta od aluminija.

Prije svega, potrebno je uzeti u obzir da je toplinska vodljivost titana i njegovih legura na niskim temperaturama vrlo niska. Na sobnoj temperaturi, toplinska vodljivost titana je približno 3% toplinske vodljivosti bakra i nekoliko puta niža od, na primjer, čelika (toplinska vodljivost titana je 0 0367 cal / cm sec C, a toplinska vodljivost čelik 40 je 0 142 kal. S porastom temperature toplinska vodljivost legura titana raste i približava se toplinskoj vodljivosti čelika. To utječe na brzine zagrijavanja legura titana ovisno o temperaturi na koju se zagrijavaju, što se može vidjeti od brzina zagrijavanja i hlađenja komercijalno čistog titana (legura VT1) presjeka 150 mm (Sl.

Titan ima nisku toplotnu provodljivost, koja je 13 puta manja od toplotne provodljivosti aluminijuma i 4 puta manja od toplotne provodljivosti gvožđa. Kako temperatura raste, toplinska vodljivost titana se blago smanjuje i na 700 C iznosi 0 0309 cal / cm sec SS.

Titan ima nisku toplinsku provodljivost, koja je 13 puta manja od toplinske vodljivosti aluminija i 4 puta manja od toplinske vodljivosti željeza. S porastom temperature toplinska vodljivost titana lagano se smanjuje i pri 700 C iznosi 0 0309 cal / cm s C.

Kod zavarivanja topljenjem, kako bi se dobio kvalitetan spoj, potrebna je pouzdana zaštita metala zavarenog spoja zagrijanog na temperature iznad 400 C s obje strane šava od atmosferskih plinova (O2, Nj, H2). Rast zrna pogoršava niska toplinska vodljivost titana, što povećava vrijeme zadržavanja metala zavara na visokim temperaturama. Kako bi se prevladale ove poteškoće, zavarivanje se vrši s najmanjim mogućim unosom topline.