Titan er et metall. Egenskaper til titan

Titanlegeringer - vi forstår detaljene

Titanmetall er et vanlig metall i naturen; det er mer av det i jordskorpen enn kobber, bly og sink. Med en tetthet på 4,51 g / cm3 har titan en styrke på 267 ... 337 MPa, og dens legeringer - opptil 1250 MPa. Det er et matt grått metall med et smeltepunkt på 1668 0C, korrosjonsbestandig ved normale temperaturer selv i sterke aggressive miljøer, men veldig aktivt ved oppvarming over 400 0C. I oksygen er det i stand til spontan forbrenning. Reagerer voldsomt med nitrogen. Oksidert av vanndamp, karbondioksid, absorberer hydrogen. Den termiske ledningsevnen til titan er mer enn to ganger lavere enn for karbonstål. Derfor, når du sveiser titan, til tross for det høye smeltepunktet, kreves det mindre varme.

Titan kan finnes i form av to stabile hovedfaser, som er forskjellige i strukturen til krystallgitteret. Ved normal temperatur eksisterer den i form av en α-fase med en finkornet struktur, ufølsom for kjølehastigheten. Ved temperaturer over 882 0C dannes en β-fase med store korn og høy følsomhet for kjølehastigheten. Legeringselementer og urenheter kan stabilisere α-fasen (aluminium, oksygen, nitrogen) eller β-fasen (krom, mangan, vanadium). Derfor er titanlegeringer betinget delt inn i tre grupper: α, α + β og β legeringer. De første (VT1, VT5-1) er ikke termisk herdet, er formbare og har god sveisbarhet. Sistnevnte (OT4, VTZ, VT4, VT6, VT8) sveiser også godt med små tilsetninger av β-stabilisatorer. De er termisk behandlet. Legeringer med β-struktur, for eksempel VT15, VT22, forsterkes ved varmebehandling. De sveiser dårligere og er utsatt for kornvekst og kalde sprekker.
Ved romtemperatur løser titanoverflaten oksygen, og danner dens faste løsning i α-titan. Et lag med mettet løsning vises, som beskytter titan mot ytterligere oksidasjon. Dette laget kalles alfa. Når det varmes opp, går titan inn i en kjemisk kombinasjon med oksygen, og danner en serie oksider fra Ti6O til TiO2. Når oksidasjonen fortsetter, endres fargen på oksidfilmen fra gyllengul til mørk lilla, og blir til hvit. Disse fargene i den varmepåvirkede sonen kan brukes til å bedømme kvaliteten på metallbeskyttelsen under sveising. Titan, som interagerer aktivt med nitrogen ved temperaturer over 500 0C, danner nitrider, som øker styrken, men reduserer metallets duktilitet kraftig. Løseligheten til hydrogen i flytende titan er høyere enn i stål, men med synkende temperatur faller den kraftig, og hydrogen frigjøres fra løsningen. Ettersom metallet herder, kan det forårsake porøsitet og forsinket svikt i sveisene etter sveising. Alle titanlegeringer er ikke utsatt for dannelse av varme sprekker, men er utsatt for sterk kornforgrovning i sveisemetallet og varmepåvirket sone, noe som forringer egenskapene til metallet.
Titanium Alloy sveiseteknologi

På grunn av deres høye kjemiske aktivitet kan titanlegeringer sveises ved bruk av inertgassbuesveising med ikke-forbrukbare og forbrukbare elektroder, neddykket lysbuesveising, elektronstråle, elektroslagg og motstandssveising. Smeltet titan er flytende og sømmen former seg godt med alle sveisemetoder.

Den største vanskeligheten ved sveising av titan er behovet for pålitelig å beskytte metallet, oppvarmet over 400 0C, mot luft.

Buesveising utføres i argon og i dets blandinger med helium. Sveising med lokal beskyttelse utføres ved å tilføre gass gjennom en brennerdyse, noen ganger med dyser som øker beskyttelsessonen. På baksiden av skjøten av delene er det installert kobberstøttestrimler med et spor, langs lengden som argon tilføres jevnt. Med en kompleks design av deler, når lokal beskyttelse er vanskelig å implementere, utføres sveising med generell beskyttelse i kamre med en kontrollert atmosfære. Dette kan være kammerfester for å beskytte deler av den sveisede sammenstillingen, harde kammer av metall eller myke kammer laget av stoff med inspeksjonsvinduer og innebygde hansker for sveiserens hender. Deler, sveiseutstyr og en brenner er plassert i kamrene. For store kritiske enheter brukes beboelige kamre med et volum på opptil 350 m3, der automatiske sveisemaskiner og manipulatorer er installert. Kamrene blir evakuert, deretter fylt med argon, og sveisere i romdrakter kommer inn i dem gjennom luftsluser.

Ved argonbuesveising med en wolframelektrode blir deler med en tykkelse på 0,5 ... 1,5 mm stumpsveiset uten gap og uten tilsetningsstoff, og med en tykkelse på mer enn 1,5 mm - med en fylltråd. Kantene på delene som skal sveises og tråden må rengjøres slik at det oksygenerte alfalaget fjernes. Tråden må gjennomgå vakuumgløding ved en temperatur på 900... 1000 0C i 4 timer Sveising utføres ved bruk av likestrøm med likepolaritet. Deler med en tykkelse på mer enn 10...15 mm kan sveises i en omgang med nedsenket lysbue. Etter dannelsen av sveisebassenget økes argonstrømningshastigheten til 40...50 l/min, noe som fører til kompresjon av lysbuen. Elektroden senkes deretter ned i sveisebassenget. Buetrykket skyver det flytende metallet til side, lysbuen brenner inne i den dannede fordypningen, og smelteevnen øker.
En smal søm med dyp smelteinntrengning ved sveising med en ikke-forbrukbar elektrode i argon kan oppnås ved bruk av flusspasta AN-TA, ANT17A basert på kalsiumfluorid med tilsetningsstoffer. De foredler og modifiserer delvis sveisemetallet, og reduserer også porøsiteten.

Buesveising av titanlegeringer med en forbrukselektrode (tråd med en diameter på 1,2...2,0 mm) utføres ved bruk av likestrøm med omvendt polaritet i moduser som sikrer findråpeoverføring av elektrodemetallet. En blanding av 20 % argon og 80 % helium eller rent helium brukes som beskyttelsesmedium. Dette lar deg øke bredden på sømmen og redusere porøsiteten.

Titanlegeringer kan sveises ved buesveising under oksygenfrie fluoridflukser av tørr granulering ANT1, ANTZ for en tykkelse på 2,5...8,0 mm og ANT7 for tykkere metall. Sveising utføres med elektrodetråd med en diameter på 2,0...5,0 mm med en elektrodeforlengelse på 14...22 mm på en kobber- eller flusskobberunderlag, eller på en flusspute. Som et resultat av fluksens modifiserende effekt er metallstrukturen mer finkornet enn ved sveising i inerte gasser.

Ved elektroslaggsveising brukes plateelektroder laget av samme titanlegering som delen som sveises, med en tykkelse på 8...12 mm og en bredde lik tykkelsen på metallet som sveises. Ildfaste fluorflukser ANT2, ANT4, ANT6 brukes. For å hindre oksygen i å trenge gjennom fluksen, er slaggbadet i tillegg beskyttet med argon. Metallet i den varmepåvirkede sonen er beskyttet ved å øke bredden på de dannede vannkjølte gliderne og blåse argon inn i gapet mellom dem og delen. Sveisede skjøter etter elektroslagsveising har en grovkrystallinsk struktur, men deres egenskaper er nærme grunnmetallet. Før elektroslagsveising, samt før lysbuesveising, må flussmidler kalsineres ved en temperatur på 200...300 0C.

Elektronstrålesveising av titanlegeringer gir den beste beskyttelsen av metallet mot gasser og en finkornet sveisestruktur. Monteringskravene er strengere sammenlignet med andre metoder.

Med alle metoder for sveising av titanlegeringer må metallet ikke overopphetes. Det er nødvendig å bruke metoder og teknikker som gjør det mulig å påvirke krystalliseringen av metallet: elektromagnetisk påvirkning, vibrasjoner av elektroden eller elektronstrålen over skjøten, ultralydpåvirkning på sveisebassenget, pulserende buesveisesyklus, etc. Alt dette vil gjøre det mulig å oppnå en finere sveisestruktur og høye egenskaper til sveisede skjøter.

Karakteristikker av titanmetall og dets anvendelse

Titanmetall er et lett, sølvhvitt metall. Titanlegeringer er lette og sterke, har høy korrosjonsmotstand og lav termisk ekspansjonskoeffisient. I tillegg er titan et metall som er i stand til å opprettholde sine egenskaper i temperaturområdet fra – 290 til +600 grader Celsius.

Oksydet av dette metallet ble først oppdaget i 1789 av W. Gregor. Mens han studerte jernholdig sand, klarte han å isolere oksidet til et tidligere ukjent metall, som han ga navnet menaken. En av de første prøvene av metallisk titan ble oppnådd i 1825 av J. Ya. Berzelius.

Egendommer

I det periodiske systemet til Mendeleev er titan et grunnstoff som ligger i den 4. gruppen av den 4. perioden på nummer 22. I de mest stabile forbindelsene er dette elementet tetravalent. I utseende minner den litt om stål og tilhører overgangselementene. Smeltepunktet til titan er 1668±4°C, og det koker ved 3300 grader Celsius. Når det gjelder den latente varmen fra smelting og fordampning av dette metallet, er den nesten 2 ganger større enn den for jern.

Titan - sølvfarget metall
I dag er det to allotropiske modifikasjoner av titan. Den første er lavtemperatur alfa-modifikasjonen. Den andre er betamodifikasjon ved høy temperatur. Når det gjelder tetthet og spesifikk varmekapasitet, opptar dette metallet en plass mellom aluminium og jern.

Egenskapene til titan har en rekke positive egenskaper. Dens mekaniske styrke er dobbelt så stor som for rent jern og seks ganger større enn aluminium. Imidlertid er titan i stand til å absorbere oksygen, hydrogen og nitrogen. De kan redusere plastegenskapene kraftig. Hvis titan blandes med karbon, dannes det ildfaste karbider som har høy hardhet.

Titan er preget av lav varmeledningsevne, som er 4 ganger mindre enn aluminium og 13 ganger mindre enn jern. Titan har også en ganske høy elektrisk resistivitet.

Titan er et paramagnetisk metall, og som kjent har paramagnetiske stoffer magnetisk mottakelighet, som avtar ved oppvarming. Imidlertid er titan et unntak, siden følsomheten bare øker med temperaturen.

Fordeler:
Lav tetthet, som bidrar til å redusere massen av materialet;
Høy mekanisk styrke;
Høy korrosjonsbestandighet;
Høy spesifikk styrke.

Feil:
Høy produksjonskostnad;
Aktiv interaksjon med alle gasser, som er grunnen til at den bare smeltes i et vakuum eller i et miljø med inerte gasser;
Dårlige anti-friksjonsegenskaper;
Vanskeligheter med å involvere titanavfall i produksjonen;
Tendens til saltkorrosjon, hydrogensprøhet;
Ganske dårlig bearbeidbarhet;
Stor kjemisk aktivitet.

Bruk

Bruken av titan er mest etterspurt i produksjon av missiler og fly, og marin skipsbygging.

Ringer
Den brukes som legeringsblanding i høykvalitetsstål. Teknisk titan brukes på produksjon av beholdere og kjemiske reaktorer, rørledninger og armaturer, pumper og ventiler, pluss alle produkter som opererer i aggressive miljøer. Kompakt titan brukes til fremstilling av masker og andre deler av elektriske vakuumenheter som opererer ved høye temperaturer.

Mekanisk styrke, korrosjonsmotstand, spesifikk styrke, varmebestandighet og andre egenskaper til titan gjør at det kan brukes mye i teknologi. De høye kostnadene for dette metallet og legeringene kompenseres av dets høye ytelse. I noen situasjoner er titanlegeringer de eneste som brukes til fremstilling av spesielt utstyr eller strukturer som er i stand til å fungere under spesifikke forhold.

Opprinnelig ble titan utvunnet for produksjon av fargestoffer. Imidlertid har bruken av dette metallet som et strukturelt materiale ført til utvidelse av titanmalmgruvedrift, samt søk og utvikling av nye forekomster

Bar av rent (99,995 %) titan
Tidligere var titan et biprodukt og i mange tilfeller et hinder for for eksempel jernmalmutvinning. I dag utnyttes gruvene kun for å få dette metallet som hovedprodukt.

For å utvinne titanmalm trenger du ikke ha noen spesielle ferdigheter eller utføre komplekse operasjoner. Hvis titanmineraler finnes i sandholdige forekomster, samles de opp ved hjelp av sugemaskiner, som passerer gjennom hvilke de faller ned på lektere, som igjen leverer dem til anrikningsanlegget. Men hvis titanmineraler finnes i bergarter, brukes ikke til og med gruveutstyr lenger.

Malmen knuses for å sikre effektiv separasjon av mineralkomponentene. Etterpå brukes lav-intensitet våtmagnetisk separasjon for å skille ilmenitten fra fremmede materialer. Den gjenværende ilmenitten blir deretter fordelt ved hjelp av hydrauliske klassifiserere og tabeller. Deretter utføres anrikning ved hjelp av metoden for tørr magnetisk separasjon, som har høy intensitet.

Egenskaper til titanmetall og dets plass i produkter

Titan er et kjemisk grunnstoff som er ganske utbredt i naturen. Det er metall, sølvgrå og hardt; det er en komponent av mange mineraler, og det kan utvinnes nesten overalt - Russland er nummer to i verden i titanutvinning.

Det er mye titan i titanjernmalm - ilmenitt, som tilhører komplekse oksider, og gyldenrød rutil, som er en polymorf (mangfoldig og i stand til å eksistere i forskjellige krystallstrukturer) modifikasjon av titandioksyd - kjemikere kjenner til tre slike naturlige forbindelser.

Titan finnes ofte i bergarter, men det er enda mer rikelig i jordsmonn, spesielt sandholdige. Blant de titanholdige bergartene kan perovskitt kalles - det anses som ganske vanlig; titanitt er et silikat av titan og kalsium, som er kreditert med helbredende og til og med magiske egenskaper; anatase - også en polymorf forbindelse - et enkelt oksid; og brookitt er en vakker krystall, ofte funnet i Alpene, og her i Russland - i Ural, Altai og Sibir.

Fortjenesten ved oppdagelsen av titan tilhører to forskere samtidig - en tysker og en engelskmann. Den engelske vitenskapsmannen William MacGregor var ingen kjemiker, men han var veldig interessert i mineraler, og en dag, på slutten av 1700-tallet, isolerte han et ukjent metall fra den svarte sanden i Cornwall, og skrev snart en artikkel om det.

Denne artikkelen ble også lest av den kjente tyske vitenskapsmannen, kjemikeren M.G. Klaproth, og 4 år etter McGregor, oppdaget han titanoksid (det var det han kalte dette metallet, og britene kalte det menakkin - etter navnet på stedet der det ble funnet) i rød sand, vanlig i Ungarn. Da forskeren sammenlignet forbindelsene som ble funnet i den svarte og røde sanden, viste de seg å være titanoksider - så dette metallet ble oppdaget av begge forskerne uavhengig.

Navnet på metallet har forresten ingenting å gjøre med de gamle greske Titan Gods (selv om det finnes en slik versjon), men ble navngitt til ære for Titania, dronningen av feene, som Shakespeare skrev om. Dette navnet er assosiert med lettheten til titan - dets uvanlig lave tetthet.

Etter disse oppdagelsene prøvde mange forskere gjentatte ganger å isolere rent titan fra dets forbindelser, men på 1800-tallet var dette ikke vellykket - selv den store Mendeleev betraktet dette metallet som sjeldent, og derfor interessant bare for "ren" vitenskap, og ikke for bruk for praktiske formål. Men forskere fra det 20. århundre innså at det er mye titan i naturen - rundt 70 mineraler inneholder det i sammensetningen, og i dag er mange slike forekomster kjent. Hvis vi snakker om metaller som er mye brukt av mennesker i teknologi, kan vi finne bare tre som er mer rikelig i naturen enn titan - magnesium, jern og aluminium. Kjemikere sier også at hvis vi kvantitativt kombinerer alle reservene av kobber, sølv, gull, platina, bly, sink, krom og noen andre metaller som Jorden er rik på, vil vi få mer titan enn dem alle.

Kjemikere lærte å isolere rent titan fra forbindelser først i 1940 - dette ble gjort av amerikanske forskere.
Mange egenskaper til titan er allerede studert, og det brukes i ulike felt av vitenskap og industri, men vi vil ikke vurdere denne siden av bruken i detalj her - vi er interessert i den biologiske betydningen av titan.

Bruken av titan i medisin og næringsmiddelindustrien er også av interesse for oss - i disse tilfellene kommer titan direkte inn i menneskekroppen, eller kommer i kontakt med den. En av egenskapene til dette metallet er veldig behagelig: forskere, inkludert leger, anser titan som trygt for mennesker, selv om kroniske lungesykdommer kan oppstå hvis det konsumeres i overkant.
Titan i produkter

Titan finnes i sjøvann, plante- og dyrevev, og dermed i produkter av plante- og animalsk opprinnelse. Planter får titan fra jorda de vokser på, og dyr får det ved å spise disse plantene, men i begynnelsen – allerede på 1800-tallet – oppdaget kjemikere titan i dyrekroppen, og først da i planter. Disse funnene ble igjen gjort av en engelskmann og en tysker - G. Rees og A. Adergold.

I menneskekroppen er titan omtrent 20 mg, og det kommer vanligvis med mat og vann. Titan finnes i egg og melk, i kjøttet til dyr og planter - deres blader, stilker, frukt og frø, men generelt er det ikke mye av det i maten. Planter, spesielt alger, inneholder mer titan enn dyrevev; det er mye av det i cladophora - en buskete knallgrønn alge, ofte funnet i ferskvann og hav.
Betydningen av titan for menneskekroppen

Hvorfor trenger menneskekroppen titan? Forskere sier at dens biologiske rolle ikke er avklart, men den er involvert i dannelsen av røde blodlegemer i benmargen, i syntesen av hemoglobin og i dannelsen av immunitet.

Titan er tilstede i den menneskelige hjernen, i de auditive og visuelle sentrene; Det er alltid tilstede i morsmelk, og i visse mengder. Konsentrasjonen av titan i kroppen aktiverer metabolske prosesser, og forbedrer den generelle sammensetningen av blodet, reduserer innholdet av kolesterol og urea i det.

En person mottar omtrent 0,85 mg titan per dag, med vann og mat, så vel som med luft, men det absorberes dårlig i mage-tarmkanalen - fra 1 til 3%.

For mennesker er titan ikke-giftig eller lite giftig, og legene har heller ikke data om en dødelig dose, men ved regelmessig innånding av titandioksid samler det seg opp i lungene, og deretter utvikles kroniske sykdommer, ledsaget av kortpustethet og hoste med sputum - trakeitt, alveolitt, etc. Opphopning av titan sammen med andre, mer giftige elementer, forårsaker betennelse og til og med granulomatose - en alvorlig karsykdom som er livstruende.

Overskudd og mangel på titan

Hva kan forklare overskuddet av titan i kroppen? Siden titan, som allerede nevnt, brukes i mange områder av vitenskap og industri, truer et overskudd av titan og til og med forgiftning med det ofte arbeidere i forskjellige bransjer: maskinteknikk, metallurgi, maling og lakk, etc. Titanklorid er det giftigste: det er nok å jobbe i en slik produksjon i omtrent 3 år, uten spesielt å observere sikkerhetstiltak, og kroniske sykdommer vil ikke avta for å vises.

Slike sykdommer behandles vanligvis med antibiotika, antiskummidler, kortikosteroider og vitaminer; Pasienter bør være i ro og drikke rikelig med væske.

Titanmangel, både hos mennesker og dyr, er ikke identifisert eller beskrevet, og i dette tilfellet kan det antas at det virkelig ikke eksisterer.

I medisin er titan ekstremt populært: utmerkede instrumenter er laget av det, og samtidig er de tilgjengelige og rimelige - titan koster fra 15 til 25 dollar per kilo. Ortopeder, tannleger og til og med nevrokirurger elsker titan - og det er ikke overraskende.

Det viser seg at titan har en verdifull kvalitet for leger - biologisk treghet: dette betyr at strukturer laget av det oppfører seg perfekt i menneskekroppen og er helt trygge for muskel- og beinvev, som de får over tid. Strukturen til vevet endres ikke: titan er ikke utsatt for korrosjon, og dets mekaniske egenskaper er svært høye. Det er nok å si at i sjøvann, som i sammensetning er svært nær menneskelig lymfe, kan titan forringes med en hastighet på 0,02 mm per 1000 år, og i løsninger av alkalier og syrer er det lik platina i stabilitet.

Blant alle legeringer som brukes i medisin, kjennetegnes titan av sin renhet, og det er nesten ingen urenheter i dem, noe som ikke kan sies om koboltlegeringer eller rustfritt stål.

Innvendige og eksterne proteser laget av titanlegeringer kollapser ikke eller deformeres, selv om de tåler arbeidsbelastninger hele tiden: den mekaniske styrken til titan er 2-4 ganger høyere enn for rent jern, og 6-12 ganger høyere enn den til aluminium.

Plassiteten til titan lar deg gjøre hva som helst med det - kutte, bore, slipe, smi ved lave temperaturer, rulle - til og med tynn folie er laget av det.

Smeltepunktet er imidlertid ganske høyt - omtrent 1670°C.

Titans elektriske ledningsevne er svært lav, og det er et ikke-magnetisk metall, så pasienter med titanstrukturer i kroppen kan få foreskrevet fysioterapeutiske prosedyrer - dette er trygt.

I næringsmiddelindustrien brukes titandioksid som fargestoff, betegnet E171. Den brukes til å farge søtsaker og tyggegummi, konfekt og pulverprodukter, nudler, krabbepinner, kjøttdeigsprodukter; De lysner også glasurer og mel.

I farmakologi brukes titandioksid til å fargelegge medisiner, og i kosmetologi - kremer, geler, sjampoer og andre produkter.

metall titan egenskap av metall titan egenskaper av metall titan

Titan rangerer 4. når det gjelder distribusjon i produksjon, men effektiv teknologi for utvinning ble utviklet først på 40-tallet av forrige århundre. Det er et sølvfarget metall preget av lav egenvekt og unike egenskaper. For å analysere omfanget av distribusjon i industri og andre områder, er det nødvendig å kunngjøre egenskapene til titan og bruksområdene til legeringene.

Hovedtrekk

Metallet har lav egenvekt - kun 4,5 g/cm³. Anti-korrosjonsegenskaper skyldes den stabile oksidfilmen som dannes på overflaten. Takket være denne kvaliteten endrer ikke titan egenskapene når de holdes i vann eller saltsyre over lengre tid. Det er ingen skadede områder på grunn av stress, som er et stort problem med stål.

I sin rene form har titan følgende kvaliteter og egenskaper:

nominelt smeltepunkt - 1660°C;
koker når den utsettes for varme ved +3 227°C;
strekkstyrke - opptil 450 MPa;
preget av en lav elastisitetsindeks - opptil 110,25 GPa;
på HB-skalaen er hardheten 103;
flytestyrken er en av de mest optimale blant metaller - opptil 380 MPa;
termisk ledningsevne av rent titan uten tilsetningsstoffer – 16.791 W/m*C;
minimumskoeffisient for termisk utvidelse;
dette elementet er en paramagnet.

Til sammenligning er styrken til dette materialet 2 ganger større enn den til rent jern og 4 ganger den til aluminium. Titan har også to polymorfe faser - lav temperatur og høy temperatur.

Rent titan brukes ikke til produksjonsbehov på grunn av høye kostnader og nødvendige ytelsesegenskaper. For å øke stivheten tilsettes oksider, hybrider og nitrider til sammensetningen. Det er mindre vanlig å endre materialegenskaper for å forbedre korrosjonsbestandigheten. Hovedtyper av tilsetningsstoffer for produksjon av legeringer: stål, nikkel, aluminium. I noen tilfeller fungerer den som en tilleggskomponent.

Bruksområder

På grunn av sin lave egenvekt og styrkeparametere, er titan mye brukt i luftfarts- og romfartsindustrien. Det brukes som det viktigste strukturelle materialet i sin rene form. I spesielle tilfeller lages billigere legeringer ved å redusere varmemotstanden. Samtidig forblir dens korrosjonsmotstand og mekaniske styrke uendret.

I tillegg har materiale med titantilsetningsstoffer funnet anvendelse på følgende områder:

Kjemisk industri. Dens motstand mot nesten alle aggressive miljøer, unntatt organiske syrer, gjør det mulig å produsere komplekst utstyr med god vedlikeholdsfri levetid.
Produksjon av kjøretøy. Årsaken er lav egenvekt og mekanisk styrke. Rammer eller bærende elementer av strukturer er laget av det.
Medisin. For spesielle formål brukes en spesiell legering nitinol (titan og nikkel). Dens særegne egenskap er formminne. For å redusere belastningen på pasienter og minimere sannsynligheten for negative effekter på kroppen, er mange medisinske skinner og lignende enheter laget av titan.
I industrien brukes metall til fremstilling av hus og individuelle utstyrselementer.
Titansmykker har et unikt utseende og kvaliteter.

I de fleste tilfeller behandles materialet på en fabrikk. Men det er en rekke unntak - å kjenne egenskapene til dette materialet, noe av arbeidet med å endre utseendet til produktet og dets egenskaper kan gjøres i et hjemmeverksted.

Behandlingsfunksjoner

For å gi produktet ønsket form, er det nødvendig å bruke spesialutstyr - en dreiebenk og fresemaskin. Håndskjæring eller fresing av titan er ikke mulig på grunn av hardheten. I tillegg til å velge kraft og andre egenskaper til utstyret, er det nødvendig å velge riktig skjæreverktøy: kuttere, kuttere, reamers, bor, etc.

Følgende nyanser er tatt i betraktning:

Titanspon er svært brannfarlige. Tvunget avkjøling av delens overflate og drift ved minimumshastigheter er nødvendig.
Bøyning av produktet utføres først etter forvarming av overflaten. Ellers er det stor sannsynlighet for sprekker.
Sveising. Spesielle forhold må overholdes.

Titan er et unikt materiale med god ytelse og tekniske kvaliteter. Men for å behandle det, må du vite spesifikasjonene til teknologien, og viktigst av alt, sikkerhetstiltak.

Evig, mystisk, kosmisk - alle disse og mange andre epitet er tildelt titan i forskjellige kilder. Historien om oppdagelsen av dette metallet var ikke triviell: flere forskere jobbet samtidig med å isolere elementet i sin rene form. Prosessen med å studere fysiske, kjemiske egenskaper og bestemme bruksområdene i dag. Titan er fremtidens metall; dets plass i menneskelivet er ennå ikke endelig bestemt, noe som gir moderne forskere enormt muligheter for kreativitet og vitenskapelig forskning.

Karakteristisk

Det kjemiske elementet er betegnet i D.I. Mendeleevs periodiske system med symbolet Ti. Den ligger i en sekundær undergruppe av gruppe IV i fjerde periode og har serienummer 22. Titan er et hvit-sølv metall, lett og holdbart. Den elektroniske konfigurasjonen av atomet har følgende struktur: +22)2)8)10)2, 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 2 4S 2. Følgelig har titan flere mulige oksidasjonstilstander: 2, 3, 4; i de mest stabile forbindelsene er det fireverdig.

Titan - legering eller metall?

Dette spørsmålet interesserer mange. I 1910 oppnådde den amerikanske kjemikeren Hunter rent titan for første gang. Metallet inneholdt bare 1% urenheter, men mengden viste seg å være ubetydelig og gjorde det ikke mulig å studere egenskapene videre. Plassiteten til det resulterende stoffet ble kun oppnådd under påvirkning av høye temperaturer; under normale forhold (romtemperatur) var prøven for skjør. Faktisk var forskere ikke interessert i dette elementet, siden utsiktene for bruken virket for usikre. Vanskeligheter med å skaffe og undersøke har ytterligere redusert potensialet for bruk. Først i 1925 oppnådde kjemikere fra Nederland I. de Boer og A. Van Arkel titanmetall, hvis egenskaper vakte oppmerksomhet fra ingeniører og designere over hele verden. Historien om studiet av dette elementet begynner i 1790, det var på dette tidspunktet at, parallelt, uavhengig av hverandre, oppdaget to forskere titan som et kjemisk element. Hver av dem mottar en forbindelse (oksid) av stoffet, ute av stand til å isolere metallet i sin rene form. Oppdageren av titan regnes for å være den engelske mineralogmunken William Gregor. På territoriet til sognet hans, som ligger i den sørvestlige delen av England, begynte den unge forskeren å studere den svarte sanden i Menacan-dalen. Resultatet var frigjøring av skinnende korn, som var en titanforbindelse. Samtidig, i Tyskland, isolerte kjemiker Martin Heinrich Klaproth et nytt stoff fra mineralet rutil. I 1797 beviste han også at elementer åpnet parallelt er like. Titandioksid har vært et mysterium for mange kjemikere i mer enn et århundre; selv Berzelius var ikke i stand til å skaffe rent metall. De nyeste teknologiene på 1900-tallet har betydelig fremskyndet prosessen med å studere dette elementet og bestemt de første retningslinjene for bruken. Samtidig utvides bruksområdet stadig. Omfanget kan bare begrenses av kompleksiteten i prosessen med å oppnå et slikt stoff som rent titan. Prisen på legeringer og metall er ganske høy, så i dag kan den ikke erstatte tradisjonelt jern og aluminium.

opprinnelse til navnet

Menakin var det første navnet på titan, som ble brukt til 1795. Det er nettopp dette W. Gregor kalte det nye elementet, basert på dets territorielle tilhørighet. Martin Klaproth tildelte elementet navnet "titan" i 1797. På dette tidspunktet foreslo hans franske kolleger, ledet av den ganske autoritative kjemikeren A.L. Lavoisier, å navngi nyoppdagede stoffer i samsvar med deres grunnleggende egenskaper. Den tyske forskeren var ikke enig i denne tilnærmingen; han trodde ganske rimelig at det på oppdagelsesstadiet er ganske vanskelig å bestemme alle egenskapene som ligger i et stoff og reflektere dem i navnet. Imidlertid bør det erkjennes at begrepet intuitivt valgt av Klaproth tilsvarer metall - dette har gjentatte ganger blitt understreket av moderne forskere. Det er to hovedteorier om opprinnelsen til navnet titan. Metallet kunne ha blitt utpekt på denne måten til ære for alvedronningen Titania (en karakter fra tysk mytologi). Dette navnet symboliserer både lettheten og styrken til stoffet. De fleste forskere er tilbøyelige til å bruke versjonen av gammel gresk mytologi, der de mektige sønnene til jordgudinnen Gaia ble kalt titaner. Denne versjonen støttes også av navnet på det tidligere oppdagede elementet - uran.

Å være i naturen

Av metallene som er teknisk verdifulle for mennesker, er titan på fjerde plass når det gjelder overflod i jordskorpen. Bare jern, magnesium og aluminium har en høy prosentandel i naturen. Det høyeste titaninnholdet ble notert i basaltskallet, noe mindre i granittlaget. I sjøvann er innholdet av dette stoffet lavt - omtrent 0,001 mg/l. Det kjemiske elementet titan er ganske aktivt, så det er umulig å finne det i sin rene form. Oftest er det tilstede i forbindelser med oksygen, og har en valens på fire. Antall titanholdige mineraler varierer fra 63 til 75 (i forskjellige kilder), mens forskerne på det nåværende forskningsstadiet fortsetter å oppdage nye former for dets forbindelser. For praktisk bruk er følgende mineraler av størst betydning:

Ilmenitt (FeTiO 3).
Rutil (TiO 2).
Titanitt (CaTiSiO 5).
Perovskitt (CaTiO3).
Titanmagnetitt (FeTiO 3 + Fe 3 O 4), etc.

Alle eksisterende titanholdige malmer er delt inn i placer- og basismalmer. Dette elementet er en svak migrant; det kan bare bevege seg i form av knuste steiner eller bevegelse av siltig bunnstein. I biosfæren finnes den største mengden titan i alger. Hos representanter for terrestrisk fauna akkumuleres elementet i kåte vev og hår. Menneskekroppen er preget av tilstedeværelsen av titan i milten, binyrene, morkaken og skjoldbruskkjertelen.

Fysiske egenskaper

Titan er et ikke-jernholdig metall med en sølvhvit farge som ligner stål i utseende. Ved en temperatur på 0 0 C er dens tetthet 4,517 g/cm 3 . Stoffet har lav egenvekt, som er typisk for alkalimetaller (kadmium, natrium, litium, cesium). Når det gjelder tetthet, inntar titan en mellomposisjon mellom jern og aluminium, mens ytelsesegenskapene er høyere enn for begge elementene. Hovedegenskapene til metaller som tas i betraktning når man bestemmer omfanget av deres anvendelse, er hardhet. Titan er 12 ganger sterkere enn aluminium, 4 ganger sterkere enn jern og kobber, men det er mye lettere. Dens plastisitet og flytestyrke gjør at den kan behandles ved lave og høye temperaturer, slik tilfellet er med andre metaller, det vil si ved klinking, smiing, sveising og valsemetoder. Et karakteristisk kjennetegn ved titan er dets lave termiske og elektriske ledningsevne, mens disse egenskapene beholdes ved forhøyede temperaturer, opptil 500 0 C. I et magnetfelt er titan et paramagnetisk element, det tiltrekkes ikke som jern og presses ikke ut. som kobber. Svært høy anti-korrosjonsytelse i aggressive miljøer og under mekanisk påkjenning er unik. Mer enn 10 års eksponering for sjøvann endret ikke utseendet og sammensetningen av titanplaten. I dette tilfellet ville jernet bli fullstendig ødelagt av korrosjon.

Termodynamiske egenskaper til titan

Tettheten (under normale forhold) er 4,54 g/cm 3 .
Atomnummer - 22.
Gruppe av metaller - ildfaste, lette.
Atommassen til titan er 47,0.
Kokepunkt (0 C) - 3260.
Molarvolum cm 3 /mol - 10,6.
Smeltepunktet for titan (0 C) er 1668.
Spesifikk fordampningsvarme (kJ/mol) - 422,6.
Elektrisk motstand (ved 20 0 C) Ohm*cm*10 -6 - 45.

Kjemiske egenskaper

Den økte korrosjonsmotstanden til elementet forklares av dannelsen av en liten oksidfilm på overflaten. Den forhindrer (under normale forhold) fra gasser (oksygen, hydrogen) som finnes i den omkringliggende atmosfæren til et element som titanmetall. Dens egenskaper endres under påvirkning av temperatur. Når den øker til 600 0 C, skjer det en reaksjon med oksygen som resulterer i dannelse av titanoksid (TiO 2). Ved absorpsjon av atmosfæriske gasser dannes sprø forbindelser som ikke har noen praktisk anvendelse, og det er grunnen til at sveising og smelting av titan utføres under vakuumforhold. En reversibel reaksjon er prosessen med hydrogenoppløsning i metallet; den skjer mer aktivt med økende temperatur (fra 400 0 C og over). Titan, spesielt dets små partikler (tynn plate eller tråd), brenner i en nitrogenatmosfære. Den kjemiske reaksjonen er bare mulig ved en temperatur på 700 0 C, noe som resulterer i dannelse av TiN-nitrid. Den danner høyharde legeringer med mange metaller og er ofte et legeringselement. Det reagerer med halogener (krom, brom, jod) bare i nærvær av en katalysator (høy temperatur) og gjenstand for interaksjon med et tørt stoff. I dette tilfellet dannes det svært harde, ildfaste legeringer. Titan er ikke kjemisk aktivt med løsninger av de fleste alkalier og syrer, med unntak av konsentrert svovelsyre (med langvarig koking), flussyre og varme organiske syrer (maursyre, oksalsyre).

Fødselssted

Ilmenittmalm er de vanligste i naturen - deres reserver er anslått til 800 millioner tonn. Forekomstene av rutilavsetninger er mye mer beskjedne, men det totale volumet – samtidig som produksjonsveksten opprettholdes – bør gi menneskeheten et metall som titan i de neste 120 årene. Prisen på det ferdige produktet vil avhenge av etterspørselen og en økning i produksjonsnivået til produksjonen, men varierer i gjennomsnitt i området fra 1200 til 1800 rubler/kg. Under forhold med konstant teknisk forbedring reduseres kostnadene for alle produksjonsprosesser betydelig med deres rettidige modernisering. Kina og Russland har de største reservene; Japan, Sør-Afrika, Australia, Kasakhstan, India, Sør-Korea, Ukraina og Ceylon har også mineralressursbaser. Forekomstene varierer i produksjonsvolum og andel titan i malmen, geologiske undersøkelser pågår, noe som gjør det mulig å anta en nedgang i markedsverdien av metallet og dets bredere bruk. Russland er den desidert største produsenten av titan.

Kvittering

For å produsere titan brukes oftest titandioksid, som inneholder en minimal mengde urenheter. Det oppnås ved å anrike ilmenittkonsentrater eller rutilmalm. I en lysbueovn varmebehandles malmen, som er ledsaget av separasjon av jern og dannelse av slagg som inneholder titanoksid. Svovelsyre- eller kloridmetoden brukes til å behandle den jernfrie fraksjonen. Titanoksid er et grått pulver (se bilde). Titanmetall oppnås ved trinn-for-trinn-behandling.

Den første fasen er prosessen med sintring av slagg med koks og eksponering for klordamp. Den resulterende TiCl 4 reduseres med magnesium eller natrium når den utsettes for en temperatur på 850 0 C. Titansvampen (porøs smeltet masse) oppnådd som et resultat av en kjemisk reaksjon blir renset eller smeltet til ingots. Avhengig av videre bruksretning dannes en legering eller rent metall (urenheter fjernes ved oppvarming til 1000 0 C). For å produsere et stoff med en urenhetsfraksjon på 0,01 %, brukes jodidmetoden. Den er basert på prosessen med å fordampe dampene fra en titansvamp som er forhåndsbehandlet med halogen.

Bruksområder

Smeltepunktet til titan er ganske høyt, noe som, gitt metallets letthet, er en uvurderlig fordel ved å bruke det som et strukturelt materiale. Derfor finner den størst bruk i skipsbygging, luftfartsindustrien, rakettproduksjon og kjemisk produksjon. Titan brukes ofte som legeringsadditiv i forskjellige legeringer som har økt hardhet og varmebestandighetsegenskaper. Høye anti-korrosjonsegenskaper og evnen til å motstå de fleste aggressive miljøer gjør dette metallet uunnværlig for kjemisk industri. Rørledninger, beholdere, stengeventiler og filtre som brukes til destillasjon og transport av syrer og andre kjemisk aktive stoffer er laget av titan (dets legeringer). Det er etterspurt når du lager enheter som opererer ved høye temperaturer. Titanforbindelser brukes til å lage holdbare skjæreverktøy, maling, plast og papir, kirurgiske instrumenter, implantater, smykker, etterbehandlingsmaterialer og brukes i næringsmiddelindustrien. Alle retninger er vanskelige å beskrive. Moderne medisin bruker ofte titanmetall på grunn av fullstendig biologisk sikkerhet. Pris er den eneste faktoren som så langt påvirker bruksbredden for dette elementet. Det er rettferdig å si at titan er fremtidens materiale, ved å studere hvilken menneskehet som vil flytte til et nytt utviklingsstadium.

Titan ble opprinnelig kalt "gregorite" av den britiske kjemikeren pastor William Gregor, som oppdaget det i 1791. Titan ble deretter uavhengig oppdaget av den tyske kjemikeren M. H. Klaproth i 1793. Han kalte den titan etter titanene i gresk mytologi - "legemliggjøringen av naturlig styrke." Det var først i 1797 at Klaproth oppdaget at titanet hans var et grunnstoff som tidligere ble oppdaget av Gregor.

Kjennetegn og egenskaper

Titan er et kjemisk grunnstoff med symbolet Ti og atomnummer 22. Det er et skinnende metall med sølvfarge, lav tetthet og høy styrke. Den er motstandsdyktig mot korrosjon i sjøvann og klor.

Element oppstår i en rekke mineralforekomster, hovedsakelig rutil og ilmenitt, som er vidt utbredt i jordskorpen og litosfæren.

Titan brukes til å produsere sterke lette legeringer. De to mest nyttige egenskapene til et metall er korrosjonsmotstand og forhold mellom hardhet og tetthet, den høyeste av et metallisk element. I sin ulegerte tilstand er dette metallet like sterkt som enkelte stål, men mindre tett.

Fysiske egenskaper av metall

Dette er et slitesterkt metall med lav tetthet, ganske duktil (spesielt i anoksisk miljø), briljant og metalloid hvit. Det relativt høye smeltepunktet på over 1650°C (eller 3000°F) gjør det nyttig som et ildfast metall. Den er paramagnetisk og har ganske lav elektrisk og termisk ledningsevne.

På Mohs-skalaen er hardheten til titan 6. I følge denne indikatoren er den litt dårligere enn herdet stål og wolfram.

Kommersielt rent (99,2 %) titan har en strekkstyrke på ca. 434 MPa, som er på linje med konvensjonelle lavkvalitets stållegeringer, men titan er mye lettere.

Kjemiske egenskaper av titan

Som aluminium og magnesium, oksiderer titan og dets legeringer umiddelbart når de utsettes for luft. Den reagerer sakte med vann og luft ved omgivelsestemperaturer, fordi det danner et passivt oksidbelegg, som beskytter bulkmetallet mot ytterligere oksidasjon.

Atmosfærisk passivering gir titan utmerket korrosjonsbestandighet nesten tilsvarende platina. Titan er i stand til å motstå angrep av fortynnede svovel- og saltsyrer, kloridløsninger og de fleste organiske syrer.

Titan er et av få grunnstoffer som brenner i rent nitrogen, og reagerer ved 800°C (1470°F) for å danne titannitrid. På grunn av deres høye reaktivitet med oksygen, nitrogen og noen andre gasser, brukes titanfilamenter i titansublimasjonspumper som absorbere for disse gassene. Disse pumpene er rimelige og produserer pålitelig ekstremt lave trykk i ultrahøyvakuumsystemer.

Vanlige titanholdige mineraler er anatase, brookitt, ilmenitt, perovskitt, rutil og titanitt (sfen). Av disse mineralene er det kun rutil og ilmenitt er økonomisk viktig, men selv disse er vanskelige å finne i høye konsentrasjoner.

Titan finnes i meteoritter og er funnet i solen og stjerner av typen M med overflatetemperaturer på 3200°C (5790°F).

For tiden kjente metoder for å utvinne titan fra ulike malmer er arbeidskrevende og kostbare.

Produksjon og produksjon

For tiden er rundt 50 kvaliteter av titan og titanlegeringer utviklet og brukt. I dag er 31 klasser av titanmetall og legeringer anerkjent, hvorav klassene 1–4 er kommersielt rene (ulegert). De er forskjellige i strekkfasthet avhengig av oksygeninnhold, med klasse 1 som den mest duktile (laveste strekkfasthet med 0,18 % oksygen) og klasse 4 den minst duktile (høyeste strekkfasthet med 0,40 % oksygen).

De resterende klassene er legeringer, som hver har spesifikke egenskaper:

plast;
styrke;
hardhet;
elektrisk motstand;
spesifikk korrosjonsbestandighet og deres kombinasjoner.

I tillegg til disse spesifikasjonene produseres titanlegeringer også for å møte luftfarts- og militærspesifikasjoner (SAE-AMS, MIL-T), ISO-standarder og landsspesifikke spesifikasjoner, samt sluttbrukerkrav for romfart, militær, medisinsk og industriell applikasjoner.

Et kommersielt rent flatt produkt (plate, plate) kan lett dannes, men bearbeiding må ta hensyn til at metallet har et "minne" og en tendens til å sprette tilbake. Dette gjelder spesielt for noen høyfaste legeringer.

Titan brukes ofte til å lage legeringer:

med aluminium;
med vanadium;
med kobber (for herding);
med jern;
med mangan;
med molybden og andre metaller.

Bruksområder

Titanlegeringer i plate-, plate-, stang-, tråd- og støpeform finner anvendelse i industri-, romfarts-, rekreasjons- og fremvoksende markeder. Pulverisert titan brukes i pyroteknikk som en kilde til lyse brennende partikler.

Fordi titanlegeringer har et høyt strekkfasthet-til-tetthetsforhold, høy korrosjonsmotstand, tretthetsmotstand, høy sprekkmotstand og evnen til å motstå moderat høye temperaturer, brukes de i fly, panser, marinefartøyer, romfartøyer og missiler.

For disse bruksområdene er titan legert med aluminium, zirkonium, nikkel, vanadium og andre elementer for å produsere en rekke komponenter, inkludert kritiske strukturelle elementer, brannvegger, landingsutstyr, eksosrør (helikoptre) og hydrauliske systemer. Faktisk brukes omtrent to tredjedeler av titanmetall som produseres i flymotorer og rammer.

Fordi titanlegeringer er motstandsdyktige mot sjøvannskorrosjon, brukes de til propellaksler, varmevekslerrigging osv. Disse legeringene brukes i hus og komponenter i havovervåkings- og overvåkingsutstyr for vitenskap og militær.

Spesifikke legeringer brukes i olje- og gassbrønner og nikkelhydrometallurgi for deres høye styrke. Masse- og papirindustrien bruker titan i prosessutstyr som er utsatt for aggressive miljøer som natriumhypokloritt eller våt klorgass (ved bleking). Andre bruksområder inkluderer ultralydsveising, bølgelodding.

I tillegg brukes disse legeringene i bilapplikasjoner, spesielt i bil- og motorsykkelracing der lav vekt, høy styrke og stivhet er avgjørende.

Titan brukes i mange sportsutstyr: tennisracketer, golfkøller, lacrosseskaft; cricket-, hockey-, lacrosse- og fotballhjelmer, samt sykkelrammer og komponenter.

På grunn av sin holdbarhet har titan blitt mer populært for designersmykker (spesielt titanringer). Dens treghet gjør den til et godt valg for folk med allergi eller de som skal bruke smykker i miljøer som svømmebassenger. Titan er også legert med gull for å produsere en legering som kan selges som 24 karat gull fordi 1% Ti legert ikke er nok til å kreve en lavere karakter. Den resulterende legeringen er omtrent hardheten til 14 karat gull og er sterkere enn rent 24 karat gull.

Forebyggende tiltak

Titan er ikke giftig selv i høye doser. Enten den er i pulver- eller metallfilform, utgjør den en alvorlig brannfare og, hvis den varmes opp i luft, en eksplosjonsfare.

Egenskaper og bruksområder for titanlegeringer

Nedenfor er en oversikt over de vanligste titanlegeringene, delt inn i klasser, deres egenskaper, fordeler og industrielle anvendelser.

7. klasse

Grad 7 er mekanisk og fysisk ekvivalent med grad 2 rent titan, bortsett fra tilsetningen av mellomelementet palladium, noe som gjør det til en legering. Den har utmerket sveisbarhet og elastisitet, den mest korrosjonsbestandige av alle legeringer av denne typen.

Klasse 7 brukes i kjemiske prosesser og produksjonsutstyrskomponenter.

11. klasse

Klasse 11 er veldig lik klasse 1, bortsett fra tilsetningen av palladium for å forbedre korrosjonsmotstanden, noe som gjør den til en legering.

Andre nyttige egenskaper inkluderer optimal duktilitet, styrke, seighet og utmerket sveisbarhet. Denne legeringen kan brukes spesielt i applikasjoner der korrosjon er et problem:

kjemisk behandling;
produksjon av klorater;
avsalting;
marine applikasjoner.

Ti 6Al-4V, klasse 5

Ti 6Al-4V legering, eller grad 5 titan, er den mest brukte. Den står for 50 % av det totale titanforbruket på verdensbasis.

Brukervennlighet ligger i de mange fordelene. Ti 6Al-4V kan varmebehandles for å øke styrken. Denne legeringen har høy styrke med lav vekt.

Dette er den beste legeringen å bruke i flere bransjer, for eksempel romfart, medisinsk, marin og kjemisk prosessindustri. Den kan brukes til å lage:

fly turbiner;
motor komponenter;
fly strukturelle elementer;
luftfartøy festemidler;
høyytelses automatiske deler;
sportsutstyr.

Ti 6AL-4V ELI, klasse 23

Klasse 23 - kirurgisk titan. Ti 6AL-4V ELI-legering, eller klasse 23, er en versjon av Ti 6Al-4V med høyere renhet. Den kan lages av ruller, tråder, tråder eller flate tråder. Det er det beste valget for enhver situasjon der det kreves en kombinasjon av høy styrke, lav vekt, god korrosjonsbestandighet og høy seighet. Den har utmerket skademotstand.

Den kan brukes i biomedisinske applikasjoner som implanterbare komponenter på grunn av dens biokompatibilitet, gode tretthetsbestandighet. Den kan også brukes i kirurgiske prosedyrer for å lage følgende strukturer:

ortopediske pinner og skruer;
ligatur klemmer;
kirurgiske stifter;
fjærer;
kjeveortopedisk utstyr;
kryogene kar;
beinfikseringsanordninger.

12. klasse

Titan klasse 12 har utmerket sveisbarhet av høy kvalitet. Det er en høyfast legering som gir god styrke ved høye temperaturer. Grad 12 titan har egenskaper som ligner på rustfritt stål i 300-serien.

Dens evne til å formes på en rekke måter gjør den nyttig i mange applikasjoner. Legeringens høye korrosjonsmotstand gjør den også uvurderlig for produksjonsutstyr. Klasse 12 kan brukes i følgende bransjer:

varmevekslere;
hydrometallurgiske applikasjoner;
kjemisk produksjon ved høye temperaturer;
maritime og luftkomponenter.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2.5Sn er en legering som kan gi god sveisbarhet med motstand. Den har også høy temperaturstabilitet og høy styrke.

Ti 5Al-2.5Sn brukes hovedsakelig i luftfartssektoren og også i kryogene applikasjoner.

Titanium. Kjemisk element, symbol Ti (lat. Titanium, oppdaget i 1795 år og oppkalt etter helten i det greske eposet Titan) . Har et serienummer 22, atomvekt 47,90, tetthet 4,5 g/cm3, smeltepunkt 1668° C, kokepunkt 3300°C.

Titan er en del av mer enn 70 mineraler og er et av de vanligste grunnstoffene - innholdet i jordskorpen er omtrent 0,6%. Titan ligner i utseende på stål. Rent metall er formbart og kan enkelt bearbeides med trykk.

Titan finnes i to modifikasjoner: opp til 882°C som modifikasjonα med et sekskantet tettpakket krystallgitter, og over 882°C er modifikasjonen stabilβ med et kroppssentrert kubisk gitter.

Titan kombinerer stor styrke med lav tetthet og høy korrosjonsbestandighet. På grunn av dette har det i mange tilfeller betydelige fordeler i forhold til slike grunnleggende konstruksjonsmaterialer som stål og aluminium . En rekke titanlegeringer har dobbelt så sterk styrke som stål med betydelig lavere tetthet og bedre korrosjonsbestandighet. På grunn av den lave termiske ledningsevnen er det imidlertid vanskelig å bruke den for strukturer og deler som opererer under forhold med store temperaturforskjeller og når den opererer under termisk tretthet. Ulempene med titan som et konstruksjonsmateriale inkluderer også dets relativt lave normalelastisitetsmodul.

Mekanisk egenskaper avhenger sterkt av metallets renhet og tidligere mekanisk og termisk behandling. Høyrent titan har gode plastegenskaper.

En karakteristisk egenskap til titan er evnen til aktivt å absorbere gasser - oksygen, nitrogen og hydrogen. Disse gassene oppløses i titan til en viss grad. Selv små urenheter av oksygen og nitrogen reduserer de plastiske egenskapene til titan. En liten innblanding av hydrogen (0,01-0,005%) øker skjørheten til titan betydelig.

Titan er stabilt i luft ved vanlige temperaturer. Ved oppvarming til 400-550° Metallet er dekket med en oksidnitridfilm, som holdes godt fast på metallet og beskytter det mot ytterligere oksidasjon. Ved høyere temperaturer øker oksydasjonshastigheten og oppløsningen av oksygen i titan.

Titan reagerer med nitrogen ved temperaturer over 600° C med dannelse av en nitridfilm ( Tinn) og faste løsninger av nitrogen i titan. Titannitrid har høy hardhet og smelter ved 2950°C.

Titan absorberer hydrogen for å danne faste løsninger og hybrider(TiH og TiH 2) . I motsetning til oksygen og nitrogen, kan nesten alt absorbert hydrogen fjernes fra titan ved å varme det opp i vakuum ved 1000-1200°C.

Karbon og karbonholdige gasser ( CO,CH4) reagere med titan ved høye temperaturer (mer enn 1000° C) med dannelse av hardt og ildfast titankarbid TiC (smeltepunkt 3140°C ). Karbonblandingen påvirker de mekaniske egenskapene til titan betydelig.

Fluor, klor, brom og jod interagerer med titan ved relativt lave temperaturer (100-200°C° MED). I dette tilfellet dannes det svært flyktige titanhalogenider.

De mekaniske egenskapene til titan, i mye større grad enn andre metaller, avhenger av belastningshastigheten. Derfor bør mekanisk testing av titan utføres under strengere regulerte og faste forhold enn testing av andre konstruksjonsmaterialer.

Slagstyrken til titan øker betydelig ved gløding i området 200-300° C, ingen merkbare endringer i andre egenskaper er observert. Den største økningen i duktiliteten til titan oppnås etter bråkjøling ved temperaturer over den polymorfe transformasjonstemperaturen og påfølgende temperering.

Rent titan er ikke et varmebestandig materiale, siden dets styrke avtar kraftig med økende temperatur.

Et viktig trekk ved titan er dets evne til å danne faste løsninger med atmosfæriske gasser og hydrogen. Når titan varmes opp i luft, dannes det på overflaten, i tillegg til vanlig avleiring, et lag bestående av en fast løsning basert påα - Ti (alfalag), stabilisert med oksygen, hvis tykkelse avhenger av temperaturen og varigheten av oppvarmingen. Dette laget har en høyere transformasjonstemperatur enn basismetalllaget, og dets dannelse på overflaten av deler eller halvfabrikata kan forårsake sprø brudd.

Titan og titanbaserte legeringer er preget av høy korrosjonsbestandighet i luft, i naturlig kaldt og varmt ferskvann, i sjøvann (ikke spor av rust dukket opp på en titanplate etter 10 år i sjøvann), samt i alkali løsninger, uorganiske salter, organiske syrer og forbindelser selv når de er kokt. Når det gjelder korrosjonsbestandighet, ligner titan på krom-nikkel rustfritt stål. Den korroderer ikke i sjøvann ved kontakt med rustfritt stål og kobber-nikkel-legeringer. Den høye korrosjonsmotstanden til titan forklares av dannelsen av en tett, jevn film på overflaten, som beskytter metallet mot ytterligere interaksjon med miljøet. Ja, i en utvannet svovelsyre (opptil 5%) titan er motstandsdyktig ved romtemperatur. Korrosjonshastigheten øker med økende syrekonsentrasjon, når et maksimum ved 40 %, synker deretter til et minimum ved 60 %, når et andre maksimum ved 80 % og synker så igjen.

I fortynnet saltsyre (5-10%) ved romtemperatur er titan ganske motstandsdyktig. Når syrekonsentrasjonen og temperaturen øker, øker korrosjonshastigheten til titan raskt. Korrosjon av titan i saltsyre kan reduseres kraftig ved å tilsette små mengder oksidasjonsmidler.(HNO 3, KMnO 4, K 2 CrO 4, salter av kobber, jern). Titan løses godt i flussyre. I alkaliske løsninger (konsentrasjoner opp til 20%) er titan motstandsdyktig i kulde og ved oppvarming.

Som et strukturelt materiale er titan mest brukt i luftfart, rakett, i konstruksjon av sjøfartøy, i instrumentproduksjon og maskinteknikk. Titan og dets legeringer beholder høye styrkeegenskaper ved høye temperaturer og kan derfor med hell brukes til fremstilling av deler utsatt for høytemperaturoppvarming. Således er eksterne deler av fly (motornaceller, ailerons, ror) og mange andre komponenter og deler laget av legeringene - fra motoren til bolter og muttere. For eksempel, hvis stålbolter erstattes med titan i en av motorene, vil vekten på motoren gå ned med nesten 100 kg.

Titanoksid brukes til å fremstille titanhvitt. Med slikt hvitt kan man male flere ganger større flater enn med like mye bly eller sinkhvitt. I tillegg er titanhvit ikke giftig. Titan er mye brukt i metallurgi, blant annet som legeringselement i rustfritt og varmebestandig stål. Tilsetninger av titan til aluminium, nikkel og kobberlegeringer øker deres styrke. Det er en integrert del av karbidlegeringer for kutteinstrumenter; kirurgiske instrumenter laget av titanlegeringer er også populære. Titandioksid brukes til å belegge sveiseelektroder. Titantetraklorid (tetraklorid) brukes i krigføring for å lage røykskjermer, og i fredstid for desinfisering av planter under vårfrost.

I elektroteknikk og radioteknikk brukes pulverisert titan som gassabsorber - ved oppvarming til 500°C absorberer titan gasser energisk og gir derved et høyt vakuum i et lukket volum.

Titan er i noen tilfeller et uerstattelig materiale i kjemisk industri og skipsbygging. Den brukes til å lage deler beregnet på pumping av aggressive væsker, varmevekslere som opererer i etsende miljøer, og hengende enheter som brukes til å anodisere ulike deler. Titan er inert i elektrolytter og andre væsker som brukes i galvanisering og er derfor egnet for fremstilling av ulike deler av galvaniseringsbad. Det er mye brukt i produksjon av hydrometallurgisk utstyr for nikkel-kobolt-anlegg, siden det er svært motstandsdyktig mot korrosjon og erosjon i kontakt med nikkel- og koboltslam ved høye temperaturer og trykk.

Titan er den mest motstandsdyktige i oksiderende miljøer. I reduserende miljøer korroderer titan ganske raskt på grunn av ødeleggelsen av den beskyttende oksidfilmen.

Teknisk titan og dets legeringer er mottagelig for alle kjente metoder for trykkbehandling. De kan rulles i kalde og varme tilstander, stemples, krympes, dypttrukket og blusset. Titan og dets legeringer brukes til å produsere stenger, stenger, strimler, ulike valsede profiler, sømløse rør, tråd og folie.

Titans motstand mot deformasjon er høyere enn for konstruksjonsstål eller kobber- og aluminiumslegeringer. Titan og dets legeringer behandles ved trykk på omtrent samme måte som austenittisk rustfritt stål. Oftest blir titan smidd ved 800-1000°C. For å beskytte titan mot gassforurensning utføres oppvarming og trykkbehandling på kortest mulig tid. På grunn av det faktum at hydrogen ved temperaturer >500°C diffunderer inn i titan og dets legeringer med enorme hastigheter, utføres oppvarming i en oksiderende atmosfære.

Titan og dets legeringer har redusert bearbeidbarhet, i likhet med austenittisk rustfritt stål. For alle typer skjæring oppnås de mest vellykkede resultatene ved lave hastigheter og store skjæredybder, samt ved bruk av skjæreverktøy laget av høyhastighetsstål eller harde legeringer. På grunn av den høye kjemiske aktiviteten til titan ved høye temperaturer, utføres sveising i en atmosfære av inerte gasser (helium, argon). Samtidig er det nødvendig å beskytte ikke bare det smeltede sveisemetallet, men alle sterkt oppvarmede deler av de sveisede produktene fra interaksjon med atmosfæren og gasser.

Noen teknologiske vanskeligheter oppstår ved produksjon av støpegods fra titan og dets legeringer.