Material je titan. Titan - opis elementa s fotografijo, opis njegovega učinka na človeško telo, pa tudi potreba po tem kemičnem elementu

titan

Veliko zanimanje za titan in titanove zlitine temelji na njegovih dragocenih lastnostih - nizki specifični teži, visoki specifični trdnosti in dobri korozijski odpornosti.
V zadnjih letih se je v povezavi z razvojem naprednejših metod za pridobivanje tempranega in deformabilnega titana razširila njegova uporaba v različnih panogah.
Titan obstaja v dveh polimorfih; α-Ti, ki ima šesterokotno tesno zapakirano mrežo in obstaja pri temperaturah pod 885°, in β-Ti, s kubično telesno osredotočeno mrežo, pri višjih temperaturah. Pri transformaciji α→β so spremembe volumna 5,5 %.
Titan slabo reagira z dušikovo in razredčeno klorovodikovo kislino. vendar se raztopi v koncentrirani klorovodikovi in ​​žveplovi kislini ter v vodki Aar. V alkalijah, v številnih solih, tudi v vrelih, in v organskih kislinah je titan zelo stabilen. Titan močno reagira s kisikom, dušikom, vodikom, ogljikom in s številnimi kovinskimi oksidi, kar izredno otežuje pridobivanje čistega titana in povzroča velike težave pri izdelavi polizdelkov iz njega.
Kisik v večini primerov negativno vpliva na fizikalno-kemijske in tehnološke lastnosti titana. Topnost kisika v titanu je približno 30 % (atomska), kar ustreza sestavi TiO0,42. Ko se segreje na 600 °, kisik praktično še ne komunicira s titanom. Pri temperaturah nad 650° začne atmosferski kisik močno difundirati v titan, kar povzroči nastanek zelo trde površinske plasti. Hitrost oksidacije titana pri temperaturah od 650 do 800° je prikazana na sl. 7.

Diagram stanja sistema titan-kisik pri vsebnosti kisika do 30 % je prikazan na sl. 8. Ta diagram je po svoji naravi peritektični sistem. V trdnem stanju kisik tvori omejena področja raztopin α in β.
V zgornjem delu sistema sta dve peritektiki.
Največja topnost kisika v β-titanu je 1,8% pri 1740°, v α-titanu je 14,5% v temperaturnem območju 800-1700°.

Najvišje tališče 1900° ima zlitina vrste trdne raztopine a, ki vsebuje 10 % kisika.
Kisik, ki je prodrl v kristalno mrežo titana, jo močno popači, zato se fizikalne lastnosti in mehanska trdnost titana bistveno spremenijo.
Na sl. devet.
Titan, ki vsebuje 0,25 % (atomskega) kisika, je mogoče hladno valjati brez razpokanja do 95 % redukcije. Pri višji vsebnosti kisika se razpoke pojavijo že pri 60-70 % zmanjšanju.
Pri kovanju in vlečenju titana se je treba izogibati nastanku razpok, saj jih je zaradi hitre oksidacije površine zelo težko zategniti.

Zlitine, ki vsebujejo 0,5-2,0 % (atomskega) kisika, so razmeroma enostavne za obdelavo z vrtanjem in rezanjem, tiste, ki vsebujejo 2,5-3,0 % (atomskega) kisika, pa so zadovoljivo obdelane z rezanjem, vendar jih je težko vrtati.
Zlitine, ki vsebujejo 3,5-5,0 % (atomskega) kisika, so izjemno težko obdelane.
Dušik močno vpliva na lastnosti titana že pri vsebnosti stotink odstotka. Za sistem titan - dušik (slika 10) je značilna prisotnost dveh peritektičnih reakcij.

Dušik znatno poveča trdoto in trdnost titana ter močno zmanjša njegovo duktilnost. Dušikovo-titanove zlitine je zelo težko obdelati v hladnem stanju: pri vsebnosti dušika več kot 0,5% (mas.) zlitina postane krhka in je ni mogoče obdelati.
Že v majhnih količinah dušik vodi do nastanka iglaste strukture. Vpliv dušika na mehanske lastnosti in električno upornost titana je prikazan na sl. enajst.
Sprememba fizikalnih in trdnostnih lastnosti titana zaradi dušikovih nečistoč je očitno posledica dejstva, da ima dušik pomemben vpliv na parametre kristalne mreže, predvsem na parameter c, kar je jasno razvidno iz sl. 12.
Dušik, tako kot kisik, znatno poveča temperaturo začetka in konca β⇔α-transformacije titana.

Vodik, za razliko od kisika, dušika in ogljika, malo vpliva na mehanske lastnosti titana, vendar je še vedno zelo škodljiva nečistoča, saj se pod njegovim vplivom titanovi izdelki in njegove zlitine med valjanjem, kovanjem ali segrevanjem uničijo.
Iz diagrama stanja titan-vodik (slika 13) izhaja, da se s povečanjem vsebnosti vodika temperatura fazne transformacije znižuje, temperaturno območje za obstoj dvofazne strukture α + β pa se širi.
Vodik zelo močno difundira v titan in tvori intersticijske raztopine, kot so kisik, dušik in ogljik. Ko se vodik raztopi v titanu, se sprosti toplota; pri segrevanju se vodik sprosti iz zlitin.
Pri 20° bo imel α-titan, ki vsebuje več desettisočink odstotka presežka vodika, v strukturi proste hidride, ki so vidni pod mikroskopom v obliki tankih plošč. Povečanje krhkosti zlitin je posledica pojava vse večje količine hidridov v njihovi strukturi.
Vodik v območju 0,3-0,5 % (atomski), ki ga običajno vsebuje komercialni titan, znatno zmanjša absorpcijo energije ob udarcu brez spreminjanja natezne trdnosti. Na sl. 14 so krivulje, ki ponazarjajo vpliv vodika na natezno trdnost, raztezek, trdoto in električno upornost titana.
Ogljik močno vpliva na lastnosti titana. Sistem titan-ogljik (slika 15) po svoji naravi spada v peritektične sisteme s kemičnimi spojinami. V tem sistemu opazimo peritektično razgradnjo β-faze z omejeno topnostjo ogljika v β- in α-titanu.

Ogljik je α-stabilizator; dvigne temperaturo alotropne transformacije titana z 882 na 920°.
Pri 0,48 % ogljika in 920° pride do peritektoidne transformacije

Pri visokih temperaturah se ogljik močno poveže s titanom in tvori ognjevzdržen titanov karbid TiC, ki ima visoko trdoto in visoko tališče (nad 3000°).
Titanov karbid je našel široko uporabo za številne namene: za izdelavo toplotno odpornih in toplotno odpornih materialov, kot sestavni del trdih zlitin in kot abrazivni material.
Topnost ogljika v titanu se znatno zmanjša z nižanjem temperature. Zaradi zanemarljive topnosti ogljika v α- in β-titanu že desetine odstotka ogljika v zlitinah titan-ogljik povzročajo krhkost, saj se titanov karbid obori.
Vpliv ogljika na mehanske lastnosti titana je prikazan na sl. 16. Kot lahko vidite, se trdnost zlitin linearno povečuje do 0,25 % ogljika, duktilnost zlitin se spreminja v nasprotni smeri.
Glavni legirni dodatki v titanovih zlitinah so trenutno mangan, krom, železo, vanadij, molibden, aluminij in kositer. Z večino teh dodatkov titan tvori evtektoid.
Povečanje trdnosti titana, odvisno od legirnih dodatkov, je označeno s krivuljami, prikazanimi na sl. 17.

Titanove zlitine so lahko sestavljene iz α-faze ali β-faze ali α+β-faze. Vendar se v industriji široko uporabljajo samo zlitine α + β, α zlitine so omejene, β zlitine pa se sploh ne uporabljajo.
Aluminij razširi območje α-faze in se uvede v toplotno odporne zlitine. Vanadij s titanom ne tvori evtektoida in rahlo poveča trdnost titanovih zlitin. Po nekaterih poročilih so titan-vanadijeve zlitine nagnjene k vodikovim krhkostim. Mangan močno upočasni evtektoidno razgradnjo, okrepi β-fazo in pospešuje toplotno obdelavo. Binarne zlitine tipa Tl+8% Mn so nagnjene k vodikovim krhkostim.
Molibden poveča trdoto titanovih zlitin in skupaj z aluminijem daje zlitinam toplotno odpornost. Kositer tudi razširi območje α-faze in čeprav daje titanu nekoliko nižjo toplotno odpornost kot aluminij, v manjši meri zmanjša duktilnost.
Krom se v večini primerov vnese v titan v obliki ferokroma. Krom upočasni evtektoidno razgradnjo. Deli iz titanovih zlitin s kromom niso zelo primerni za delo pod napetostjo in pri povišanih temperaturah. Delovanje železa je podobno delovanju kroma. Titan z železom proizvaja zlitine, v katerih evtektoidna razgradnja poteka relativno počasi; železo poveča trdoto in zmanjša trdnost pri visokih temperaturah.
Za krepitev α-titana uporabljata tudi cirkonij in silicij, za krepitev β-titana pa niobij in volfram.
Po zadnjih podatkih baker, nikelj in silicij tvorijo zlitine s titanom, pri katerih evtektoidna razgradnja poteka zelo hitro. Tem zlitinam lahko damo želene lastnosti, tako da jih ohlajamo z različnimi hitrostmi.
Sočasno dodajanje mangana, aluminija ali silicija, berilija in bora titanu, ki dajejo kemične spojine, omogoča krepitev zlitin s toplotno obdelavo.
Mehanske lastnosti titana so v veliki meri odvisne od njegove čistosti in načina proizvodnje.
V tabeli. 21 prikazuje mehanske lastnosti titana, pridobljenega z različnimi metodami.

Pri segrevanju se trdnost titana zmanjša, vendar tudi pri 500° ostane končna trdnost še vedno približno 28 kg/mm2 (slika 18).
V Rusiji se po začasnih specifikacijah proizvaja titanova goba petih razredov, katere kemična sestava in mehanske lastnosti so podane v tabeli. 22.

titanove zlitine

Standardne titanove zlitine, ki se uporabljajo v industriji, še niso dovolj razvite, kar je treba pojasniti s primerjalno novostjo tehnologije proizvodnje samega titana. Vendar pa trenutno obstaja že kar nekaj zlitin na osnovi titana z različnimi fizikalnimi in mehanskimi lastnostmi.

V tabeli. 23 prikazuje kemično sestavo in mehanske lastnosti nekaterih titanovih zlitin.

Ime:*
E-naslov:
Komentar:

Dodaj

27.03.2019

Najprej se morate odločiti, koliko ste pripravljeni porabiti za nakup. Strokovnjaki vlagateljem začetnikom priporočajo znesek od 30 tisoč rubljev do 100. Vredno je ...

27.03.2019

Kovinsko valjanje se v našem času aktivno uporablja v različnih situacijah. Dejansko je v mnogih panogah preprosto nemogoče brez tega, saj valjana kovina ...

27.03.2019

Jeklena tesnila ovalnega preseka so namenjena za tesnjenje prirobničnih spojev fitingov in cevovodov, ki prenašajo agresivne medije.

26.03.2019

Mnogi od nas so že slišali za tak položaj kot sistemski skrbnik, vendar si vsi ne morejo predstavljati, kaj točno pomeni ta stavek....

26.03.2019

Vsaka oseba, ki popravlja v svoji sobi, bi morala razmisliti o tem, katere strukture je treba namestiti v notranji prostor. Na trgu ...

26.03.2019

26.03.2019

Do danes se analizatorji plina aktivno uporabljajo v naftni in plinski industriji, v komunalnem sektorju, pri analizi v laboratorijskih kompleksih, za...

DEFINICIJA

titan v obliki ingota - trdna srebrno bela kovina (slika 1), temprana in nodularna, dobro obdelovalna. Vendar že majhen delež nečistoč dramatično spremeni njegove mehanske lastnosti, zaradi česar postane trša in bolj krhka.

riž. 1. Titan. Videz.

Glavne konstante titana so podane v spodnji tabeli.

Tabela 1. Fizikalne lastnosti in gostota titana.

Titan ima šesterokotno tesno zloženo strukturo, ki se pri visokih temperaturah spremeni v kubično strukturo, osredotočeno na telo.

Razširjenost titana v naravi

Po razširjenosti v zemeljski skorji se titan uvršča na deveto mesto med vsemi kemičnimi elementi. Njegova vsebnost v njem je 0,63 % (mas.). Titan se v naravi pojavlja izključno v obliki spojin. Od titanovih mineralov so najpomembnejši rutil TiO 2, ilmenit FeTiO 3, perovskit CaTiO 3.

Kratek opis kemičnih lastnosti in gostote titana

Pri običajnih temperaturah je titan v kompaktni obliki (t.j. v obliki ingotov, debele žice itd.) korozijsko odporen na zraku. Na primer, za razliko od zlitin na osnovi železa, ne rjavi niti v morski vodi. To je posledica tvorbe tankega, a neprekinjenega in gostega zaščitnega oksidnega filma na površini. Pri segrevanju se film uniči, aktivnost titana pa se opazno poveča. Torej, v atmosferi kisika se kompaktni titan vžge le pri beli toplotni temperaturi (1000 o C) in se spremeni v prah TiO 2 oksida. Reakcije z dušikom in vodikom potekajo pri približno enakih temperaturah, vendar veliko počasneje, s tvorbo TiN nitrida in TiH 4 titanovega hidrida.

Ti + O 2 \u003d TiO 2;

2Ti + N 2 = 2TiN;

Ti + 2H 2 = TiH 4 .

Površina titana pomembno vpliva na hitrost oksidacijskih reakcij: tanki titanovi čipi se vžgejo, ko jih vnesemo v plamen, zelo drobni prahovi pa so piroforni - samovnetljivi na zraku.

Reakcija s halogeni se začne pri nizkem segrevanju in jo praviloma spremlja sproščanje znatne količine toplote, vedno pa nastanejo titanovi tetrahalidi. Samo v interakciji z jodom zahteva višje (200 o C) temperature.

Ti + 2Cl 2 \u003d TiCl 4;

Ti + 2Br 2 = TiBr 4 .

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

Vaja	Določite gostoto vodika zmesi helija in kisika s prostornino 300 dm 3 oziroma 100 dm 3.
Odločitev	Poiščite prostorninske deleže snovi v zmesi: j = V plin / V mešanica_plin ; j (O 2) = V(O 2) / V mešanica_plin; j (O 2) \u003d 100 / (300 + 100) \u003d 100 / 400 = 0,25. j (He) = V(He) / V mešanica_plin ; j (He) = 300 / (300 + 100) = 300 / 400 = 0,75. Volumenski deleži plinov bodo sovpadali z molarnimi frakcijami, t.j. pri delcih količin snovi je to posledica Avogadrovega zakona. Poiščite pogojno molekulsko maso zmesi: M r pogojno (zmes) = j (O 2) × M r (O 2) + j (He) × M r (He); M r pogojno (zmes) = 0,25×32 + 0,75×20 = 8 + 15 = 23. Poiščite relativno gostoto zmesi za kisik: D H2 (zmes) = M r pogojno (zmes) / M r (O 2); D H 2 (zmes) = 23 / 2 = 11,5.
Odgovori	Relativna gostota vodika zmesi, sestavljene iz helija in kisika, je 11,5.

PRIMER 2

Vaja	Določite gostoto vodika zmesi plinov, v kateri je masni delež žveplovega dioksida 60 % in ogljikovega dioksida 40 %.
Odločitev	Volumenski deleži plinov bodo sovpadali z molarnimi frakcijami, t.j. pri delcih količin snovi je to posledica Avogadrovega zakona. Poiščite pogojno molekulsko maso zmesi: M r pogojno (zmes) = j (SO 2) × M r (SO 2) + j (CO 2) × M r (CO 2);

titan- lahka, trpežna kovina srebrno bele barve. Obstaja v dveh kristalnih modifikacijah: α-Ti s heksagonalno tesno zloženo rešetko, β-Ti s kubično telesno osredotočeno embalažo, temperatura polimorfne transformacije α↔β je 883 ° C. Titanove in titanove zlitine združujejo lahkotnost, trdnost, visoka odpornost proti koroziji, nizek toplotni koeficient razteznosti, zmožnost dela v širokem temperaturnem območju.

Poglej tudi:

STRUKTURA

Titan ima dve alotropni modifikaciji. Nizkotemperaturna modifikacija, ki obstaja do 882 °C, ima šesterokotno tesno zapakirano mrežo z obdobji a = 0,296 nm in c = 0,472 nm. Visokotemperaturna modifikacija ima telesno osredotočeno kockasto mrežo s periodo a = 0,332 nm.
Polimorfna transformacija (882°C) pri počasnem hlajenju poteka po normalnem mehanizmu s tvorbo enakoosnih zrn, pri hitrem ohlajanju pa po martenzitnem mehanizmu z tvorbo iglaste strukture.
Titan ima visoko korozijsko in kemično odpornost zaradi zaščitnega oksidnega filma na svoji površini. Ne korodira v sladki in morski vodi, mineralnih kislinah, kraljevi vodi itd.

LASTNOSTI

Tališče 1671 °C, vrelišče 3260 °C, gostota α-Ti in β-Ti je 4,505 (20 °C) in 4,32 (900 °C) g/cm³, atomska gostota 5,71×1022 at/cm³. Plastika, varjena v inertni atmosferi.
Tehnični titan, ki se uporablja v industriji, vsebuje nečistoče kisika, dušika, železa, silicija in ogljika, ki povečajo njegovo trdnost, zmanjšajo duktilnost in vplivajo na temperaturo polimorfne transformacije, ki se pojavi v območju 865-920 °C. Za tehnične razrede titana VT1-00 in VT1-0 je gostota približno 4,32 g/cm3, natezna trdnost je 300-550 MN/m2 (30-55kgf/mm2), raztezek ni manjši od 25%, trdota po Brinellu je 1150 -1650 MN / m 2 (115-165 kgf / mm 2). Je paramagnetno. Konfiguracija zunanje elektronske lupine atoma Ti 3d24s2.

Ima visoko viskoznost, med obdelavo je nagnjen k lepljenju na rezalno orodje, zato je na orodju potreben nanos posebnih premazov, različnih maziv.

Pri normalni temperaturi je prekrit z zaščitno pasivizirajočo folijo iz TiO 2 oksida, zaradi česar je v večini okolij (razen alkalnega) odporen proti koroziji. Titanov prah ponavadi eksplodira. Plamenišče 400 °C.

REZERVE IN PROIZVODNJA

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

Leta 2002 je bilo 90 % izkopanega titana uporabljenih za proizvodnjo titanovega dioksida TiO 2 . Svetovna proizvodnja titanovega dioksida je bila 4,5 milijona ton na leto. Potrjene zaloge titanovega dioksida (brez Rusije) znašajo približno 800 milijonov ton.Za leto 2006 po podatkih ameriškega geološkega zavoda, glede na titanov dioksid in brez Rusije, zaloge ilmenitnih rud znašajo 603-673 milijonov ton, rutila pa - 49,7- 52,7 milijona ton Tako bodo pri trenutni stopnji proizvodnje dokazane svetovne zaloge titana (brez Rusije) zadostovale za več kot 150 let.

Rusija ima za Kitajsko druge največje zaloge titana na svetu. Mineralna baza titana v Rusiji je sestavljena iz 20 nahajališč (od tega 11 primarnih in 9 aluvialnih), dokaj enakomerno razpršenih po vsej državi. Največje od raziskanih nahajališč se nahaja 25 km od mesta Ukhta (Republika Komi). Zaloge nahajališča so ocenjene na 2 milijardi ton.

Koncentrat titanovih rud je podvržen žveplovi kislini ali pirometalurški obdelavi. Produkt obdelave z žveplovo kislino je titanov dioksid v prahu TiO 2 . S pirometalurško metodo rudo sintramo s koksom in obdelamo s klorom, pri čemer dobimo hlape titanovega tetraklorida pri 850 ° C in reduciramo z magnezijem.

Nastala titanova "gobica" se stopi in očisti. Koncentrate ilmenita reduciramo v električnih obločnih pečeh z naknadnim kloriranjem nastale titanove žlindre.

IZVOR

Titan je 10. najbolj razširjen v naravi. Vsebnost v zemeljski skorji - 0,57% teže, v morski vodi - 0,001 mg / l. 300 g/t v ultrabazičnih kamninah, 9 kg/t v bazičnih kamninah, 2,3 kg/t v kislih kamninah, 4,5 kg/t v glinah in skrilavcih. V zemeljski skorji je titan skoraj vedno štirivalenten in je prisoten le v kisikovih spojinah. Ne pojavlja se v prosti obliki. Titan ima v vremenskih razmerah in padavinah geokemično afiniteto do Al 2 O 3 . Skoncentriran je v boksitih skorje preperevanja in v morskih glinenih sedimentih.
Prenos titana se izvaja v obliki mehanskih drobcev mineralov in v obliki koloidov. V nekaterih glinah se kopiči do 30 mas. % TiO 2. Minerali titana so odporni na vremenske vplive in tvorijo velike koncentracije v plasteh. Znanih je več kot 100 mineralov, ki vsebujejo titan. Najpomembnejši med njimi so: rutil TiO 2 , ilmenit FeTiO 3 , titanomagnetit FeTiO 3 + Fe3O 4 , perovskit CaTiO 3 , titanit CaTiSiO 5 . Obstajajo primarne titanove rude - ilmenit-titanomagnetit in placer - rutil-ilmenit-cirkon.
Najdišča titana se nahajajo v Južni Afriki, Rusiji, Ukrajini, na Kitajskem, Japonskem, v Avstraliji, Indiji, Cejlonu, Braziliji, Južni Koreji in Kazahstanu. V državah CIS sta Ruska federacija (58,5 %) in Ukrajina (40,2 %) vodilno mesto po raziskanih zalogah titanovih rud.

PRIJAVA

Titanove zlitine igrajo pomembno vlogo v letalski tehnologiji, kjer je cilj doseči najlažji dizajn v kombinaciji z zahtevano trdnostjo. Titan je v primerjavi z drugimi kovinami lahek, hkrati pa lahko deluje pri visokih temperaturah. Titanove zlitine se uporabljajo za izdelavo kože, pritrdilnih delov, napajalnega sklopa, delov ohišja in različnih enot. Ti materiali se uporabljajo tudi pri izdelavi letalskih reaktivnih motorjev. To vam omogoča zmanjšanje njihove teže za 10-25%. Titanove zlitine se uporabljajo za izdelavo kompresorskih diskov in rezil, delov za dovod zraka in vodilnih lopatic ter pritrdilnih elementov.

Titan in njegove zlitine se uporabljajo tudi v raketni znanosti. Zaradi kratkotrajnega delovanja motorjev in hitrega prehoda gostih plasti atmosfere v raketni znanosti so problemi utrujenosti, statične vzdržljivosti in delno lezenja v veliki meri odpravljeni.

Zaradi premalo visoke toplotne odpornosti tehnični titan ni primeren za uporabo v letalstvu, zaradi izjemno visoke odpornosti proti koroziji pa je v nekaterih primerih nepogrešljiv v kemični industriji in ladjedelništvu. Zato se uporablja pri izdelavi kompresorjev in črpalk za črpanje agresivnih medijev, kot sta žveplova in klorovodikova kislina in njihove soli, cevovodi, ventili, avtoklavi, različne posode, filtri itd. Samo titan ima odpornost proti koroziji v okoljih, kot so mokri klor, vodne in kisle raztopine klora, zato je oprema za industrijo klora izdelana iz te kovine. Titan se uporablja za izdelavo toplotnih izmenjevalnikov, ki delujejo v korozivnih okoljih, kot je dušikova kislina (ne dišeči). V ladjedelništvu se titan uporablja za izdelavo propelerjev, ladijskih oblog, podmornic, torpedov itd. Lupine se ne lepijo na titan in njegove zlitine, kar močno poveča odpornost plovila, ko se premika.

Titanove zlitine so obetavne za uporabo v številnih drugih aplikacijah, vendar je njihova uporaba v tehnologiji omejena zaradi visokih stroškov in pomanjkanja titana.

Titan - Ti

KLASIFIKACIJA

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

Eden najpogostejših elementov, ki jih najdemo v zemlji, je titan. Glede na rezultate raziskave zaseda 4. mesto po razširjenosti, na vodilnih mestih pa prepušča aluminij, železo in magnezij. Kljub tako veliki razširjenosti se je titan začel uporabljati v industriji šele v 20. stoletju. Titanove zlitine so v veliki meri vplivale na razvoj raketne znanosti in letalstva, kar je povezano s kombinacijo nizke gostote z visoko specifično trdnostjo in odpornostjo proti koroziji. Podrobneje razmislite o vseh značilnostih tega materiala.

Splošne značilnosti titana in njegovih zlitin

Osnovne mehanske lastnosti titanovih zlitin določajo njihovo široko razširjenost. Če niste pozorni na kemično sestavo, lahko vse titanove zlitine označite takole:

1. Visoka odpornost proti koroziji. Pomanjkljivost večine kovin lahko imenujemo dejstvo, da se ob izpostavljenosti visoki vlažnosti na površini tvori korozija, ki ne le poslabša videz materiala, ampak tudi zmanjša njegovo osnovno zmogljivost. Titan je manj občutljiv na vlago kot železo.
2. Odpornost na mraz. Prenizka temperatura povzroči, da se mehanske lastnosti titanovih zlitin znatno zmanjšajo. Pogosto lahko najdete situacijo, ko delovanje pri nizkih temperaturah povzroči znatno povečanje krhkosti. Titan se pogosto uporablja pri izdelavi vesoljskih plovil.
3. Titan in titanove zlitine imajo relativno nizko gostoto, kar znatno zmanjša težo. Lahke kovine se pogosto uporabljajo v različnih panogah, na primer v letalski industriji, gradnji nebotičnikov itd.
4. Visoka specifična trdnost in nizka gostota sta lastnosti, ki se le redko kombinirata. Vendar se ravno zaradi te kombinacije danes najbolj uporabljajo titanove zlitine.
5. Proizvodnost pri tlačni obdelavi določa, da se zlitina pogosto uporablja kot obdelovanec za stiskanje ali druge vrste obdelave.
6. Odsotnost odziva na delovanje magnetnega polja se imenuje tudi razlog, zakaj se obravnavane zlitine pogosto uporabljajo. Pogosto lahko najdete situacijo, ko se izvaja proizvodnja struktur, med delovanjem katerih nastane magnetno polje. Uporaba titana odpravlja možnost lepljenja.

Te glavne prednosti titanovih zlitin so določile njihovo dokaj široko razširjenost. Vendar, kot je bilo že omenjeno, je veliko odvisno od specifične kemične sestave. Primer je, da se trdota razlikuje glede na to, katere snovi se uporabljajo pri legiranju.

Pomembno je, da lahko tališče doseže 1700 stopinj Celzija. Zaradi tega se odpornost sestave na toploto znatno poveča, vendar je proces obdelave tudi zapleten.

Vrste titanovih zlitin

Razvrstitev titanovih zlitin se izvaja po precej velikem številu značilnosti. Vse zlitine lahko razdelimo v več glavnih skupin:

1. Visoko trdne in strukturno - trpežne titanove zlitine, ki imajo tudi precej visoko duktilnost. Zaradi tega se lahko uporabljajo pri izdelavi delov, na katerih je spremenljiva obremenitev.
2. Toplotno odporne zlitine z nizko gostoto se uporabljajo kot cenejša alternativa toplotno odpornim nikljevim zlitinam, ob upoštevanju določenega temperaturnega območja. Trdnost takšne titanove zlitine se lahko razlikuje v precej velikem razponu, odvisno od specifične kemične sestave.
3. Titanove zlitine na osnovi kemične spojine predstavljajo toplotno odporno strukturo z nizko gostoto. Zaradi znatnega zmanjšanja gostote se zmanjša tudi teža, toplotna odpornost pa omogoča uporabo materiala pri izdelavi letal. Poleg tega je s podobno blagovno znamko povezana tudi visoka plastičnost.

Označevanje titanovih zlitin se izvaja po določenih pravilih, ki vam omogočajo določitev koncentracije vseh elementov. Podrobneje razmislite o nekaterih najpogostejših sortah titanovih zlitin.

Glede na najpogostejše razrede titanovih zlitin bodite pozorni na VT1-00 in VT1-0. Spadajo v razred tehničnih titanov. Sestava te titanove zlitine vključuje dovolj veliko število različnih nečistoč, ki določajo zmanjšanje trdnosti. Vendar se zaradi zmanjšanja trdnosti duktilnost znatno poveča. Visoka tehnološka plastičnost določa, da je tehnični titan mogoče pridobiti tudi pri proizvodnji folije.

Zelo pogosto je obravnavana sestava zlitine podvržena delovnemu utrjevanju. Zaradi tega se moč poveča, vendar se duktilnost znatno zmanjša. Mnogi strokovnjaki menijo, da obravnavane metode obdelave ne moremo imenovati najboljše, saj nima kompleksnega koristnega vpliva na osnovne lastnosti materiala.

Zlitina VT5 je precej pogosta, za katero je značilna uporaba le aluminija kot legirnega elementa. Pomembno je omeniti, da je aluminij tisti, ki velja za najpogostejši legirni element v titanovih zlitinah. To je povezano z naslednjimi točkami:

1. Uporaba aluminija omogoča znatno povečanje modulov elastičnosti.
2. Aluminij vam omogoča tudi povečanje vrednosti toplotne odpornosti.
3. Takšna kovina je ena najpogostejših te vrste, zaradi česar se stroški nastalega materiala znatno zmanjšajo.
4. Zmanjšana vodikova krhkost.
5. Gostota aluminija je nižja od gostote titana, zaradi česar lahko uvedba obravnavane legirne snovi znatno poveča specifično trdnost.

Ko je vroč, je VT5 dobro kovan, valjan in žigosan. Zato se pogosto uporablja za kovanje, valjanje ali žigosanje. Takšna struktura lahko prenese izpostavljenost največ 400 stopinj Celzija.

Titanova zlitina VT22 ima lahko zelo različno strukturo, odvisno od kemične sestave. Operativne značilnosti materiala vključujejo naslednje točke:

1. Visoka tehnološka duktilnost pri vročem oblikovanju.
2. Uporablja se za izdelavo palic, cevi, plošč, žigosanja, profilov.
3. Za varjenje je mogoče uporabiti vse običajne metode.
4. Pomembna točka je, da je po zaključku postopka varjenja priporočljivo izvesti žarjenje, zaradi česar se mehanske lastnosti nastalega zvara znatno povečajo.

Z uporabo kompleksne tehnologije žarjenja je mogoče bistveno izboljšati zmogljivost titanove zlitine VT22. Gre za segrevanje na visoko temperaturo in zadrževanje več ur, čemur sledi postopno hlajenje v peči, tudi z daljšim zadrževanjem. Po visokokakovostnem žarjenju je zlitina primerna za izdelavo visoko obremenjenih delov in konstrukcij, ki jih je mogoče segreti na temperature nad 350 stopinj Celzija. Primer so elementi trupa, krilo, deli krmilnega sistema ali priključki.

Titanova zlitina VT6 je danes dobila najširšo distribucijo v tujini. Namen takšne titanove zlitine je izdelava jeklenk, ki lahko delujejo pod visokim tlakom. Poleg tega se po rezultatih študij v 50% primerov v letalski industriji uporablja titanova zlitina, ki po svojih zmogljivostih in sestavi ustreza VT6. Standard GOST se danes v tujini praktično ne uporablja za označevanje titana in številnih drugih zlitin, kar je treba upoštevati. Za označbo se uporablja lastna edinstvena oznaka.

VT6 ima izjemno zmogljivost zaradi dejstva, da je sestavi dodan tudi vanadij. Za ta legirni element je značilno, da povečuje ne le trdnost, temveč tudi duktilnost.

Ta zlitina je v vročem stanju dobro deformirana, kar lahko imenujemo tudi pozitivna kakovost. Z njegovo uporabo dobimo cevi, različne profile, plošče, liste, žigosanje in številne druge praznine. Za varjenje je mogoče uporabiti vse sodobne metode, kar tudi znatno razširi obseg obravnavane titanove zlitine. Za izboljšanje učinkovitosti se izvaja tudi toplotna obdelava, na primer žarjenje ali utrjevanje. Že dolgo se je žarjenje izvajalo pri temperaturi, ki ni višja od 800 stopinj Celzija, vendar rezultati študij kažejo, da je smiselno povečati indikator na 950 stopinj Celzija. Za izboljšanje odpornosti proti koroziji se pogosto izvaja dvojno žarjenje.

Tudi zlitina VT8 je postala razširjena. V primerjavi s prejšnjim ima večjo trdnost in toplotno odpornost. Uspeli so doseči edinstvene zmogljivosti z dodajanjem velike količine aluminija in silicija v sestavo. Upoštevati je treba, da je najvišja temperatura, pri kateri lahko deluje ta titanova zlitina, približno 480 stopinj Celzija. Različico te sestave lahko imenujemo VT8-1. Kot njegove glavne operativne lastnosti bomo poimenovali naslednje točke:

1. Visoka toplotna stabilnost.
2. Majhna verjetnost nastanka razpok v konstrukciji zaradi zagotavljanja močnih vezi.
3. Izdelljivost med različnimi postopki obdelave, na primer hladno žigosanje.
4. Visoka duktilnost v kombinaciji s povečano trdnostjo.

Za bistveno izboljšanje zmogljivosti se pogosto izvaja dvojno izotermično žarjenje. V večini primerov se ta titanova zlitina uporablja pri izdelavi odkovkov, ribnikov, različnih plošč, žigosanja in drugih surovcev. Vendar pa je treba upoštevati, da značilnosti sestave ne dovoljujejo varjenja.

Uporaba titanovih zlitin

Glede na področja uporabe titanovih zlitin ugotavljamo, da se večina sort uporablja v letalski in raketni industriji, pa tudi pri izdelavi morskih plovil. Druge kovine niso primerne za izdelavo delov letalskih motorjev zaradi dejstva, da se pri segrevanju na relativno nizke temperature začnejo topiti, zaradi česar se struktura deformira. Prav tako povečanje teže elementov povzroči izgubo učinkovitosti.

Uporaba titanovih zlitin v medicini

Nanesite material po proizvodnji:

1. Cevovodi, ki se uporabljajo za oskrbo različnih snovi.
2. Zaporni ventili.
3. Ventili in drugi podobni izdelki, ki se uporabljajo v agresivnih kemičnih okoljih.
4. V letalski industriji se zlitina uporablja za pridobivanje kože, različnih pritrdilnih elementov, delov podvozja, pogonskih sklopov in drugih enot. Kot kažejo rezultati tekočih študij, uvedba takšnega materiala zmanjša težo za približno 10-25%.
5. Drugo področje uporabe je raketna znanost. Kratkotrajno delovanje motorja, gibanje pri visoki hitrosti in vstop v goste plasti povzročijo, da konstrukcija doživi hude obremenitve, ki ne prenesejo vseh materialov.
6. V kemični industriji se titanova zlitina uporablja zaradi dejstva, da ne reagira na učinke različnih snovi.
7. V ladjedelništvu je titan dober, ker ne reagira na učinke slane vode.

Na splošno lahko rečemo, da je obseg titanovih zlitin zelo obsežen. V tem primeru se izvede legiranje, zaradi česar se bistveno povečajo glavne operativne lastnosti materiala.

Toplotna obdelava titanovih zlitin

Za izboljšanje učinkovitosti se izvaja toplotna obdelava titanovih zlitin. Ta proces je bistveno bolj zapleten zaradi dejstva, da preureditev kristalne mreže površinske plasti poteka pri temperaturi nad 500 stopinj Celzija. Za zlitine razredov VT5 in VT6-C se pogosto izvaja žarjenje. Čas osvetlitve se lahko znatno razlikuje, odvisno od debeline obdelovanca in drugih linearnih dimenzij.

Deli iz VT14 morajo v času uporabe vzdržati temperature do 400 stopinj Celzija. Zato toplotna obdelava vključuje utrjevanje, ki mu sledi staranje. Hkrati je za utrjevanje potrebno segrevanje medija na temperaturo okoli 900 stopinj Celzija, staranje pa vključuje izpostavljenost okolju s temperaturo 500 stopinj Celzija več kot 12 ur.

Metode indukcijskega segrevanja omogočajo izvedbo najrazličnejših postopkov toplotne obdelave. Primeri vključujejo žarjenje, staranje, normalizacijo itd. Posebni načini toplotne obdelave so izbrani glede na to, katere lastnosti delovanja je treba doseči.

Mnogi se zanimajo za rahlo skrivnosten in ne povsem razumljen titan - kovina, katere lastnosti so nekoliko dvoumne. Kovina je hkrati najmočnejša in najbolj krhka.

Najmočnejša in najbolj krhka kovina

Odkrila sta ga dva znanstvenika s 6 letno razliko - Anglež W. Gregor in Nemec M. Klaproth. Ime titana je po eni strani povezano z mitskimi titani, nadnaravnimi in neustrašnimi, na drugi strani s Titanijo, kraljico vil.
To je eden najpogostejših materialov v naravi, vendar je postopek pridobivanja čiste kovine še posebej težaven.

22 kemijski element tabele D. Mendelejeva Titan (Ti) spada v 4. skupino 4. obdobja.

Barva titana je srebrno bela z izrazitim leskom. Njegovi poudarki svetijo z vsemi barvami mavrice.

Je ena od ognjevzdržnih kovin. Tali se pri +1660°C (±20°). Titan je paramagnetičen: v magnetnem polju ni magnetiziran in ni iztisnjen iz njega.
Za kovino je značilna nizka gostota in visoka trdnost. Toda posebnost tega materiala je v tem, da celo minimalne nečistoče drugih kemičnih elementov radikalno spremenijo njegove lastnosti. V prisotnosti nepomembnega deleža drugih kovin titan izgubi toplotno odpornost, najmanj nekovinskih snovi v njegovi sestavi pa naredi zlitino krhko.
Ta lastnost določa prisotnost dveh vrst materiala: čistega in tehničnega.

1. Čisti titan se uporablja tam, kjer je potrebna zelo lahka snov, ki lahko prenese velike obremenitve in ultravisoka temperaturna območja.
2. Tehnični material se uporablja, kjer se cenijo parametri, kot so lahkotnost, trdnost in odpornost proti koroziji.

Snov ima lastnost anizotropije. To pomeni, da lahko kovina spremeni svoje fizikalne lastnosti glede na uporabljeno silo. To lastnost je treba upoštevati pri načrtovanju uporabe materiala.

Titan izgubi svojo moč ob najmanjši prisotnosti nečistoč drugih kovin v njem.

Izvedene študije lastnosti titana v normalnih pogojih potrjujejo njegovo inertnost. Snov ne reagira na elemente v okoliški atmosferi.
Sprememba parametrov se začne, ko se temperatura dvigne na +400°C in več. Titan reagira s kisikom, lahko se vžge v dušiku, absorbira pline.
Te lastnosti otežujejo pridobivanje čiste snovi in ​​njenih zlitin. Proizvodnja titana temelji na uporabi drage vakuumske opreme.

Titan in konkurenca z drugimi kovinami

To kovino nenehno primerjajo z aluminijem in železovimi zlitinami. Številne kemične lastnosti titana so bistveno boljše od lastnosti konkurentov:

1. Po mehanski trdnosti titan prekaša železo za 2-krat, aluminij pa za 6-krat. Njegova moč se povečuje z nižanjem temperature, kar pri tekmecih ni opaziti.
   Protikorozijske lastnosti titana so bistveno višje kot pri drugih kovinah.
2. Pri sobni temperaturi je kovina popolnoma inertna. Toda ko se temperatura dvigne nad +200 ° C, snov začne absorbirati vodik in spremeni svoje lastnosti.
3. Pri višjih temperaturah titan reagira z drugimi kemičnimi elementi. Ima visoko specifično trdnost, ki je 2-krat višja od lastnosti najboljših železovih zlitin.
4. Protikorozijske lastnosti titana bistveno presegajo lastnosti aluminija in nerjavnega jekla.
5. Snov je slab prevodnik električne energije. Titan ima upornost 5-krat večjo od železa, 20-krat večjo od aluminija in 10-krat večjo od magnezija.
6. Za titan je značilna nizka toplotna prevodnost, to je posledica nizkega koeficienta toplotnega raztezanja. To je 3-krat manj kot pri železu in 12-krat manj kot pri aluminiju.
   

Kako se pridobiva titan?

Gradivo zaseda 10. mesto po razširjenosti v naravi. Obstaja približno 70 mineralov, ki vsebujejo titan v obliki titanske kisline ali njegovega dioksida. Najpogostejši med njimi in vsebujejo visok odstotek kovinskih derivatov:

• ilmenit;
• rutil;
• anataza;
• perovskit;
• brookite.

Glavna nahajališča titanovih rud se nahajajo v ZDA, Veliki Britaniji, na Japonskem, velika nahajališča le-teh so odkrita v Rusiji, Ukrajini, Kanadi, Franciji, Španiji, Belgiji.

Kopanje titana je drag in delovno intenziven proces

Pridobivanje kovine od njih je zelo drago. Znanstveniki so razvili 4 načine za proizvodnjo titana, od katerih vsak deluje in se učinkovito uporablja v industriji:

1. Magnezijeva metoda. Ekstrahirane surovine, ki vsebujejo titanove nečistoče, se predelajo in pridobijo titanov dioksid. Ta snov je podvržena kloriranju v rudnikih ali solnih klorinatorjih pri povišanih temperaturah. Postopek je zelo počasen in se izvaja v prisotnosti ogljikovega katalizatorja. V tem primeru se trdi dioksid pretvori v plinasto snov - titanov tetraklorid. Nastali material se reducira z magnezijem ali natrijem. Zlitino, ki nastane med reakcijo, segrejemo v vakuumski enoti na ultravisoke temperature. Kot posledica reakcije pride do izhlapevanja magnezija in njegovih spojin s klorom. Na koncu postopka dobimo gobici podoben material. Tali se in pridobiva visokokakovosten titan.
2. Hidridno-kalcijeva metoda. Rudo izpostavimo kemični reakciji in dobimo titanov hidrid. Naslednja faza je ločitev snovi na komponente. Med segrevanjem v vakuumskih napravah se sproščata titan in vodik. Na koncu postopka dobimo kalcijev oksid, ki ga speremo s šibkimi kislinami. Prvi dve metodi se nanašata na industrijsko proizvodnjo. Omogočajo pridobitev čistega titana v najkrajšem možnem času z relativno nizkimi stroški.
3. metoda elektrolize. Titanove spojine so izpostavljene visokemu toku. Glede na surovino so spojine razdeljene na komponente: klor, kisik in titan.
4. Jodidna metoda ali rafiniranje. Titanov dioksid, pridobljen iz mineralov, prelijemo z jodnimi hlapi. Kot rezultat reakcije nastane titanov jodid, ki se segreje na visoko temperaturo - + 1300 ... + 1400 ° C in deluje nanj z električnim tokom. Hkrati se iz izvornega materiala izolirajo komponente: jod in titan. Kovina, pridobljena s to metodo, nima nečistoč in dodatkov.

Področja uporabe

Uporaba titana je odvisna od stopnje njegovega čiščenja pred nečistočami. Prisotnost celo majhne količine drugih kemičnih elementov v sestavi titanove zlitine korenito spremeni njene fizikalne in mehanske lastnosti.

Titan z določeno količino nečistoč se imenuje tehnični. Ima visoko stopnjo odpornosti proti koroziji, je lahek in zelo trpežen material. Njegova uporaba je odvisna od teh in drugih kazalnikov.

• V kemični industriji titan in njegove zlitine se uporabljajo za izdelavo toplotnih izmenjevalnikov, cevi različnih premerov, fitingov, ohišij in delov za črpalke za različne namene. Snov je nepogrešljiva na mestih, kjer je potrebna visoka trdnost in odpornost proti kislinam.
• Na transportu titan se uporablja za izdelavo delov in sklopov koles, avtomobilov, železniških vagonov in vlakov. Uporaba materiala zmanjša težo tirnih vozil in avtomobilov, naredi dele koles lažji in močnejši.
• Titan je pomemben v pomorskem oddelku. Iz njega so izdelani deli in elementi trupov za podmornice, propelerji za čolne in helikopterje.
• V gradbeništvu Uporablja se cink-titanova zlitina. Uporablja se kot zaključni material za fasade in strehe. Ta zelo močna zlitina ima pomembno lastnost: lahko se uporablja za izdelavo arhitekturnih detajlov najbolj fantastične konfiguracije. Lahko ima kakršno koli obliko.
• V zadnjem desetletju se je titan široko uporabljal v naftni industriji. Njegove zlitine se uporabljajo pri izdelavi opreme za ultra globoko vrtanje. Material se uporablja za izdelavo opreme za proizvodnjo nafte in plina na morskih policah.

Titan ima zelo širok spekter uporabe.

Čisti titan ima svojo uporabo. Potreben je tam, kjer je potrebna odpornost na visoke temperature, hkrati pa je treba vzdrževati trdnost kovine.

Uporablja se v :

• letalska in vesoljska industrija za proizvodnjo delov kože, trupov, pritrdilnih elementov, šasij;
• zdravila za protetiko in izdelavo srčnih zaklopk in drugih pripomočkov;
• tehnika za delo v kriogenem območju (tu uporabljajo lastnost titana - z znižanjem temperature se moč kovine poveča in njena plastičnost se ne izgubi).

V odstotkih je uporaba titana za proizvodnjo različnih materialov videti tako:

• 60% se uporablja za proizvodnjo barv;
• plastika porabi 20%;
• 13 % se uporablja v proizvodnji papirja;
• strojništvo porabi 7 % nastalega titana in njegovih zlitin.

Surovine in postopek pridobivanja titana so dragi, stroški njegove proizvodnje se nadomestijo in izplačajo z življenjsko dobo izdelkov iz te snovi, njeno sposobnostjo, da v celotnem obdobju delovanja ne spremeni svojega videza.