Materiál je titán. Titán - popis prvku s fotografiou, popis jeho účinku na ľudské telo, ako aj potreba tohto chemického prvku

titán

Veľký záujem o titán a zliatiny titánu je založený na jeho cenných vlastnostiach - nízkej špecifickej hmotnosti, vysokej špecifickej pevnosti a dobrej odolnosti proti korózii.
V posledných rokoch sa v súvislosti s vývojom pokročilejších metód získavania tvárneho a deformovateľného titánu rozšírilo jeho využitie v rôznych priemyselných odvetviach.
Titán existuje v dvoch polymorfoch; α-Ti, ktorý má šesťuholníkovú tesne zbalenú mriežku a existuje pri teplotách nižších ako 885 °, a β-Ti, s kubickou mriežkou centrovanou na telo, pri vyšších teplotách. Pri transformácii α→β sú objemové zmeny 5,5 %.
Titán slabo reaguje s dusičnou a zriedenou kyselinou chlorovodíkovou. ale rozpúšťa sa v koncentrovanej kyseline chlorovodíkovej a sírovej a v Aar vodke. V zásadách, v mnohých soliach, dokonca aj pri varení, a v organických kyselinách je titán veľmi stabilný. Titán prudko reaguje s kyslíkom, dusíkom, vodíkom, uhlíkom a s mnohými oxidmi kovov, čo mimoriadne sťažuje získanie čistého titánu a spôsobuje veľké ťažkosti pri výrobe polotovarov z neho.
Kyslík vo väčšine prípadov nepriaznivo ovplyvňuje fyzikálno-chemické a technologické vlastnosti titánu. Rozpustnosť kyslíka v titáne je asi 30 % (atómová), čo zodpovedá zloženiu Ti00,42. Pri zahriatí na 600 ° kyslík prakticky ešte neinteraguje s titánom. Pri teplotách nad 650° začne vzdušný kyslík prudko difundovať do titánu, čo vedie k vytvoreniu veľmi tvrdej povrchovej vrstvy. Rýchlosť oxidácie titánu pri teplotách od 650 do 800° je znázornená na obr. 7.

Stavový diagram titánovo-kyslíkového systému pri obsahu kyslíka do 30 % je na obr. 8. Tento diagram je svojou povahou peritektický systém. V pevnom stave tvorí kyslík obmedzené oblasti α a β roztokov.
Vo vyššie uvedenej časti systému sú dve peritektiky.
Maximálna rozpustnosť kyslíka v β-titáne je 1,8% pri 1740°, v α-titáne je 14,5% v teplotnom rozmedzí 800-1700°.

Najvyššiu teplotu topenia 1900° má zliatina typu tuhého roztoku a obsahujúca 10 % kyslíka.
Kyslík, ktorý prenikol do kryštálovej mriežky titánu, ju silne deformuje, takže fyzikálne vlastnosti a mechanická pevnosť titánu sa výrazne menia.
Vplyv kyslíka v rozmedzí 0-1% (atómový) na pevnosť v ťahu, predĺženie, tvrdosť a elektrický odpor jodidového titánu je znázornený na obr. 9.
Titán obsahujúci 0,25 % (atómového) kyslíka môže byť valcovaný za studena bez praskania až do 95 % redukcie. Pri vyššom obsahu kyslíka vznikajú trhliny už pri 60-70% redukcii.
Pri kovaní a ťahaní titánu je potrebné zabrániť tvorbe trhlín, pretože sa veľmi ťažko uťahujú kvôli rýchlej oxidácii povrchu.

Zliatiny obsahujúce 0,5 až 2,0 % (atómového) kyslíka sa dajú relatívne ľahko spracovávať vŕtaním a rezaním a tie, ktoré obsahujú 2,5 až 3,0 % (atómového) kyslíka, sa uspokojivo spracovávajú rezaním, ale ťažko sa vŕtajú.
Zliatiny obsahujúce 3,5-5,0 % (atómového) kyslíka sú mimoriadne náročné na spracovanie.
Dusík silne ovplyvňuje vlastnosti titánu už pri obsahu stotín percenta. Systém titán - dusík (obr. 10) je charakterizovaný prítomnosťou dvoch peritektických reakcií.

Dusík výrazne zvyšuje tvrdosť a pevnosť titánu a prudko znižuje jeho ťažnosť. Zliatiny dusíka a titánu sa v studenom stave veľmi ťažko spracovávajú: pri obsahu dusíka vyššom ako 0,5 % (hm.) sa zliatina stáva krehkou a nedá sa spracovať.
Už v malých množstvách vedie dusík k vytvoreniu ihličkovitej štruktúry. Vplyv dusíka na mechanické vlastnosti a elektrický odpor titánu je znázornený na obr. jedenásť.
Zmena fyzikálnych a pevnostných vlastností titánu od dusíkatých nečistôt je zrejme spôsobená tým, že dusík má výrazný vplyv na parametre kryštálovej mriežky, hlavne na parameter c, čo je dobre vidieť na obr. 12.
Dusík, podobne ako kyslík, výrazne zvyšuje teplotu začiatku a konca β⇔α-transformácie titánu.

Vodík, na rozdiel od kyslíka, dusíka a uhlíka, má malý vplyv na mechanické vlastnosti titánu, ale stále je to veľmi škodlivá nečistota, pretože pod jeho vplyvom sa titánové produkty a jeho zliatiny ničia počas valcovania, kovania alebo zahrievania.
Zo stavového diagramu titán-vodík (obr. 13) vyplýva, že so zvyšovaním obsahu vodíka klesá teplota fázovej premeny a rozširuje sa teplotná oblasť pre existenciu dvojfázovej štruktúry α + β.
Vodík veľmi energicky difunduje do titánu a vytvára intersticiálne roztoky, ako je kyslík, dusík a uhlík. Keď sa vodík rozpúšťa v titáne, uvoľňuje sa teplo, pri zahrievaní sa vodík uvoľňuje zo zliatin.
Pri 20° bude mať α-titán obsahujúci niekoľko desaťtisíc percent prebytku vodíka v štruktúre voľné hydridy, ktoré sú viditeľné pod mikroskopom vo forme tenkých platní. Zvýšenie krehkosti zliatin je dôsledkom objavenia sa rastúceho množstva hydridov v ich štruktúre.
Vodík v rozsahu 0,3-0,5% (atómový), zvyčajne obsiahnutý v komerčnom titáne, výrazne znižuje absorpciu energie pri náraze bez zmeny pevnosti v ťahu. Na obr. 14 sú krivky znázorňujúce vplyv vodíka na pevnosť v ťahu, predĺženie, tvrdosť a elektrický odpor titánu.
Uhlík výrazne ovplyvňuje vlastnosti titánu. Systém titán-uhlík (obr. 15) svojou podstatou patrí medzi peritektické systémy s chemickými zlúčeninami. V tomto systéme sa pozoruje peritektický rozklad β-fázy s obmedzenou rozpustnosťou uhlíka v β- a α-titáne.

Uhlík je α-stabilizátor, zvyšuje alotropickú transformačnú teplotu titánu z 882 na 920°.
Pri 0,48 % uhlíka a 920° dochádza k peritektoidnej transformácii

Pri vysokých teplotách sa uhlík energicky spája s titánom a vytvára žiaruvzdorný karbid titánu TiC, ktorý má vysokú tvrdosť a vysoký bod topenia (nad 3000°).
Karbid titánu našiel široké uplatnenie na mnohé účely: na výrobu žiaruvzdorných a žiaruvzdorných materiálov, ako súčasť tvrdých zliatin a ako brúsny materiál.
Rozpustnosť uhlíka v titáne výrazne klesá s klesajúcou teplotou. V dôsledku nevýznamnej rozpustnosti uhlíka v α- a β-titáne spôsobujú už desatiny percent uhlíka v zliatinách titán-uhlík krehkosť, pretože sa vyzráža karbid titánu.
Vplyv uhlíka na mechanické vlastnosti titánu je znázornený na obr. 16. Ako vidíte, pevnosť zliatin rastie lineárne až do 0,25% uhlíka, ťažnosť zliatin sa mení v opačnom smere.
Hlavnými legovacími prísadami v zliatinách titánu sú v súčasnosti mangán, chróm, železo, vanád, molybdén, hliník a cín. S väčšinou týchto prídavkov tvorí titán eutektoid.
Nárast pevnosti titánu v závislosti od legujúcich prísad charakterizujú krivky znázornené na obr. 17.

Zliatiny titánu môžu pozostávať buď z α-fázy alebo β-fázy alebo α+β-fázy. V priemysle sú však široko používané iba zliatiny α + β, zliatiny α majú obmedzené použitie a zliatiny β sa nepoužívajú vôbec.
Hliník rozširuje oblasť α-fázy a zavádza sa do tepelne odolných zliatin. Vanád netvorí s titánom eutektoid a mierne zvyšuje pevnosť zliatin titánu. Podľa niektorých správ sú zliatiny titánu a vanádu náchylné na vodíkové krehnutie. Mangán výrazne spomaľuje rozklad eutektoidov, posilňuje β-fázu a podporuje tepelné spracovanie. Binárne zliatiny typu Tl+8% Mn sú náchylné na vodíkové krehnutie.
Molybdén zvyšuje tvrdosť zliatin titánu a spolu s hliníkom dodáva zliatinám tepelnú odolnosť. Cín tiež rozširuje oblasť α-fázy a hoci dáva titánu o niečo nižšiu tepelnú odolnosť ako hliník, v menšej miere znižuje ťažnosť.
Chróm sa vo väčšine prípadov zavádza do titánu vo forme ferochrómu. Chróm spomaľuje rozklad eutektoidov. Diely vyrobené zo zliatin titánu s chrómom nie sú príliš vhodné pre prácu pod napätím a pri zvýšených teplotách. Účinok železa je podobný účinku chrómu. Titán so železom vytvára zliatiny, v ktorých rozklad eutektoidov prebieha relatívne pomaly; železo zvyšuje tvrdosť a znižuje pevnosť pri vysokých teplotách.
Na spevnenie α-titánu sa používa aj zirkón a kremík a na spevnenie β-titánu niób a volfrám.
Podľa najnovších údajov tvoria meď, nikel a kremík zliatiny s titánom, v ktorých rozklad eutektoidov prebieha veľmi rýchlo. Tieto zliatiny môžu získať požadované vlastnosti ich chladením rôznymi rýchlosťami.
Súčasné pridávanie mangánu, hliníka alebo kremíka, berýlia a bóru k titánu, ktoré poskytujú chemické zlúčeniny, umožňuje spevnenie zliatin tepelným spracovaním.
Mechanické vlastnosti titánu do značnej miery závisia od jeho čistoty a spôsobu výroby.
V tabuľke. 21 ukazuje mechanické vlastnosti titánu získaného rôznymi metódami.

Pri zahrievaní sa pevnosť titánu znižuje, ale aj pri 500° zostáva medzná pevnosť stále okolo 28 kg/mm2 (obr. 18).
V Rusku sa podľa dočasných špecifikácií vyrába titánová špongia piatich tried, ktorej chemické zloženie a mechanické vlastnosti sú uvedené v tabuľke. 22.

zliatiny titánu

Štandardné zliatiny titánu používané v priemysle ešte nie sú dostatočne vyvinuté, čo by sa malo vysvetliť komparatívnou novinkou samotnej technológie výroby titánu. V súčasnosti však už existuje pomerne veľa zliatin na báze titánu s rôznymi fyzikálnymi a mechanickými vlastnosťami.

V tabuľke. 23 ukazuje chemické zloženie a mechanické vlastnosti niektorých zliatin titánu.

Názov:*
Email:
komentár:

Pridať

27.03.2019

Najprv sa musíte rozhodnúť, koľko ste ochotní minúť za nákup. Odborníci odporúčajú začínajúcim investorom sumu od 30 tisíc rubľov do 100. Stojí za to ...

27.03.2019

Valcovanie kovov sa v našej dobe aktívne používa v rôznych situáciách. V mnohých odvetviach je to jednoducho nemožné bez toho, pretože valcovaný kov ...

27.03.2019

Oceľové tesnenia oválneho prierezu sú určené na utesnenie prírubových spojov armatúr a potrubí, ktoré prepravujú agresívne médiá....

26.03.2019

Mnohí z nás už o takejto pozícii správcu systému počuli, no nie každý si vie predstaviť, čo sa pod týmto slovným spojením presne myslí....

26.03.2019

Každá osoba, ktorá vykonáva opravy vo svojej izbe, by mala premýšľať o tom, aké konštrukcie je potrebné inštalovať vo vnútornom priestore. Na trhu...

26.03.2019

26.03.2019

K dnešnému dňu sa analyzátory plynu aktívne používajú v ropnom a plynárenskom priemysle, v komunálnom sektore, v priebehu analýzy v laboratórnych komplexoch, na...

DEFINÍCIA

titán vo forme ingotu - pevný strieborno-biely kov (obr. 1), kujný a ťažný, dobre opracovateľný. Avšak aj malý podiel nečistôt dramaticky mení jeho mechanické vlastnosti, čím sa stáva tvrdším a krehkejším.

Ryža. 1. Titán. Vzhľad.

Hlavné konštanty titánu sú uvedené v tabuľke nižšie.

Tabuľka 1. Fyzikálne vlastnosti a hustota titánu.

Titán má šesťhrannú uzavretú štruktúru, ktorá sa pri vysokých teplotách mení na kubickú štruktúru zameranú na telo.

Prevalencia titánu v prírode

Z hľadiska prevalencie v zemskej kôre je titán na deviatom mieste spomedzi všetkých chemických prvkov. Jeho obsah v ňom je 0,63 % (hm.). Titán sa v prírode vyskytuje výlučne vo forme zlúčenín. Z titánových minerálov majú najväčší význam rutil TiO 2, ilmenit FeTiO 3, perovskit CaTiO 3.

Stručný popis chemických vlastností a hustoty titánu

Pri bežných teplotách je titán v kompaktnej forme (t. j. vo forme ingotov, hrubého drôtu atď.) na vzduchu odolný voči korózii. Napríklad na rozdiel od zliatin na báze železa nehrdzavie ani v morskej vode. Je to spôsobené tvorbou tenkého, ale súvislého a hustého ochranného oxidového filmu na povrchu. Pri zahrievaní sa film zničí a aktivita titánu sa výrazne zvýši. Takže v kyslíkovej atmosfére sa kompaktný titán vznieti iba pri teplote bieleho tepla (1000 °C), pričom sa zmení na prášok oxidu TiO2. Reakcie s dusíkom a vodíkom prebiehajú pri približne rovnakých teplotách, ale oveľa pomalšie, za vzniku nitridu TiN a hydridu titánu TiH4.

Ti + O2 \u003d Ti02;

2Ti + N2 = 2TiN;

Ti + 2H2 = TiH4.

Povrch titánu výrazne ovplyvňuje rýchlosť oxidačných reakcií: tenké titánové triesky sa pri vložení do plameňa vznietia a veľmi jemné prášky sú samozápalné - na vzduchu sa samovznietia.

Reakcia s halogénmi začína pri nízkom zahrievaní a spravidla je sprevádzaná uvoľňovaním značného množstva tepla a vždy sa tvoria halogenidy titánu. Len v interakcii s jódom vyžaduje vyššie (200 o C) teploty.

Ti + 2Cl2 \u003d TiCl4;

Ti + 2Br2 = TiBr4.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Cvičenie	Určte hustotu vodíka zmesi hélia a kyslíka s objemami 300 dm 3 a 100 dm 3 .
Riešenie	Nájdite objemové podiely látok v zmesi: j = V plyn / V zmes_plyn ; j (02) = V(02) / V zmes_plyn; j (02) \u003d 100 / (300 + 100) \u003d 100 / 400 \u003d 0,25. j (He) = V(He) / V zmes_plyn ; j (He) = 300/(300 + 100) = 300/400 = 0,75. Objemové frakcie plynov sa budú zhodovať s molárnymi frakciami, t.j. pri zlomkoch množstiev látok je to dôsledok Avogadrovho zákona. Nájdite podmienenú molekulovú hmotnosť zmesi: M r podmienené (zmes) = j (0 2) × M r (0 2) + j (He) × M r (He); Mr podmienené (zmes) = 0,25 x 32 + 0,75 x 20 = 8 + 15 = 23. Nájdite relatívnu hustotu zmesi pre kyslík: DH2 (zmes) = Mr podmienené (zmes) / Mr (02); DH 2 (zmes) \u003d 23/2 \u003d 11,5.
Odpoveď	Relatívna hustota vodíka zmesi pozostávajúcej z hélia a kyslíka je 11,5.

PRÍKLAD 2

Cvičenie	Určte hustotu vodíka zmesi plynov, v ktorej je hmotnostný podiel oxidu siričitého 60 % a oxidu uhličitého 40 %.
Riešenie	Objemové podiely plynov sa budú zhodovať s molárnymi zlomkami, t.j. pri zlomkoch množstiev látok je to dôsledok Avogadrovho zákona. Nájdite podmienenú molekulovú hmotnosť zmesi: Mr podmienené (zmes) = j (S02) × Mr (S02) + j (C02) × Mr (C02);

titán- ľahký, odolný kov strieborno-bielej farby. Existuje v dvoch kryštalických modifikáciách: α-Ti so šesťuholníkovou tesne uzavretou mriežkou, β-Ti s kubickým telom centrovaným balením, teplota polymorfnej premeny α↔β je 883 ° C. Titán a zliatiny titánu spájajú ľahkosť, pevnosť, vysoká odolnosť proti korózii, nízka tepelná rozťažnosť, schopnosť pracovať v širokom rozsahu teplôt.

Pozri tiež:

ŠTRUKTÚRA

Titán má dve alotropné modifikácie. Nízkoteplotná modifikácia, ktorá existuje až do 882 °C, má šesťuholníkovú uzavretú mriežku s periódami a = 0,296 nm a c = 0,472 nm. Vysokoteplotná modifikácia má teleso centrovanú mriežku kocky s periódou a = 0,332 nm.
Polymorfná premena (882°C) pri pomalom ochladzovaní prebieha podľa normálneho mechanizmu s tvorbou rovnoosých zŕn a pri rýchlom ochladzovaní podľa martenzitického mechanizmu s tvorbou ihličkovitej štruktúry.
Titán má vysokú odolnosť proti korózii a chemikáliám vďaka ochrannému oxidovému filmu na jeho povrchu. Nekoroduje v sladkej a morskej vode, minerálnych kyselinách, aqua regia a pod.

VLASTNOSTI

Teplota topenia 1671 °C, teplota varu 3260 °C, hustota α-Ti a β-Ti je 4,505 (20 °C) a 4,32 (900 °C) g/cm³, atómová hustota 5,71 x 1022 at/cm³. Plast, zváraný v inertnej atmosfére.
Technický titán používaný v priemysle obsahuje nečistoty kyslíka, dusíka, železa, kremíka a uhlíka, ktoré zvyšujú jeho pevnosť, znižujú ťažnosť a ovplyvňujú teplotu polymorfnej premeny, ktorá nastáva v rozmedzí 865-920 °C. Pre technické triedy titánu VT1-00 a VT1-0 je hustota asi 4,32 g/cm3, pevnosť v ťahu 300-550 MN/m2 (30-55kgf/mm2), relatívne predĺženie nie menšie ako 25%, tvrdosť podľa Brinella 1150 - 1650 MN / m2 (115-165 kgf / mm2). Je paramagnetická. Konfigurácia vonkajšieho elektrónového obalu atómu Ti 3d24s2.

Má vysokú viskozitu, pri obrábaní je náchylný na priľnutie k reznému nástroju, a preto je potrebné nanášanie špeciálnych náterov na nástroj, rôznych mazív.

Pri normálnej teplote je pokrytý ochranným pasivačným filmom oxidu TiO 2, vďaka čomu je odolný voči korózii vo väčšine prostredí (okrem alkalických). Titánový prach má tendenciu explodovať. Teplota vzplanutia 400 °C.

REZERVY A VÝROBA

Hlavné rudy: ilmenit (FeTiO 3), rutil (TiO 2), titanit (CaTiSiO 5).

V roku 2002 sa 90 % vyťaženého titánu použilo na výrobu oxidu titaničitého TiO 2 . Svetová produkcia oxidu titaničitého bola 4,5 milióna ton ročne. Potvrdené zásoby oxidu titaničitého (bez Ruska) sú asi 800 miliónov ton.Na rok 2006 podľa US Geological Survey, pokiaľ ide o oxid titaničitý a bez Ruska, zásoby ilmenitových rúd predstavujú 603-673 miliónov ton a rutil - 49,7- 52,7 miliónov ton.Pri súčasnom tempe výroby teda vystačia overené svetové zásoby titánu (okrem Ruska) na viac ako 150 rokov.

Rusko má po Číne druhé najväčšie zásoby titánu na svete. Základňa nerastných surovín titánu v Rusku pozostáva z 20 ložísk (z toho 11 primárnych a 9 aluviálnych), pomerne rovnomerne rozptýlených po celej krajine. Najväčšie z preskúmaných ložísk sa nachádza 25 km od mesta Ukhta (Republika Komi). Zásoby ložiska sa odhadujú na 2 miliardy ton.

Koncentrát titánových rúd je podrobený kyseline sírovej alebo pyrometalurgickému spracovaniu. Produktom spracovania kyselinou sírovou je práškový oxid titaničitý Ti02. Pomocou pyrometalurgickej metódy sa ruda speká s koksom a spracováva sa chlórom, pričom sa získajú pary chloridu titaničitého pri 850 °C a redukujú sa horčíkom.

Výsledná titánová "huba" sa roztaví a vyčistí. Koncentráty ilmenitu sa redukujú v elektrických oblúkových peciach s následnou chloráciou výsledných titánových trosiek.

ORIGIN

Titán je 10. najrozšírenejší v prírode. Obsah v zemskej kôre - 0,57% hmotnosti, v morskej vode - 0,001 mg / l. 300 g/t v ultrabázických horninách, 9 kg/t v bázických horninách, 2,3 kg/t v kyslých horninách, 4,5 kg/t v íloch a bridliciach. V zemskej kôre je titán takmer vždy štvormocný a je prítomný iba v kyslíkatých zlúčeninách. Vo voľnej forme sa nevyskytuje. Titán má v podmienkach zvetrávania a zrážok geochemickú afinitu k Al 2 O 3 . Koncentruje sa v bauxitoch zvetrávacej kôry a v morských ílovitých sedimentoch.
Prenos titánu sa uskutočňuje vo forme mechanických fragmentov minerálov a vo forme koloidov. V niektorých íloch sa hromadí až 30 % hmotnosti TiO 2 . Titánové minerály sú odolné voči poveternostným vplyvom a tvoria veľké koncentrácie v sypačoch. Je známych viac ako 100 minerálov obsahujúcich titán. Najvýznamnejšie z nich sú: rutil TiO 2, ilmenit FeTiO 3, titanomagnetit FeTiO 3 + Fe3O 4, perovskit CaTiO 3, titanit CaTiSiO 5. Primárne sú titánové rudy - ilmenit-titanomagnetit a ryža - rutil-ilmenit-zirkón.
Ložiská titánu sa nachádzajú v Južnej Afrike, Rusku, Ukrajine, Číne, Japonsku, Austrálii, Indii, Cejlóne, Brazílii, Južnej Kórei a Kazachstane. V krajinách SNŠ zaujíma vedúcu pozíciu z hľadiska preskúmaných zásob titánových rúd Ruská federácia (58,5 %) a Ukrajina (40,2 %).

APLIKÁCIA

Zliatiny titánu hrajú dôležitú úlohu v leteckej technike, kde je cieľom získať čo najľahšiu konštrukciu spojenú s požadovanou pevnosťou. Titán je v porovnaní s inými kovmi ľahký, no zároveň dokáže pracovať pri vysokých teplotách. Zliatiny titánu sa používajú na výrobu plášťov, upevňovacích častí, pohonnej jednotky, častí podvozku a rôznych jednotiek. Tieto materiály sa tiež používajú pri konštrukcii leteckých prúdových motorov. To vám umožní znížiť ich hmotnosť o 10-25%. Zliatiny titánu sa používajú na výrobu diskov a lopatiek kompresorov, častí prívodu vzduchu a vodiacich lopatiek a spojovacích prvkov.

Titán a jeho zliatiny sa používajú aj v raketovej vede. Vzhľadom na krátkodobú prevádzku motorov a rýchly prechod hustých vrstiev atmosféry sú v raketovej vede odstránené problémy únavovej pevnosti, statickej odolnosti a do určitej miery aj tečenia.

Technický titán nie je pre nedostatočne vysokú tepelnú odolnosť vhodný na použitie v letectve, ale pre svoju mimoriadne vysokú odolnosť proti korózii je v niektorých prípadoch nepostrádateľný v chemickom priemysle a lodiarstve. Preto sa používa pri výrobe kompresorov a čerpadiel na čerpanie takých agresívnych médií, ako je kyselina sírová a chlorovodíková a ich soli, potrubia, ventily, autoklávy, rôzne nádoby, filtre atď. Len titán má odolnosť proti korózii v prostrediach, ako je mokrý chlór, vodné a kyslé roztoky chlóru, takže zariadenia pre chlórový priemysel sú vyrobené z tohto kovu. Titán sa používa na výrobu výmenníkov tepla, ktoré fungujú v korozívnych prostrediach, ako je kyselina dusičná (bez dymu). Pri stavbe lodí sa titán používa na výrobu vrtúľ, pokovovania lodí, ponoriek, torpéd atď. Mušle sa nelepia na titán a jeho zliatiny, čo výrazne zvyšuje odolnosť nádoby pri pohybe.

Zliatiny titánu sú sľubné na použitie v mnohých iných aplikáciách, ale ich použitie v technológii je obmedzené vysokou cenou a nedostatkom titánu.

Titán - Ti

KLASIFIKÁCIA

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

Jedným z najbežnejších prvkov na Zemi je titán. Podľa výsledkov výskumu je v prevalencii na 4. mieste, pričom popredné miesta udeľuje hliníku, železu a horčíku. Napriek takejto veľkej distribúcii sa titán začal v priemysle používať až v 20. storočí. Zliatiny titánu do značnej miery ovplyvnili rozvoj raketovej vedy a letectva, čo je spojené s kombináciou nízkej hustoty s vysokou špecifickou pevnosťou, ako aj odolnosťou proti korózii. Zvážte všetky vlastnosti tohto materiálu podrobnejšie.

Všeobecná charakteristika titánu a jeho zliatin

Práve základné mechanické vlastnosti titánových zliatin určujú ich široké rozšírenie. Ak nevenujete pozornosť chemickému zloženiu, všetky zliatiny titánu možno charakterizovať takto:

1. Vysoká odolnosť proti korózii. Nevýhodou väčšiny kovov možno nazvať skutočnosť, že pri vystavení vysokej vlhkosti sa na povrchu vytvára korózia, ktorá nielen zhoršuje vzhľad materiálu, ale tiež znižuje jeho základný výkon. Titán je menej náchylný na vlhkosť ako železo.
2. Odolnosť proti chladu. Príliš nízka teplota spôsobuje výrazné zníženie mechanických vlastností titánových zliatin. Často môžete nájsť situáciu, keď prevádzka pri nízkych teplotách spôsobuje výrazné zvýšenie krehkosti. Titán sa často používa pri výrobe kozmických lodí.
3. Titán a zliatiny titánu majú relatívne nízku hustotu, čo výrazne znižuje hmotnosť. Ľahké kovy sú široko používané v rôznych priemyselných odvetviach, napríklad v leteckom priemysle, stavbe mrakodrapov atď.
4. Vysoká špecifická pevnosť a nízka hustota sú vlastnosti, ktoré sa zriedka kombinujú. Avšak práve vďaka tejto kombinácii sú dnes zliatiny titánu najpoužívanejšie.
5. Vyrobiteľnosť pri tlakovom spracovaní určuje, že zliatina sa často používa ako obrobok na lisovanie alebo iné druhy spracovania.
6. Neprítomnosť odozvy na pôsobenie magnetického poľa sa tiež nazýva dôvod, prečo sú uvažované zliatiny široko používané. Často môžete nájsť situáciu, keď sa vykonáva výroba štruktúr, počas ktorých sa vytvára magnetické pole. Použitie titánu eliminuje možnosť lepenia.

Tieto hlavné výhody titánových zliatin predurčili ich pomerne širokú distribúciu. Ako však už bolo uvedené, veľa závisí od špecifického chemického zloženia. Príkladom je, že tvrdosť sa mení v závislosti od toho, ktoré látky sa pri legovaní používajú.

Je dôležité, aby teplota topenia mohla dosiahnuť 1700 stupňov Celzia. Vďaka tomu sa výrazne zvyšuje odolnosť kompozície voči teplu, ale proces spracovania je tiež komplikovaný.

Druhy zliatin titánu

Klasifikácia zliatin titánu sa vykonáva podľa pomerne veľkého počtu znakov. Všetky zliatiny možno rozdeliť do niekoľkých hlavných skupín:

1. Vysoko pevné a štrukturálne - odolné zliatiny titánu, ktoré majú tiež pomerne vysokú ťažnosť. Vďaka tomu môžu byť použité pri výrobe dielov, na ktorých je premenlivé zaťaženie.
2. Žiaruvzdorné zliatiny s nízkou hustotou sa používajú ako lacnejšia alternatíva k žiaruvzdorným zliatinám niklu s prihliadnutím na určitý teplotný rozsah. Pevnosť takejto zliatiny titánu sa môže meniť v dosť veľkom rozsahu v závislosti od špecifického chemického zloženia.
3. Zliatiny titánu na báze chemickej zlúčeniny predstavujú tepelne odolnú štruktúru s nízkou hustotou. Vďaka výraznému zníženiu hustoty sa zníži aj hmotnosť a tepelná odolnosť umožňuje použitie materiálu pri výrobe lietadiel. S podobnou značkou sa navyše spája aj vysoká plasticita.

Označenie zliatin titánu sa vykonáva podľa určitých pravidiel, ktoré vám umožňujú určiť koncentráciu všetkých prvkov. Zvážte niektoré z najbežnejších druhov zliatin titánu podrobnejšie.

Vzhľadom na najbežnejšie triedy zliatin titánu by ste mali venovať pozornosť VT1-00 a VT1-0. Patria do triedy technických titánov. Zloženie tejto zliatiny titánu zahŕňa dostatočne veľké množstvo rôznych nečistôt, ktoré určujú pokles pevnosti. V dôsledku poklesu pevnosti sa však ťažnosť výrazne zvyšuje. Vysoká technologická plasticita predurčuje, že technický titán možno získať aj pri výrobe fólie.

Veľmi často sa uvažované zloženie zliatiny podrobuje mechanickému vytvrdzovaniu. Vďaka tomu sa zvyšuje pevnosť, ale ťažnosť je výrazne znížená. Mnohí odborníci sa domnievajú, že uvažovaný spôsob spracovania nemožno nazvať najlepším, pretože nemá komplexný priaznivý vplyv na základné vlastnosti materiálu.

Zliatina VT5 je celkom bežná, vyznačuje sa použitím hliníka len ako legujúceho prvku. Je dôležité poznamenať, že hliník je považovaný za najbežnejší legujúci prvok v zliatinách titánu. Súvisí to s nasledujúcimi bodmi:

1. Použitie hliníka umožňuje výrazne zvýšiť moduly pružnosti.
2. Hliník tiež umožňuje zvýšiť hodnotu tepelnej odolnosti.
3. Takýto kov je jedným z najbežnejších svojho druhu, vďaka čomu sú náklady na výsledný materiál výrazne znížené.
4. Znížená vodíková krehkosť.
5. Hustota hliníka je nižšia ako hustota titánu, vďaka čomu môže zavedenie uvažovanej legujúcej látky výrazne zvýšiť špecifickú pevnosť.

Za tepla je VT5 dobre kovaný, valcovaný a vyrazený. Preto sa často používa na kovanie, valcovanie alebo razenie. Takáto štruktúra môže vydržať vystavenie nie viac ako 400 stupňom Celzia.

Titánová zliatina VT22 môže mať veľmi odlišnú štruktúru v závislosti od chemického zloženia. Prevádzkové vlastnosti materiálu zahŕňajú nasledujúce body:

1. Vysoká technologická ťažnosť pri tvárnení za tepla.
2. Používa sa na výrobu tyčí, rúr, dosiek, výliskov, profilov.
3. Na zváranie je možné použiť všetky bežné metódy.
4. Dôležitým bodom je, že po dokončení procesu zvárania sa odporúča vykonať žíhanie, vďaka čomu sa výrazne zvýšia mechanické vlastnosti výsledného zvaru.

Použitím komplexnej technológie žíhania je možné výrazne zlepšiť výkon titánovej zliatiny VT22. Ide o zahriatie na vysokú teplotu a niekoľkohodinové udržiavanie, po ktorom nasleduje postupné ochladzovanie v peci, aj s dlhodobým udržiavaním. Po kvalitnom žíhaní je zliatina vhodná na výrobu vysoko zaťažovaných dielov a konštrukcií, ktoré je možné zohriať na teploty nad 350 stupňov Celzia. Príkladom sú prvky trupu, krídla, časti riadiaceho systému alebo prídavné zariadenia.

Titánová zliatina VT6 dnes získala najširšiu distribúciu v zahraničí. Účelom takejto zliatiny titánu je vyrábať valce, ktoré môžu pracovať pod vysokým tlakom. Okrem toho sa podľa výsledkov štúdií v 50% prípadov v leteckom priemysle používa zliatina titánu, ktorá z hľadiska výkonu a zloženia zodpovedá VT6. Norma GOST sa dnes v zahraničí prakticky nepoužíva na označenie titánu a mnohých ďalších zliatin, ktoré by sa mali brať do úvahy. Na označenie sa používa vlastné jedinečné označenie.

VT6 má výnimočný výkon vďaka tomu, že do zloženia je pridaný aj vanád. Tento legujúci prvok sa vyznačuje tým, že zvyšuje nielen pevnosť, ale aj ťažnosť.

Táto zliatina je dobre deformovaná v horúcom stave, čo možno tiež nazvať pozitívnou kvalitou. Pri jeho použití sa získajú rúry, rôzne profily, dosky, plechy, výlisky a mnohé ďalšie prírezy. Na zváranie je možné použiť všetky moderné metódy, čo tiež výrazne rozširuje rozsah uvažovanej zliatiny titánu. Na zlepšenie výkonu sa vykonáva aj tepelné spracovanie, napríklad žíhanie alebo kalenie. Po dlhú dobu sa žíhanie uskutočňovalo pri teplote nie vyššej ako 800 stupňov Celzia, výsledky štúdií však naznačujú, že má zmysel zvýšiť indikátor na 950 stupňov Celzia. Na zlepšenie odolnosti proti korózii sa často vykonáva dvojité žíhanie.

Zliatina VT8 sa tiež rozšírila. V porovnaní s predchádzajúcim má vyššiu pevnosť a tepelnú odolnosť. Boli schopní dosiahnuť jedinečné výkonové kvality pridaním veľkého množstva hliníka a kremíka do kompozície. Treba mať na pamäti, že maximálna teplota, pri ktorej je možné túto zliatinu titánu prevádzkovať, je asi 480 stupňov Celzia. Variáciu tohto zloženia možno nazvať VT8-1. Ako jeho hlavné prevádzkové vlastnosti pomenujeme nasledujúce body:

1. Vysoká tepelná stabilita.
2. Nízka pravdepodobnosť vzniku trhlín v konštrukcii v dôsledku zabezpečenia pevných väzieb.
3. Vyrobiteľnosť pri rôznych procesoch spracovania, napríklad lisovanie za studena.
4. Vysoká ťažnosť v kombinácii so zvýšenou pevnosťou.

Na výrazné zlepšenie výkonu sa často vykonáva dvojité izotermické žíhanie. Vo väčšine prípadov sa táto zliatina titánu používa pri výrobe výkovkov, jazierok, rôznych plechov, výliskov a iných prírezov. Treba však mať na pamäti, že vlastnosti kompozície neumožňujú zváranie.

Aplikácia zliatin titánu

Vzhľadom na oblasti použitia zliatin titánu poznamenávame, že väčšina odrôd sa používa v leteckom a raketovom priemysle, ako aj pri výrobe námorných plavidiel. Iné kovy nie sú vhodné na výrobu častí leteckých motorov, pretože pri zahriatí na relatívne nízke teploty sa začnú topiť, čím sa štruktúra deformuje. Tiež zvýšenie hmotnosti prvkov spôsobuje stratu účinnosti.

Použitie zliatin titánu v medicíne

Aplikujme materiál výrobou:

1. Potrubia používané na zásobovanie rôznymi látkami.
2. Uzatváracie ventily.
3. Ventily a iné podobné výrobky, ktoré sa používajú v agresívnom chemickom prostredí.
4. V leteckom priemysle sa zliatina používa na získavanie koží, rôznych spojovacích prvkov, častí podvozkov, agregátov a iných jednotiek. Ako ukazujú výsledky prebiehajúcich štúdií, zavedenie takéhoto materiálu znižuje hmotnosť približne o 10-25%.
5. Ďalšou oblasťou použitia je raketová veda. Krátkodobá prevádzka motora, pohyb pri vysokej rýchlosti a vstup do hustých vrstiev spôsobujú, že konštrukcia zažíva silné zaťaženie, ktoré nemôže vydržať všetky materiály.
6. V chemickom priemysle sa titánová zliatina používa kvôli tomu, že nereaguje na účinky rôznych látok.
7. Pri stavbe lodí je titán dobrý, pretože nereaguje na účinky slanej vody.

Vo všeobecnosti môžeme povedať, že rozsah titánových zliatin je veľmi rozsiahly. V tomto prípade sa vykonáva legovanie, vďaka čomu sa výrazne zvyšujú hlavné prevádzkové vlastnosti materiálu.

Tepelné spracovanie zliatin titánu

Na zlepšenie výkonu sa vykonáva tepelné tepelné spracovanie zliatin titánu. Tento proces je podstatne komplikovanejší z toho dôvodu, že preskupovanie kryštálovej mriežky povrchovej vrstvy prebieha pri teplote nad 500 stupňov Celzia. Pri zliatinách tried VT5 a VT6-C sa často vykonáva žíhanie. Doba expozície sa môže výrazne líšiť v závislosti od hrúbky obrobku a iných lineárnych rozmerov.

Diely vyrobené z VT14 musia v čase používania odolávať teplotám až 400 stupňov Celzia. Preto tepelné spracovanie zahŕňa vytvrdzovanie, po ktorom nasleduje starnutie. Kalenie zároveň vyžaduje zahriatie média na teplotu asi 900 stupňov Celzia, pričom starnutie zahŕňa pôsobenie prostredia s teplotou 500 stupňov Celzia na viac ako 12 hodín.

Metódy indukčného ohrevu umožňujú vykonávať širokú škálu procesov tepelného spracovania. Príklady zahŕňajú žíhanie, starnutie, normalizáciu atď. Špecifické režimy tepelného spracovania sa vyberajú v závislosti od toho, aké výkonové charakteristiky sa majú dosiahnuť.

Mnohí sa zaujímajú o trochu tajomný a nie úplne pochopený titán - kov, ktorého vlastnosti sú trochu nejednoznačné. Kov je zároveň najsilnejší a zároveň najkrehkejší.

Najpevnejší a najkrehkejší kov

Objavili ho dvaja vedci s rozdielom 6 rokov - Angličan W. Gregor a Nemec M. Klaproth. Meno titána sa spája na jednej strane s bájnymi titánmi, nadprirodzenými a nebojácnymi, na druhej strane s Titaniou, kráľovnou víl.
Je to jeden z najbežnejších materiálov v prírode, ale proces získavania čistého kovu je obzvlášť náročný.

22 chemický prvok tabuľky D. Mendelejeva Titán (Ti) patrí do 4. skupiny 4. periódy.

Farba titánu je striebristo biela s výrazným leskom. Jeho odlesky sa trblietajú všetkými farbami dúhy.

Patrí medzi žiaruvzdorné kovy. Topí sa pri +1660°C (±20°). Titán je paramagnetický: nie je magnetizovaný v magnetickom poli a nie je z neho vytláčaný.
Kov sa vyznačuje nízkou hustotou a vysokou pevnosťou. Ale zvláštnosť tohto materiálu spočíva v tom, že aj minimálne nečistoty iných chemických prvkov radikálne menia jeho vlastnosti. V prítomnosti nevýznamného podielu iných kovov stráca titán svoju tepelnú odolnosť a minimum nekovových látok v jeho zložení robí zliatinu krehkou.
Táto vlastnosť určuje prítomnosť 2 typov materiálu: čistého a technického.

1. Čistý titán sa používa tam, kde sa vyžaduje veľmi ľahká látka, ktorá vydrží veľké zaťaženie a extrémne vysoké teplotné rozsahy.
2. Technický materiál sa používa tam, kde sa cenia parametre ako ľahkosť, pevnosť a odolnosť proti korózii.

Látka má vlastnosť anizotropie. To znamená, že kov môže meniť svoje fyzikálne vlastnosti na základe aplikovanej sily. Táto vlastnosť by sa mala brať do úvahy pri plánovaní použitia materiálu.

Titán stráca svoju silu pri najmenšej prítomnosti nečistôt iných kovov v ňom.

Vykonané štúdie vlastností titánu za normálnych podmienok potvrdzujú jeho inertnosť. Látka nereaguje na prvky v okolitej atmosfére.
Zmena parametrov začína, keď teplota stúpne na +400°C a viac. Titán reaguje s kyslíkom, v dusíku sa môže vznietiť, pohlcuje plyny.
Tieto vlastnosti sťažujú získanie čistej látky a jej zliatin. Výroba titánu je založená na použití drahých vákuových zariadení.

Titán a konkurencia s inými kovmi

Tento kov sa neustále porovnáva s hliníkom a zliatinami železa. Mnohé z chemických vlastností titánu sú výrazne lepšie ako u konkurentov:

1. Pokiaľ ide o mechanickú pevnosť, titán prevyšuje železo 2-krát a hliník 6-krát. Jeho pevnosť stúpa s klesajúcou teplotou, čo u konkurentov nepozorujeme.
   Antikorózne vlastnosti titánu sú výrazne vyššie ako vlastnosti iných kovov.
2. Pri teplote okolia je kov absolútne inertný. Ale keď teplota stúpne nad +200 ° C, látka začne absorbovať vodík, čím sa zmení jeho charakteristika.
3. Pri vyšších teplotách titán reaguje s inými chemickými prvkami. Má vysokú špecifickú pevnosť, ktorá je 2-krát vyššia ako vlastnosti najlepších zliatin železa.
4. Antikorózne vlastnosti titánu výrazne prevyšujú vlastnosti hliníka a nehrdzavejúcej ocele.
5. Látka je zlým vodičom elektriny. Titán má 5-krát väčší odpor ako železo, 20-krát väčší ako hliník a 10-krát väčší odpor ako horčík.
6. Titán sa vyznačuje nízkou tepelnou vodivosťou, je to spôsobené nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti. Je to 3-krát menej ako železo a 12-krát menej ako hliník.
   

Ako sa získava titán?

Materiál zaujíma 10. miesto z hľadiska distribúcie v prírode. Existuje asi 70 minerálov obsahujúcich titán vo forme kyseliny titaničitej alebo jej oxidu. Najbežnejšie z nich a obsahujúce vysoké percento kovových derivátov:

• ilmenit;
• rutil;
• anatas;
• perovskit;
• brookite.

Hlavné ložiská titánových rúd sa nachádzajú v USA, Veľkej Británii, Japonsku, veľké ložiská z nich boli objavené v Rusku, na Ukrajine, v Kanade, Francúzsku, Španielsku a Belgicku.

Ťažba titánu je nákladný a pracovne náročný proces

Získanie kovu z nich je veľmi drahé. Vedci vyvinuli 4 spôsoby výroby titánu, z ktorých každý funguje a efektívne sa používa v priemysle:

1. Magnéziová metóda. Vyťažené suroviny obsahujúce titánové nečistoty sa spracujú a získa sa oxid titaničitý. Táto látka je vystavená chlórovaniu v banských alebo soľných chlorátoroch pri zvýšených teplotách. Proces je veľmi pomalý a uskutočňuje sa v prítomnosti uhlíkového katalyzátora. V tomto prípade sa pevný oxid premieňa na plynnú látku - chlorid titaničitý. Výsledný materiál sa redukuje horčíkom alebo sodíkom. Zliatina vytvorená počas reakcie sa podrobí zahrievaniu vo vákuovej jednotke na ultra vysoké teploty. V dôsledku reakcie dochádza k odparovaniu horčíka a jeho zlúčenín s chlórom. Na konci procesu sa získa materiál podobný špongii. Roztaví sa a získa sa vysoko kvalitný titán.
2. Hydridovo-vápenatá metóda. Ruda sa podrobí chemickej reakcii a získa sa hydrid titánu. Ďalšou fázou je oddelenie látky na zložky. Pri zahrievaní vo vákuových zariadeniach sa uvoľňuje titán a vodík. Na konci procesu sa získa oxid vápenatý, ktorý sa premyje slabými kyselinami. Prvé dva spôsoby sa týkajú priemyselnej výroby. Umožňujú získať čistý titán v čo najkratšom čase pri relatívne nízkych nákladoch.
3. metóda elektrolýzy. Zlúčeniny titánu sú vystavené vysokému prúdu. V závislosti od suroviny sa zlúčeniny delia na zložky: chlór, kyslík a titán.
4. Jodidová metóda alebo rafinácia. Oxid titaničitý získaný z minerálov sa zalieva parami jódu. V dôsledku reakcie sa vytvára jodid titánu, ktorý sa zahrieva na vysokú teplotu - + 1300 ... + 1400 ° C a pôsobí naň elektrickým prúdom. Súčasne sú zo zdrojového materiálu izolované zložky: jód a titán. Kov získaný touto metódou nemá žiadne nečistoty a prísady.

Oblasti použitia

Použitie titánu závisí od stupňa jeho čistenia od nečistôt. Prítomnosť aj malého množstva iných chemických prvkov v zložení titánovej zliatiny radikálne mení jej fyzikálne a mechanické vlastnosti.

Titán s určitým množstvom nečistôt sa nazýva technický. Má vysokú mieru odolnosti proti korózii, je to ľahký a veľmi odolný materiál. Jeho aplikácia závisí od týchto a ďalších ukazovateľov.

• V chemickom priemysle titán a jeho zliatiny sa používajú na výrobu výmenníkov tepla, potrubí rôznych priemerov, armatúr, krytov a častí čerpadiel na rôzne účely. Látka je nepostrádateľná v miestach, kde sa vyžaduje vysoká pevnosť a odolnosť voči kyselinám.
• Na preprave titán sa používa na výrobu dielov a zostáv bicyklov, automobilov, železničných vozňov a vlakov. Použitie materiálu znižuje hmotnosť koľajových vozidiel a automobilov, robí časti bicyklov ľahšie a pevnejšie.
• Titán je dôležitý v námornom oddelení. Vyrábajú sa z neho časti a prvky trupov ponoriek, vrtule pre člny a vrtuľníky.
• V stavebníctve používa sa zliatina zinku a titánu. Používa sa ako dokončovací materiál na fasády a strechy. Táto veľmi pevná zliatina má dôležitú vlastnosť: dá sa z nej vyrobiť architektonické detaily tej najfantastickejšej konfigurácie. Môže mať akúkoľvek formu.
• V poslednom desaťročí sa vo veľkej miere používa titán v ropnom priemysle. Jeho zliatiny sa používajú pri výrobe zariadení na ultra hlboké vŕtanie. Materiál sa používa na výrobu zariadení na ťažbu ropy a plynu na pobrežných šelfoch.

Titán má veľmi široké využitie.

Čistý titán má svoje využitie. Je potrebný tam, kde sa vyžaduje odolnosť voči vysokým teplotám a zároveň musí byť zachovaná pevnosť kovu.

Aplikuje sa v :

• letecký a kozmický priemysel na výrobu častí plášťa, trupov, spojovacích prvkov, podvozkov;
• lieky na protetiku a výrobu srdcových chlopní a iných zariadení;
• technika pre prácu v kryogénnej oblasti (tu využívajú vlastnosť titánu - s poklesom teploty sa zvyšuje pevnosť kovu a nestráca sa jeho plasticita).

V percentuálnom vyjadrení vyzerá použitie titánu na výrobu rôznych materiálov takto:

• 60% sa používa na výrobu farby;
• plast spotrebuje 20%;
• 13 % sa používa pri výrobe papiera;
• strojárstvo spotrebuje 7 % výsledného titánu a jeho zliatin.

Suroviny a proces získavania titánu sú drahé, náklady na jeho výrobu sú kompenzované a splácané životnosťou výrobkov z tejto látky, jej schopnosťou nemeniť svoj vzhľad počas celej doby prevádzky.