Характеристики и функции титана

Титан — это элемент с атомным номером 22 в таблице Менделеева. Четвертая подгруппа элементов периода, обозначение IVB, помимо титана включает цирконий и гафний. Общей особенностью является высокая температура плавления, которая образуется на его поверхности при комнатной температуре. стабильная оксидная пленка.

1. Низкая плотность, высокая прочность, высокая удельная прочность.

Плотность титана составляет 4,51 г/см3, что составляет 57 процентов от стали. Титан более чем в два раза тяжелее алюминия, но в три раза прочнее. Удельная прочность (отношение прочности к плотности) титанового сплава является самой высокой среди обычно используемых промышленных сплавов (см. Таблицу 2-1). Удельная прочность титанового сплава в 3,5 раза выше, чем у нержавеющей стали; в 1,3 раза больше, чем у алюминиевого сплава; В 1,7 раза больше, чем у магниевого сплава. Это незаменимый конструкционный материал для аэрокосмической промышленности.

Таблица 2-1 Сравнение плотности и удельной прочности титана и других металлов

2. Отличная коррозионная стойкость

Пассивация титана зависит от наличия оксидных пленок, более устойчивых к коррозии в окислительных средах, чем в восстановительных. Высокоскоростная коррозия возникает в восстановительных средах. Титан не подвергается коррозии в некоторых агрессивных средах, таких как морская вода, влажный хлор, растворы хлорита и гипохлорита, азотная кислота, хромовая кислота, хлориды металлов, сульфиды и органические кислоты. Но в среде (например, соляная кислота, серная кислота), которая реагирует с титаном с образованием водорода, титан обычно имеет большую скорость коррозии. Однако если к кислоте добавить небольшое количество окислителя, на поверхности титана образуется пассивирующая пленка. Поэтому титан обладает коррозионной стойкостью в концентрированной серной кислоте и азотной кислоте или в смеси соляной и азотной кислот, даже в соляной кислоте, содержащей свободный хлор. Защитная оксидная пленка титана обычно образуется при контакте металла с водой, даже в небольших количествах, или с водяным паром. Если титан подвергнуться воздействию сильной окислительной среды без воды, произойдет быстрое окисление и бурные реакции, а часто даже произойдет самовозгорание. Это явление происходит, когда титан реагирует с дымящей азотной кислотой, содержащей избыток оксидов азота, а также когда титан реагирует с сухим газообразным хлором. Поэтому, чтобы предотвратить подобные реакции, должно быть определенное количество воды. Даже в небольших количествах или в виде водяного пара. Если титан подвергнуться воздействию сильной окислительной среды без воды, произойдет быстрое окисление и бурные реакции, а часто даже произойдет самовозгорание. Это явление происходит, когда титан реагирует с дымящей азотной кислотой, содержащей избыток оксидов азота, а также когда титан реагирует с сухим газообразным хлором. Поэтому, чтобы предотвратить подобные реакции, должно быть определенное количество воды. Даже в небольших количествах или в виде водяного пара. Если титан подвергнуться воздействию сильной окислительной среды без воды, произойдет быстрое окисление и бурные реакции, а часто даже произойдет самовозгорание. Это явление происходит, когда титан реагирует с дымящей азотной кислотой, содержащей избыток оксидов азота, а также когда титан реагирует с сухим газообразным хлором. Поэтому, чтобы предотвратить подобные реакции, должно быть определенное количество воды.

3. Хорошая термостойкость.

Обычно алюминий теряет свои первоначальные свойства при 150 градусах, нержавеющая сталь теряет первоначальные свойства при 310 градусах, а титановые сплавы все еще сохраняют хорошие механические свойства при температуре около 500 градусов. Когда скорость самолета достигает 2,7 скорости звука, температура поверхности конструкции самолета достигает 230 градусов, и сплавы алюминия и магния не могут быть использованы, в то время как титановые сплавы могут соответствовать требованиям. Титан обладает хорошей термостойкостью и используется в дисках и лопатках компрессоров авиационных двигателей, а также в обшивке задней части фюзеляжа самолета.

4. хорошие характеристики при низких температурах

Прочность некоторых титановых сплавов (например, Ti-5AI-2.5SnELI) увеличивается с понижением температуры, но пластичность существенно не снижается. Он по-прежнему обладает хорошей пластичностью и прочностью при низких температурах, подходит для использования при сверхнизких температурах. Его можно использовать для ракетных двигателей с сухим водородом и жидким кислородом, а также для сверхнизкотемпературных контейнеров и резервуаров для хранения пилотируемых космических кораблей.

5. немагнитный

Титан немагнитен, используется в корпусах подводных лодок и не вызывает взрывов на минах.

6. Малая теплопроводность.

Сравнение теплопроводности титана и других металлов показано в таблице 2-2.

Таблица 2-2 Сравнение теплопроводности титана и других металлов

Теплопроводность титана невелика, всего 1/5 стали, 1/13 алюминия и 1/25 меди. Плохая теплопроводность является недостатком титана, но в некоторых случаях это свойство титана можно использовать.

7. низкий модуль упругости

Модуль упругости титана сравнивается с другими металлами в таблице 2-3.

Таблица 2-3 Сравнение модулей упругости титана и других металлов

Модуль упругости титана составляет всего 55 процентов от модуля упругости стали, а его низкий модуль упругости является недостатком при использовании его в качестве конструкционного материала.

8. Предел прочности и предел текучести очень похожи.

Предел прочности титанового сплава Ti-6AI-4V составляет 960 МПа, предел текучести — 892 МПа, разница между ними составляет всего 58 МПа, см. Таблицу 2-4.

Таблица 2-4 Сравнение прочности на разрыв и предела текучести титана и других металлов

9. Титан легко окисляется при высокой температуре.

Титан имеет прочные водородные и кислородные связи, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить окисление и поглощение водорода. Сварку титана следует проводить под защитой аргона во избежание загрязнения. Титановые трубы и тонкие пластины следует подвергать термообработке в вакууме, а термообработка титановых поковок должна контролировать микроокислительную атмосферу.

10. Низкое сопротивление демпфирования.

Используйте титан и другие металлические материалы (медь, сталь), чтобы сделать колокольчики точно одинаковой формы и размера, и ударяйте по каждому колоколу с одинаковой силой, и вы обнаружите, что колокол из титана вибрирует, а звук длится, то есть позвонив в колокольчик. Данную энергию нелегко исчезнуть, поэтому мы говорим, что демпфирующая способность титана низкая.