Сплавы титана их свойства и применение: Титан. Свойства, применение, марки, химический состав. Сплавы титана

alexxlab | 04.12.1981 | 0 | Разное

Содержание

Свойства титана и его сплавов и сфера их применения

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Каковы свойства титана
  • Что добавляют в титан для получения сплава
  • Каковы свойства сплавов титана
  • Где используют титан и его сплавы

 

Титановые сплавы обладают таким количеством преимуществ, что это выгодно отличает их от других соединений. Высокая удельная прочность, устойчивость к повышенным температурам, стойкость к коррозии, податливость к сварке – эти и многие другие свойства титана и его сплавов сделали эти материалы особо ценными в сфере металлообработки. В нашей статье мы подробнее рассмотрим все свойства этого удивительного металла.

 

Характеристики титана

В таблице Менделеева Титан (Ti) можно найти под номером 22. Этот металл и его сплавы являются четырехвалентными. Кипение достигается при температуре +3330 °С, а плавление при +1168 °С.

Выделяют два вида титана, которые имеют идентичный химический состав при разном строении. Это обуславливает отличия в их свойствах. Низкотемпературная α-модификация сохраняет устойчивость только до температуры +882,5 °С, β-модификация может выдерживать большую температуру и сохраняет устойчивость до температуры плавления.

Титан и его сплавы парамагнитны. Удельное электросопротивление этого материала достаточно высоко 5.562*10-7–7.837*10-7 Ом/м. Он отличается низкой восприимчивостью температуры при нагревании. В случае снижения температуры до 0,45 К, титан становится проводником. Сталь и титан внешне очень похожи.

Если сравнивать титан с алюминием или железом, то его плотность и удельная теплоемкость находятся где-то посередине. Зато он обладает высокой механической прочностью, превосходя в этом параметре алюминий в 6 раз, а чистое железо в 13 раз. Данный материал может быть представлен в любой форме: листами, плитами, трубами и прутками.

Механические и технические свойства титана и его сплавов, а также их химический состав определяются маркой материала. В его состав могут входить следующие элементы:

  • алюминий;
  • молибден;
  • ванадий;
  • марганец;
  • хром;
  • олово;
  • кремний;
  • цирконий;
  • железо.

Свойства титана и его сплавов

Стандартно выделяются три категории титановых сплавов:

  1. Конструкционные и высокопрочные титановые сплавы. Имеют очень твердый состав, благодаря которому достигается идеальный баланс пластичности и прочности.
  2. Жаропрочные титановые сплавы. Имеют твердый состав, включающий в себя определенное количество химического соединения, что несколько снижает пластичность, зато придает высокую жаропрочность.
  3. Титановые сплавы на основе химического соединения. Этот жаропрочный состав имеет малую плотность и может составить конкуренцию никелевым соединениям по жаропрочности при определенной температуре.

Сейчас Ti очень широко используют в конструкционной деятельности. Еще 200 лет назад его считали неподходящим для конструирования, но прошло время, и на данный момент это один из самых долговечных и надежных материалов с широким спектром других полезных свойств.

Рассмотрим подробнее самые популярные сплавы титана, их свойства и применение:

Технический титан. Полуфабрикаты технического Ti марок ВТ1-00 и ВТ1-0 поставляются в большом количестве металлургическими заводами. В состав этих марок входят примеси железа, азота, кремния, кислорода, углерода и пр. При этом в разновидности ВТ1-0 примесей значительно больше, чем обуславливается его большая прочность и меньшая пластичность по сравнению со второй маркой. Высокая пластичность этих марок позволяет изготавливать тончайшие изделия, включая фольгу.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Эти материалы не обладают высокой прочностью, поэтому для ее увеличения можно выполнить нагартовку. Правда, при этом снизится пластичность. Нагартовка не является оптимальным методом улучшения свойств данного металла, поскольку пластичность снижается гораздо сильнее, чем повышается прочность. Еще одним недостатком технического Ti является водородная хрупкость. Важно следить за тем, чтобы содержание водорода не превышало 0,008 % в титане ВТ1-00 и 0,01 % в ВТ1-0.

  • Сплав ВТ5 (ВТ5Л).

Для легирования сплава ВТ5 (ВТ5Л) использовали лишь алюминий, который является самым распространенным легирующим средством. Особые свойства алюминия привели его к лидирующим позициям среди всех лигирующих добавок:

  1. алюминий является природным материалом, который можно легко найти и стоит недорого;
  2. меньшая по сравнению с Ti плотность алюминия позволяет значительно повышать удельную прочность получаемого состава;
  3. чем больше в составе алюминия, тем более жаропрочное соединение получается, также увеличивается сопротивление ползучести соединения;
  4. включение в состав алюминия позволяет улучшить показатели модулей упругости;
  5. повышение объема алюминия в соединении снижает их водородную хрупкость.

По сравнению с техническим Ti, для марки ВТ5 характерны такие свойства, как большая прочность и жароустойчивость. Улучшение данных свойств приводит к снижению технологической пластичности Ti. Соединение ВТ5 в горячем состоянии может быть подвергнуто штамповке, ковке и прокату, что позволяет производить профильную, прутковую и штамповочную продукцию. Но основной сферой применения является фасонное литье (марка ВТ5Л), а не металл в деформированном состоянии.

Соединение ВТ5-1 включено в систему Ti-Al-Sn. Технологические свойства титана и его сплавов с алюминием улучшаются за счет олова. Это приводит к снижению окислительных процессов и увеличению сопротивления ползучести. Прочностные свойства этого сплава титана позволяют отнести его к соединениям средней прочности. При этом ВТ5-1 не поддается надрезам, предел его выносливости с достаточным запасом, уровень жаропрочности достигает +450 °С.

С технологической точки зрения ВТ5-1 более предпочтителен (по сравнению с ВТ5). Основная сфера применения: поковки, листы, профили, плиты, штамповки, трубы, проволока и другие виды полуфабрикатов, производимых под давлением.

Соединение образуется путем сваривания. При этом основной материал и сварное соединение обладают одинаковой прочностью. Воздействие высокой температурой не повышает прочности ВТ5-1.

Если необходимо работать при криогенных температурах, то надо контролировать содержание примесей в материале, поскольку превышение допустимого порога может приводить к повышению хладноломкости. Маркировка ВТ5-1кт обозначает состав с пониженным содержанием примесей.

В европейских странах соединение Ti-5A1-2,5Sn используют двумя способами: по стандартному назначению и для работы при криогенных температурах. Состав для криогенной работы маркируют Ti-5AI-2,5Sn ELI и также для поддержания его свойств следят за уровнем примесей.

Высокотехнологичное соединение с малой прочностью маркируют ОТ4-0. Под давлением в результате горячей обработки марганец способен повысить технологичность состава. Это сплав титана псевдо-α-класса с небольшим количеством β-фазы. Не подлежит термическому упрочнению. Сфера применения: поковки, листы, прутки, ленты, штамповки и полосы. Легко принимает нужную форму при холодной и горячей обработке. Допускается даже штамповка в условиях комнатной температуры. Свойства материала прекрасно подходят для сварочных работ.

Среди наиболее технологичных можно выделить сплав титана ОТ4-1. Обладает следующими свойствами: малопрочный, малолегированный псевдо-α-класса системы Ti-Al-Mn, прекрасно деформируется. Можно менять форму этого титанового сплава как в горячем, так и в холодном состоянии. Сфера применения: поковки, листы, профили, плиты, ленты, прутки, полосы и трубы.

На холодную в основном выполняется листовая штамповка, не требующая сложной формы. Если необходимо изготовить более сложную по форме деталь, то желательно подогреть материал до +500 °С. Свойства ОТ4-1 позволяют использовать его для выполнения сварочных работ любым способом. При этом основной металл и сварное соединение будут обладать одинаковой прочностью и пластичностью.

Для полного отжига необходима температура +640…+690 °С (подходит для изготовления листовых полуфабрикатов и их производных) и +740…+790 °С (для изготовления поковок, прутков, штамповки и пр.).

Для неполного отжига достаточно температуры +520…+560 °С. Среди свойств, которые понижают ценность данного сплава, можно выделить невысокую прочность и излишнюю водородную хрупкость (для поддержания оптимальных свойств металла необходимо содержание водорода не более 0,005 %).

Сферы применения титана и его сплавов

Свойства титана и его сплавов нашли широкое применение в ракетной, авиационной и судостроительной отраслях. Титан и ферротитан являются лигирующими добавками к стали. Кроме этого, они могут выступать в качестве раскислителя.

Широкое распространение технический титан получил при изготовлении изделий, подвергающихся агрессивному воздействию среды (например, трубопроводы, клапаны, химические реакторы, арматура и пр.). Даже в электровакуумных приборах, работа которых тесно связана с высокой температурой, сетки и некоторые другие детали изготовлены из этого устойчивого материала.

Среди конструкционных материалов титан занимает четвертое место (после железа, алюминия и магния). Важным свойством титанового сплава с алюминием является высокая стойкость к окислению и повышению температуры, что особенно актуально для авиационной и автомобильной промышленности. Пищевая промышленность и восстановительная хирургия по достоинству оценили такое свойство этого материала, как биологическая безопасность для здоровья человека.

Разнообразие свойств титана и его сплавов довольно широко: высокая механическая прочность, устойчивость к повышению температуры, удельная прочность, стойкость к коррозии, низкая плотность и многие другие. Несмотря на высокую стоимость этого металла, затраты могут быть компенсированы более длительным сроком эксплуатации. А в некоторых ситуациях только этот материал способен выдержать работу в конкретных условиях.

Для авиастроения большое значение имеет такое свойство, как легкость материала в сочетании с высокой прочностью. Возможность использовать легкий Ti для работы в среде, где преобладают высокие температуры, выгодно отличает его от алюминия. Эти свойства титана и его сплавов позволяют использовать их при изготовлении обшивки самолетов, деталей шасси и крепления, и даже для конструирования реактивных двигателей. При этом масса изделия снижается на 10–25 %. Элементы воздухозаборников, лопатки и диски компрессоров, крепеж и многие другие детали производятся именно из титановых сплавов.

Ракетостроение также не обходится без данного материала, поскольку здесь необходимо решать сразу несколько проблем, возникающих из-за слишком малого срока работы двигателей при быстром прохождении плотных слоев атмосферы. Такие проблемы, как статическая выносливость, ползучесть и усталостная прочность, можно преодолеть за счет использования титана.

Свойства технического титана не соответствует в полной мере запросам авиационной отрасли, поскольку он не обладает достаточной тепловой прочностью. Зато его свойство сопротивляться коррозии нашло свое применение в судостроительной и химической промышленности. Здесь с его помощью изготавливают насосы для перекачки кислоты или соли, компрессоры, трубопроводы и запорную арматуру.

 

Емкости и фильтры из этого материала не поддаются негативному влиянию серной и соляной кислоты, а также растворам хлора. Помимо этого, Ti входит в состав материала для изготовления теплообменников, работающих в агрессивной среде (к примеру, в азотной кислоте). В области судостроения его можно встретить в обшивке подводных лодок и других кораблей, в материале торпед и гребных винтов. Удивительные свойства титана и его сплавов способствуют тому, что ракушки просто не налипают на такие детали. Вследствие этого снижается сопротивление судна во время движения.

Повсеместное использование соединений этого металла могло бы приобрести колоссальные темпы, если бы не его высокая стоимость и малая распространенность.

В промышленности соединения титана используются с разными целями в зависимости от их свойств. Так, высокая твердость карбида позволяет изготавливать из него режущие инструменты и абразивы. В производстве бумаги и пластика нашел свое применение белый диоксид. Кроме этого, с помощью него изготавливаются титановые белила.

В лакокрасочной и химической промышленности титаноорганические соединения используются как отвердитель и катализатор. Также в качестве добавки Ti применяют в химической, стекловолоконной и электронной промышленности, где идут в дело его неорганические соединения. Из нитрида титана изготавливают специальное покрытие для инструментов, а для обработки металлов чаще используют диборид как компонент, придающий твердость.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Промышленные титановые сплавы, их свойства и применение


Промышленные титановые сплавы, их свойства и применение

Категория:

Цветные металлы



Промышленные титановые сплавы, их свойства и применение

На основе титана, как и на основе железа, можно создать большое количество сплавов с разнообразным строением, а следовательно, с различными свойствами. Это объясняется наличием полиморфного превращения и способностью титана взаимодействовать со многими элементами.

В настоящее время создание титановых сплавов идет по линии получения твердых растворов. Практически используемых материалов с эвтектоидами или химическими соединениями пока не существует.

Титановые сплавы принято подразделять на классы по той структуре, которую они приобретают после охлаждения на воздухе с температур области твердого раствора р, подобно определению класса сталей. Следовательно, в основу классификации сплавов положена устойчивость твердого раствора р при охлаждении его на воздухе. В настоящее время титановые сплавы подразделяют на три класса: сплавы, содержащие только однородный твердый раствор а или р, и сплавы—смеси твердых растворов аир. Физические, механические и технологические свойства материалов этих групп различны, но всем им присуща высокая пластичность, поскольку основой их структуры являются твердые растворы.

Однофазные а-сплавы создаются на основе низкотемпературной модификации титана путем легирования а-стабилизаторами,

например, алюминием. В некоторые марки а-сплавов для повышения пластичности и жаропрочности добавляют олово; а-спла-вы высоко пластичны, хорошо свариваются, термически не упрочняются. Прочность их в отожженном состоянии составляет около 100 кГ/мм2. Из этой группы наибольшее применение получил сплав ВТ5-1. В основном это материал листовой, но из него могут быть изготовлены полосы, плиты и поковки. Какие-либо другие фазы — твердый раствор Р или интерметаллиды — в этом сплаве не образуются, вследствие чего он не охрупчивается и может работать длительное время при температуре до 500°, а кратковременно и до 900°. При этой температуре предел прочности сплава ВТ5-1 при пятиминутной выдержке составляет 5 кГ/мм2.

Однофазные р-сплавы. С целью получения при комнатных температурах устойчивого твердого раствора на основе р-моди-фикации титана производят легирование ванадием, молибденом, хромом и другими элементами. Приведенная на рис. 1 схема диаграммы состояний сплавов титана с этими элементами иллюстрирует возможность стабилизации р-фазы. Помимо Р-стабили-заторов в материалы этой группы обязательно входит алюминий. При введении большого количества легирующих элементов устойчивость р-фазы повышается, но удельный вес таких композиций становится высоким.

Рис. 1. Схематическая диаграмма состояний двойных сплавов титана с р-стабилизаторам и

Р-сплавы по сравнению с а-сплавами обладают более высокой пластичностью; они способны упрочняться при термической обработке. Отечественная промышленность располагает пока одним р-сплавом ВТ15. Этот сплав отмечен на рис. 1 ординатой С2. Содержащееся в нем количество Мо и Сг обеспечивает относительную стабильность твердого раствора р. Термическая обработка сплава ВТ15 заключается в нагреве его до температур р-области, выдержке и охлаждении в воде. Строение его после закалки — однородный твердый раствор р, весьма пластичный, с пределом прочности 90—100 кГ/мм2, но термически неустойчивый. При последующем нагреве до температур 400—500°, называемом старением, твердый раствор р распадается на мелкодисперсную смесь фаз а и р, т. е. претерпевает дисперсионное твердение. После старения сплав ВТ15 становится менее пластичным, но предел прочности его возрастает до 130—150 кГ/мм2. Термически упрочненный сплав ВТ15 может длительно работать при температурах 350° и кратковременно при 500°.

Двухфазный сплав ВТЗ-1 после закалки и старения имеет аь = 130—140 кГ/мм2 при 8= 10%. Он применяется для изготовления различных кованых и штампованных деталей, в частности дисков и лопаток компрессоров реактивных двигателей.

Высокие характеристики прочности при малом удельном весе, отличная коррозионная стойкость, достаточная жаропрочность и ряд других качеств делают титановые сплавы весьма перспективными. По мере развития и совершенствования производства и обработки эти материалы будут все шире внедряться в практику не только при изготовлении летательных аппаратов и двигателей, но и в других отраслях машиностроения, а также в судостроении и при производстве приборов. Особенно широкие перспективы для применения титановых сплавов открываются в связи со строительством ракет, спутников и межпланетных кораблей будущего. Уже сейчас по данным зарубежной печати титановые сплавы используются в большом количестве при изготовлении управляемого космического корабля «Джеминай».


Реклама:

Читать далее:
Тяжелые цветные сплавы

Статьи по теме:

Титан, магний и их сплавы – Осварке.Нет

Получение титана. Титан – серебристо-белый металл с высокой механической прочностью и высокой коррозионной и химической стойкостью. Для производства титана используют рутил, ильменит, титанит и другие руды, содержащие 10-40% двуокиси титана ТiO2. После обогащения концентрат титановых руд содержит до 65% ТiO2. ТiO2 и сопутствующие окислы железа разделяют восстановительной плавкой. В процессе плавки окислы железа и титана восстанавливаются, в результате чего получают чугун и титановый шлак, в котором содержится до 80-90% ТiO2. Титановый шлак хлорируют, в результате чего титан соединяется с хлором в четыреххлористый титан TiCl4. Затем четыреххлористый титан нагревают в замкнутой реторте при температуре 950-1000°С в среде инертного газа (аргон) вместе с твердым магнием. Магний отнимает хлор, превращаясь в жидкий MgCl2, а твердые частицы восстановленного титана спекаются в пористую массу, образуя титановую губку. Путем сложных процессов рафинирования и переплава из титановой губки получают чистый титан. Технически чистый титан (ГОСТ 19807-74) содержит 99,2-99,65% титана.

Свойства и применение титана. Прочность технически чистого титана зависит от степени его чистоты и соответствует прочности обычных конструкционных сталей. По коррозионной стойкости титан превосходит даже высоколегированные нержавеющие стали.
Для получения сплавов титана с заданными механическими свойствами его легируют алюминием, молибденом, хромом и другими элементами. Главное преимущество титана и его сплавов заключается в сочетании высоких механических свойств (σв≥1500 МПа; δ=10-15%) и коррозионной стойкости с малой плотностью.

Алюминий повышает жаропрочность и механическую прочность титана. Ванадий, марганец, молибден и хром повышают жаропрочность титановых сплавов. Сплавы хорошо поддаются горячей и холодной обработке давлением, обработке резанием, имеют удовлетворительные литейные свойства, хорошо свариваются в среде инертных газов. Сплавы удовлетворительно работают при температурах до 350-500°С.

По технологическому назначению титановые сплавы делят на деформируемые и литейные, а по прочности – на три группы: низкой (σв=300-700 МПа), средней (σв=700-1000 МПа) и высокой (σв более 1000 МПа) прочности. К первой группе относят сплавы под маркой BT1, ко второй – ВТЗ, ВТ4, ВТ5 и др., к третьей – ВТ6, ВТ14, ВТ15 (после закалки и старения).

13. Механические свойства титановых сплавов

Для литья применяют сплавы, аналогичные по составу деформируемым сплавам (ВТ5Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы. Литейные сплавы имеют более низкие механические свойства, чем соответствующие деформируемые. Титан и его сплавы, обработанные давлением, выпускают в виде прутков, листов и слитков. Титановые сплавы (табл. 13) применяют в авиационной и химической промышленности.

Получение магния. Магний – самый легкий из технических цветных металлов, его плотность 1,740 кг/м3, температура плавления 650°С. Технически чистый магний непрочный, малопластичный металл с низкой тепло- и электропроводностью. Для улучшения прочностных свойств в магний добавляют алюминий, кремний, марганец, торий, церий, цинк, цирконий и подвергают термообработке.
Для производства магния используют преимущественно карналлит (MgCl2∙КСl∙6Н2О), магнезит (MgCO3), доломит (CaCО3∙MgCО3) и отходы ряда производств, например титанового. Карналлит подвергают обогащению, в процессе которого отделяют КСl и нерастворимые примеси путем перевода в водный раствор MgCl2 и КCl. После получения в вакуум-кристаллизаторах искусственного карналлита, его обезвоживают и электролитическим путем получают из него магний, который затем подвергают рафинированию. Технически чистый магний (первичный) содержит 99,8-99,9% магния (ГОСТ 804-72). Маркировка и химический состав магниевых сплавов для фасонного литья и слитков, предназначенных для обработки давлением, приведены в ГОСТ 2581-78.

Свойства и применение магния. В зависимости от способа получения изделий магниевые сплавы делят на литейные и деформируемые.

Литейные магниевые сплавы (ГОСТ 2856-68) применяют для изготовления деталей литьем. Их маркируют буквами МЛ и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МЛ5. Отливки из магниевых сплавов иногда подвергают закалке с последующим старением. Некоторые сплавы МЛ применяют для изготовления высоконагруженных деталей в авиационной промышленности: картеры, корпуса приборов, фермы шасси и т. п.

Деформируемые магниевые сплавы (ГОСТ 14957-76) предназначены для изготовления полуфабрикатов (листов, прутков, профилей) обработкой давлением. Их маркируют буквами МА и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МА5. Сплавы МА применяют для изготовления различных деталей в авиационной промышленности. Ввиду низкой коррозионной стойкости магниевых сплавов изделия и детали из них подвергают оксидированию с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.

47. Титан и его сплавы. Материаловедение. Шпаргалка

47. Титан и его сплавы

Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью. Недостатки титана: его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости.

Азот, углерод, кислород и водород, упрочняя титан, снижают его пластичность, сопротивление коррозии, свариваемость. Титан плохо обрабатывается резанием, удовлетворительно – давлением, сваривается в защитной атмосфере. Широкое распространение получило вакуумное литье, в том числе вакуумно-дуговой переплав с расходуемым электродом.

Аллотропические модификации титана: низкотемпературная и высокотемпературная.

Различают две основные группы легирующих элементов в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения титана (882,5 °C): б-стабилизаторы (элементы, расширяющие область существования б-фазы и повышающие температуру превращения – А1, Оа, С) и в-стабилизаторы (элементы, суживающие б-область и снижающие температуру полиморфного превращения, – V, Мо, Сг).

Легирующие элементы делятся на две основные группы: элементы с большой (в пределе – неограниченной) и ограниченной растворимостью в титане. Элементы с ограниченной растворимостью вместе с титаном могут образовывать интерметаллиды, силициды и фазы внедрения.

Легирующие элементы влияют на эксплуатационные свойства титана (Ре, А1, Мп, Сг), повышают его прочность, но снижают эластичность и вязкость; А1, Zr увеличивают жаропрочность, а Мо, Zr, Та – коррозионную стойкость.

Классификация титановых сплавов. Структура промышленных сплавов титана – это твердые растворы легирующих элементов в б– и в-модификациях титана.

Виды термической обработки титановых сплавов.

Рекристаллизационный (простой) отжиг холоднодеформированных сплавов (650–850 °C).

Изотермический отжиг (нагрев до 780–980 °C с последующим охлаждением в печи до 530–680 °C, выдержка при этой температуре и охлаждение на воздухе), обеспечивающий высокую пластичность и термическую стабильность сплавов.

Двойной ступенчатый отжиг (отличается от изотермического тем, что переход от первой ступени ко второй осуществляется охлаждением сплава на воздухе с последующим повторным нагревом до температуры второй ступени), приводящий к упрочнению сплава и снижению пластичности за счет частичного протекания процессов закалки и старения.

Неполный отжиг при 500–680 °C с целью снятия возникающих при механической обработке остаточных напряжений.

Упрочняющая термическая обработка. Большинство титановых сплавов легировано алюминием, повышающим жесткость, прочность, жаропрочность и жаростойкость материала, а также снижающим его плотность.

?-титановые сплавы термической обработкой не упрочняются; их упрочнение достигается посредством легирования твердого раствора и пластической деформацией.

(? + ?) – титановые сплавы характеризуются смешанной структурой и упрочняются термической обработкой, состоящей из закалки и старения.

Псевдо-?-титановые сплавы характеризуются высоким содержанием ?-стабилизаторов и вызванным этим отсутствием мартенситного превращения. Сплавы характеризуются высокой пластичностью в закаленном состоянии и высокой прочностью в состаренном; они удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой.

Литейные титановые сплавы. По сравнению с деформируемыми литейные сплавы имеют меньшую прочность, пластичность и выносливость, но более дешевы. Сложность литья титановых сплавов обусловлена активным взаимодействием титана с газами и формовочными материалами. Литейные сплавы ВТ5Л, ВТ14Л и ВТЗ-1Л по составу в основном совпадают с аналогичными деформируемыми сплавами (в то же время сплав ВТ14Л дополнительно содержит железо и хром).

Высокими технологическими свойствами обладает сплав ВТ5Л: он пластичен, не склонен к образованию трещин при литье, хорошо сваривается. Фасонные отливки из сплава ВТ5Л работают при температурах до 400 °C. Недостатком сплава является его невысокая прочность (800 МПа). двухфазный литейный сплав ВТ14Л подвергают отжигу при 850 °C вместо упрочняющей термической обработки, резко снижающей пластичность отливок.

Порошковые сплавы титана. Применение методов порошковой металлургии для производства титановых сплавов позволяет при тех же эксплуатационных свойствах, что и у литого или деформируемого материала, добиться снижения до 50 % стоимости и времени изготовления изделий. Титановый порошковый сплав ВТ6, полученный горячим изостатическим прессованием (ГИП), обладает теми же механическими свойствами, что и деформируемый сплав после отжига. Закаленному и состаренному деформируемому сплаву ВТ6 порошковый сплав уступает в прочности, но превосходит в пластичности.

Применение сплавов титана: обшивки самолетов, морских судов, подводных лодок; корпусов ракет и двигателей; дисков и лопаток стационарных турбин и компрессоров авиационных двигателей; гребных винтов; баллонов для сжиженных газов; емкостей для агрессивных химических сред и др.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Удивительные свойства сплавов титана

Минимальные добавки других веществ кардинальным образом меняют характеристики титана. В целом насчитывается более 50 элементов, дающих с титаном твердые растворы, на основе которых можно производить титановые сплавы и их соединения.

Сплавы титана с алюминием

 

Они наиболее важны в техническом и промышленном отношении. Внедрение алюминия в технический титан даже в небольших количествах (до 13 %) позволяет резко повышать жаропрочность сплава при снижении его плотности и стоимости. Этот сплав — отличный конструкционный материал. Добавка 3–8 % алюминия повышает температуру превращения α-титана в β-титан. Алюминий является практически единственным легирующим стабилизатором α-титана, увеличивающим его прочность при постоянстве свойств пластичности и вязкости титанового сплава и повышении его жаропрочности, сопротивления ползучести и модуля упругости. Этим устраняется существенный недостаток титана.

 

Помимо улучшения механических свойств сплавов при различных температурах, увеличивается их коррозионная стойкость и взрывоопасность при работе деталей из титановых сплавов в азотной кислоте.

 

Алюминий-титановые сплавы коррозионно-стойкие, высокопрочные и жаропрочные. Эти сплавы сохраняют высокую прочность до 600 °С.

 

 

 

Сплавы титана с железом

 

Своеобразным сплавом является соединение титана с железом, так называемый ферротитан, представляющий собой твердый раствор TiFe2 в α-железе.

 

Ферротитан облагораживающе действует на сталь, так как он, активно поглощая кислород, является одним из лучших раскислителей стали. Ферротитан также активно поглощает из расплавленной стали азот, образуя нитрид титана, другие примеси, способствует равномерному распределению прочих примесей и образованию мелкозернистых структур стали.

 

Кроме ферротитана, на основе железа и титана производятся и другие сплавы, применяются для раскисления сталей.

 

Сплавы титана с медью

 

Даже небольшие присадки меди к титану и другим его сплавам повышают их стабильность в процессе эксплуатации, увеличивается и их жаропрочность. Кроме того, 5–12 % титана добавляют в медь для получения так называемою купротитана: им пользуются, чтобы очистить расплавленную медь и бронзу от кислорода и азота. Легирование меди титаном производится только очень небольшими его добавками, уже при 5 % титана медь становится нековкой.

 

Продолжение статьи читайте в мартовском номере журнала “Наука и техника” за 2020 год.  Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.

 

В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой

Титановые сплавы и их свойства

Расширяющееся применение титановых сплавов в промышленности объясняется сочетанием у них ряда ценных свойств: малой плотности (4,43—4,6 г/см3), большой удельной прочности, необычайно высокой коррозионной стойкости, значительной прочности при повышенных температурах. Титановые сплавы по прочности не уступают сталям и в несколько раз прочнее алюминиевых и магниевых сплавов. Удельная прочность титановых сплавов является наивысшей среди применяемых в промышленности сплавов. Они являются особо ценными материалами в тех отраслях техники, где выигрыш в массе имеет определяющее значение, в частности в ракетостроении и авиации. Титановые сплавы в промышленном масштабе впервые были использованы в конструкциях авиационных реактивных двигателей, что позволило уменьшить их массу на 10—25%.

Благодаря высокой коррозионной стойкости ко многим химически активным средам титановые сплавы используют в химическом машиностроении, в цветной металлургии, в судостроении и медицинской промышленности. Однако распространение их в технике сдерживается высокой стоимостью и дефицитностью титана. К недостаткам их следует отнести трудную обрабатываемость режущим инструментом, плохие антифрикционные свойства.

Литейные свойства титановых сплавов определяются прежде всего двумя особенностями: малым температурным интервалом кристаллизации и исключительно высокой реакционной способностью в расплавленном состоянии по отношению к формовочным материалам, огнеупорам, газам, содержащимся в атмосфере.

Поэтому получение отливок из титановых сплавов связано со значительными технологическими трудностями.

Для фасонных отливок применяют титан и его сплавы: ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ6Л, ВТЗ-1Л, ВТ9Л, ВТ14Л. Наиболее широко используют сплав ВТ5Л с 5% А1, отличающийся хорошими литейными свойствами, технологичностью, недефицитностью легирующих элементов, удовлетворительной пластичностью и прочностью (σв = 700 МПа и 900 МПа соответственно). Предназначены сплавы для отливок, длительно работающих при температурах до 400°С.

Сплав титана с алюминием, молибденом и хромом BT3-1Л — наиболее прочный из литейных сплавов. Его прочность (σв = 1050 МПа) приближается к прочности деформируемого сплава. Но его литейные свойства и пластичность ниже, чем у сплава ВТ5Л. Сплав отличается высокой жаропрочностью, отливки из него могут длительно работать при температуре до 450°С.

Сплав титана с алюминием, молибденом и цирконием ВТ9Л обладает повышенной жаропрочностью и предназначен для изготовления литых деталей, работающих при температурах 500—550°С.

Контрольные вопросы
1.       Что такое литейные сплавы и как они классифицируются?

2.       Какие требования предъявляются к свойствам литейных сплавов?

3.       Что такое литейные свойства сплавов и как они влияют на качество отливок?

4.       В чем особенности состава, структуры и свойств чугунов для фасонного литья?

5.       Чем отличаются высокопрочные чугуны по структуре и свойствам от обычных серых?

6.       Как получают ковкий чугун?

7.       Как классифицируются литейные стали и каково их назначение?

8.       Какие литейные сплавы относятся к цветным?

9.       Назовите литейные сплавы на медной основе, получившие наиболее широкое промышленное применение.

10.     Какими достоинствами обладают алюминиевые литейные сплавы?

11.     Из каких компонентов состоят магниевые литейные сплавы и в каких областях техники эти сплавы нашли наибольшее применение?

12.     В чем состоят особенности свойств титановых литейных сплавов, каковы их состав и свойства?

Титан, сплавы титана и их применение в стоматологии Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

60. Moore P.M. Diagnosis and management of isolated angiitis of the central nervous system // Neurology. — 1989. — Vol. 39. — P. 167-173.

61. Mondelli M., Romano C., Della Porta P., Rossi A. Electrophysiological evidence of «nerve entrapment syndromes» and subclinical peripheral neuropathy in progressive systemic sclerosis (scleroderma) // J. Neurol. — 1995. — Vol. 242. — P. 185194.

62. Nived O., Sturfelt G., Liang M. H., De Pablo P. The ACR nomenclature for CNS lupus revisited // Lupus. — 2003. — Vol.

12. — P 872-876.

63. Purandare K.N., Wagle A.C., Parker S.R. Psychiatric morbidity in patients with systemic lupus erythematosus // Q. J. Med. — 1999. — Vol. 92. — P. 283-286.

64. Senelick R. C. Texas Med. — 1977. — Vol. 73. — P. 44-52.

65. Swaak A.J., Brink H.G., Smeenk R.T., et al. Systemic lupus erythematosus: clinical features in patients with disease duration of over 10 years, first evaluation // Ibid. — 1999. — Vol. 38. — P 953-958.

66. Значение индекса повреждения. Swaak A. J., Nossent J. C., Bronsveld W et al. Systemic lupus erythematosus: I. Outcome and survival: Dutch experience with 110 patiants studied prospectively // Ann. Dis. — 1989. — Vol. 48. — P 447-454.

67. Symmons D.P.M., Brennan P., Clavlic A.G., et al. Symposium: Mortality in rheumatic diseases // Rheumatol. in Europe. — 1996. — Vol. 25. — P 2-4.

68. Urowitz M.B., Gladman D.D. How to improve morbility and mortality in systemic lupus erythematosus // Rheumatology. — 2000. — Vol. 39. — P. 228-244.

69. Whitelaw D.A., Spangenberg J.J., Rickman R., et al. Association between the antiphospholipid antibody syndrome and neuropsychological impairment in SLE // Lupus. — 1999. — Vol.

8. — P. 444-448.

70. Winfield J. B., Brunner C. M., Koffler D. Ibid. — 1978. — Vol. — 21. — P. 289-294.

71. Zhang X. A study of effects of estrogen receptor and contrasupressor T cell subtype in pathogenesis of SLE. // Rev. Esp. Rheum. — 1993. — Vol. 20. — P 420.

Адрес для переписки: 664046, Иркутск, ул. Байкальская, 118,

МУЗ «Клиническая больница №1 г.Иркутский государственный институт усовершенствования врачей, ректор — д.м.н., проф. В.В. Шпрах, кафедра ортопедической стоматологии, зав. — д.м.н., проф. В.В. Трофимов;

2Томский политехнический университет, ректор — д.т.н., проф. П.С. Чубик, Научно-исследовательский институт интроскопии, директор — д.т.н. В.А. Клименов)

Резюме. В статье приводятся литературные данные о физико-механических, химических и биологических свойствах титана. Рассматриваются перспективы применения различных соединений титана в стоматологии. Ключевые слова: титан, сплав титана, имплантат.

THE TITAN, ALLOYS OF THE TITAN AND THEIR APPLICATION IN STOMATOLOGY

O.V. Fedchishin1, V.V. Trofimov1, V.A. Klimenov2 (1Irkutsk State Institute of Continuing Medical Education; 2Tomsk Рolytechnical University)

Summary. In the article are presented the literary data about physicomechanical, chemical and biological properties of the titan. Prospects of application of various compounds of the titan in stomatology are considered.

Key words: the titan, an alloy of the titan, implant.

Титан был открыт в 1794 году и относится к группе физиологически индифферентных металлов (А1, и Zr, №>, Ta). Металлы этой группы являются наиболее приемлемыми материалами для изготовления имплантатов с позиции биосовместимости[28], они, как правило, даже при высоком содержании в пище, воде и окружающей среде длительное время могут не вызывать негативных явлений в тканях и органах. Однако мировые запасы Та, Zr, №> во много раз уступают Т и, следовательно, себестоимость изделий из них чрезвычайно высока. Природные ресурсы титана в несколько раз превышают природные ресурсы меди, никеля, олова, свинца, хрома, марганца, молибдена, вольфрама, ртути, висмута, золота и платины вместе взятых.еТЮЗ), перовскит (СаТЮЗ), лопарит ((№,С1,Са)(№>,ТуОз,), сфен (титанит) (СаТДБЮ4)О) [19,21,27].

Титан не является необходимым элементом для жизни человека или животных и плохо поглощается расте-

ниями. Нет никаких данных о том, что титан является канцерогенным или мутагенным веществом для человека. Различные соединения титана широко используются в косметике, лекарствах, медицине и продуктах питания без каких-либо известных неблагоприятных влияний [19,25,26].

Перспективность титана и его сплавов для изготовления имплантатов объясняется физико-механическими, химическими и биологическими свойствами. Эти свойства соответствуют требованиям к внутрикостным имплантатам, работающим в сложных условиях циклического нагружения, в контакте с мягкими тканями и ферментами полости рта [1,3,18,19,20].

Титан — отличается легкостью, устойчивостью к коррозии, хорошо поддается обработке, не теряя высокую прочность. ‘/(Г

Рис. 1. Микроструктура титана а) йодидного, полиэдрическая; б) технического, корзиночная, 280.

с железом, по таким важным для протезирования показателям, как теплопроводность и коэффициент линейного теплового расширения, титан превосходит последнее, соответственно — 0,045 и 0,18 кал/см-с-град и 8,5-10-6 и 12,3-10-6 кал/см-с-град [19]. Для титана марок ВТ1-0 и ВТ1-00 предел прочности 30-55 кг/мм2, относительное удлинение не ниже 25%, твердость по Бринеллю 100-150 кг/мм2. Удельная прочность титановых сплавов в 3-4 раза выше, чем у чистого титана, и в 1,5-2 раза выше по сравнению с легированной сталью. Для применения в стоматологии наибольший интерес представляют сплавы титана с алюминием. Их отличают малый удельный вес, хорошая свариваемость и отличные литейные качества, а также стойкость к растворам пепти-на и галловой кислоты.

Сплавы титана обладают более высокими физикомеханическими свойствами, чем чистый металл. Очень важным фактором является то, что титан марок ВТ1-0, ВТ1-00 и сплавы ОТ4, ОТ4-1, ВТ5-Л практически не склонны к коррозионному растрескиванию под нагрузкой даже при наличии острых концентраторов напряжения. Предел усталости их настолько велик, что может обеспечить надежную работу съемных и несъемных ортопедических конструкций [25].

На поверхности титана в кислородосодержащей атмосфере образуется прочный окисный слой, (преимущественно диоксид титана ТЮ2, ТЮ, Т1203), за несколько минут достигая толщины от 2 до 10 нм [2]. Он обеспечивает коррозионную (химическую) стойкость титана. Одной из важных проблем является механизм формирования оксидного слоя в процессе функционирования зубочелюстной системы. Некоторые авторы [27] считают, что оксидные пленки Т1 разрушаются при механическом воздействии и вновь формируются в течение 40-50 мин. в растворе слюны. Однако, это очень большое время релаксации, и в этом случае необходимо использовать оксидную пленку, предварительно сформированную по специальной технологии, с высокими прочностными показателями и с малым временем релаксации; либо защищать, т.е. покрывать металлическую поверхность имплантата сплошным керамическим материалом. В результате многих исследований обнаружено, что после установки имплантата окисный слой покрывается плазменными белками (фибронекти-ном и витронектином). Вокруг имплантата происходит заметное выделение ионов титана (и алюминия — в случае использования титанового сплава) в окружающие ткани, создается адаптированный промежуточный слой между имплантатом и организмом. Химически активная природа этого слоя приводит к спонтанному образованию кальций-фосфатного апатита, что обуславливает хорошую биологическую совместимость титана. Положительным качеством титана является возможность наносить на него методом плазменного напыления покрытия регулируемой толщины и пористости из любого материала [5,7,8-15].

Титан — полиморфный металл. Известны две кристаллические модификации титана [23]. Из расплава титан кристаллизуется в модификацию с объемно-центрированной (о.е, Мп, Сг, N1 и др.) понижают ее. Высокотемпературную модификацию титана с о.ц.к.-решеткой называют в-, а низкотемпературную модификацию а-структурой [23].

После охлаждения на воздухе у технически чистого титана наблюдается так называемая корзиночная микроструктура, характерная для продуктов неравновесного распада в-структуры. Полиэдрическая структура этогометалла, с а-структурой достигается при особых условиях деформации титана в области, близкой к критической температуре (а0в) — превращения, и последующего медленного охлаждения в печи. Корзиночная микроструктура с мартенситообразными иглами получается на технически чистом титане после нагрева (в вакууме или в атмосфере нейтрального газа) до 1200 °С и охлаждения на воздухе.

На рис. 1. приводятся эти две характерные микроструктуры — полиэдрическая для чистого йодидного титана (рис. 1, а) и корзиночная для технически чистого титана (рис. 1, б) [23].

Параметры решетки а-титана определяли многие авторы и на титане разной степени чистоты. В результате критического анализа литературных данных авторы [23] приводят средние значения параметров а-Ті: а = 2,9503 ± 0,0004 А; с = 4,6831 ± 0,0004 А при с/а = 1,5873 ± 0,0004, при этом значения параметров могут заметно изменяться в зависимости от содержания примесей.

Технически чистый титан, применяемый в медицинских целях, изготавливается промышленностью в виде двух марок ВТ1-00 и ВТ1-0, отличающихся содержанием примесей, состав которых представлен в таблице 1. [6,24,28].

Таблица 1

Химический состав титана технических марок

Марка титана Содержание примесей не более, %

Ре БІ С О N Н АІ Прочих примесей

ВТ 1-00 0,20 0,08 0,06 0,10 0,04 0,008 0,30 0,10

ВТ 1-0 0,30 0,10 0,07 0,20 0,04 0,010 0,7 0,30

Титан в живом организме под действием механической деформации, ионов хлора и коррозии частично био-деградирует и диффундирует в окружающей ткани. Но токсических эффектов или аллергизации при этом, в отличие от циркониевых и железохромовых сплавов, даже при достаточно высоком уровне содержания металла в тканях, как правило, не происходит [23]. Механические характеристики титана различного состава приведены в таблицах 2 и 3 [3,16,17,22,23,24,28,29].

Таблица 2

Основные механические характеристики титановых сплавов

Марка титана о 0,2 кГ/мм2 о в кГ/мм2 б, % Твердость по Бринелю, НВ

ВТ1-0 50 57 34 225

ВТ1-1 42 56 30 248

ВТ6с 100 107 12 –

Практическое использование титана для изготовления имплантатов и хирургических инструментов было предметом рассмотрения на многочисленных конференциях, симпозиумах и конгрессах, по материалам которых можно сделать вывод о том, что в настоящее

Таблица 3

Механические свойства некоторых титановых сплавов [28]

Титан, сплав, компоненты, % Е, ГПа Модуль Юнга, МПа Относительное удлинение, б, % Уменьшение площади при растяжении, %

a —Ti 105 240-617 12-27 –

а — p-Ti6Al-4V 88-116 990-1184 2-30 2-14

Ti-5Al-2.5Fe 110 943-1050 13-16 33-42

Ti-6Al-7Nb 108 900-1100 11-14 –

P-Ti-13Nb-13Zr 79 550-1035 8-15 15-30

Ti-11.5Mo-6Zr-2Fe 74-85 1060-1100 18-22 64-73

Ti-15Mo-5Zr-3Al 15-113 882-1312 11-20 43-83

Ti-15Mo-3Nb 79 1035 15 60

время широко применяются в стоматологических и ортопедических целях а-титан и недавно предложенный сплав Т1-6Л1-4У (а, в).

Ряд титановых сплавов, которые сегодня используются или рассматриваются в качестве потенциальных

имплантируемых материалов, приведен в таблице 3 вместе с их механическими свойствами, которые изменяются в зависимости от термообработки и других параметров производственного процесса.

Данные, приведенные в таблицах, позволяют сделать вывод о том, что титановые сплавы с легирующими добавками могли бы быть предпочтительными для использования в качестве материалов для имплантатов. Однако нерешенная проблема токсичного воздействия на организм большинства упрочняющих элементов заставляет нас рассматривать только возможность использования технически чистого титанового сплава для медицинского назначения. В связи с этим основной задачей при их использовании становится решение вопросов, связанных с улучшением механических свойств, что позволило бы расширить возможности их применения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бекренев Н.В., Калганова С.Г., Верещагина Л. А., Обыденная С.А., Лясников В.Н. Применение имплантатов в стоматологии // Новое в стоматологии. — 1995. — №2. — С. 19-22.

2. Воронков М.Г., Зелчан Г.И., Лукевиц З.Я. Кремний и жизнь. — Рига: Зинатне, 1978. — 588 с.

3. Гольдфайн В.И., Зуев А.М., Клабуков А.Г. О влиянии водорода и кислорода на трение и износ титановых спла-вов//Проблемы трения и изнашивания. — Киев: Техника. — 1975. — Вып. 8. — С. 49-52.

4. Жусев А.И., Малинин М.В., Сидельников А.И., Ушаков А.И. Использование компьютерной техники для определения влияния дентальной имплантации на микроциркуляцию слизистой оболочки в области операционного поля // Новое в стоматологии. — 1997. — №6 (спец. выпуск). — С. 45-48.

5. Калганова С.Г., Лясников В.Н. Научные основы создания современных дентальных имплантатов с биоактивным покрытием // Новое в стоматологии. — 1999. — №2. — С. 24-28.

6. Каптюг И. С., Сыщиков И. С. Влияние легирования на фрикционные свойства титана//МиТом. — 1959. — № 4. — С. 8-11.

7. Клименов В.А., Карлов А.В., Верещагин В.И. Патент №1743024, Россия, Биоактивное покрытие на имплантат. Приоритет от 27.02.1990.

8. Клименов В.А., Карлов А.В., Иванов Ю. Ф. и др. Изменение структуры и фазового состава апатитовых покрытий при плазменном напылении. // Перспективные материалы. — 1996. — №5. — С. 402-408.

9. Лясников В.Н., Бутовский К. Г., Бейдик О. В., Островский И.В. Биокомпозиционные плаэмонапыленные покрытия имплантатов и остефиксаторов // Биокомпозиционные покрытия, материалы в челюстно-лицевой хирургии и стоматологии: Тез. докл. 1-й Всерос. научн. конф. — М., 1997. — С. 9.

10. Лясников В.Н., Верещагина Л.А. Биологически активные плазменнонапыленные покрытия для имплантатов // Перспективные материалы. — 1996. — №6. — C. 50-55.

11. Лясников В.Н., Верещагина Л.А., Лепилин А.В., Корчагин А.В. и др. Внутрикостные стоматологические имплантаты. — Саратов: Изд-во СГУ, 1997.

12. Лясников В.Н., Князьков А. А., Бекренев Н.В. Комплексный подход к разработке и применению дентальных имплантатов // Новое в стоматологии. — 1999. — №2. — С. 62-65.

13. Лясников В.Н., Корчагин А.В. Принципы создания дентальных имплантатов // Новое в стоматологии. — 1999. — №2. — С. 50-54.

14. Лясников В.Н., Корчагин А.В., Таушев А.А. Влияние технологии плазменного напыления на структурные характеристики напыленных биопокрытий внутрикостных имплантатов // Новое в стоматологии. — 1999. — №2. — С. 55-61.

15. Лясников В.Н., Олесова В.Н., Лепилин А.В., Фомин И.В. Научные основы создания внутрикостных стоматологиче-

ских имплантатов // Материалы научно-практической конференции стоматологов, посвященной 50-летию Федерального управления медико-биологических и экстремальных проблем при МЗ РФ. — М., 1997. — С. 37-38.

16. Механические свойства сталей и сплавов при пластическом деформировании. Карманный справочник/ А.В. Третьяков, Г.К. Трофимов, М.К. Гурьянова. — М.: Машиностроение, 1971.

17. Миллер П.Д., Холлидэй И.В. Трение и износ титана. Машиностроение за рубежом//Сб. пер. и обзоров иностр. лит. — 1959. — № 6. — С. 10-20.

18. Миргазизов А.М., Олесова В.Н. Сравнительное экспериментальное исследование взаимодействия костной ткани с внутрикостными имплантатами из различных материалов. // Новые концепции в технологии, производстве и применении стоматологических имплантатов: Тез. докл. 3-й Международной конференции. — Саратов, 1996. — С. 8.

19. Михайлова А.М., Лясников В.Н. Дентальные имплантаты и суперионный эффект // Новое в стоматологии. — 1999. — №2. — С. 13-23.

20. Раух Р.У. Титан — материал для имплантатов // Квинтессенция. — 1995. — №5/6. — С. 36-38.

21. Сплавы титана и перспективы их применения в стоматологии: Инф. письмо Перм. мед. ин-та. — Пермь, 1986.

22. Сулима А.М., Евстигнеев М.И. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М.: Машиностроение. — 1974. — 256 с.

23. Титан. Источники составы, свойства металлохимия и применение. И.И. Корнилов. — М.: Наука, 1975. — 310 с.

24. Титановые сплавы в машиностроении/ Б.Б. Чучалин, С.С. Ушаков, И.Н. Разуваева, В.Н. Гольдфайн. — Л.: Машиностроение, 1977.

25. Фефелов А.В. Клинико-экспериментальное обоснование применения имплантатов из пористого никелида титана для зубного протезирования: Автореф. дис. …канд.мед. наук. — Омск, 1995. — 18 с.

26. Фомин И.В., Лясников В.Н., Воложин А.И., Доктор А.А., Лепшин А.В. Повышение остеоинтегративных свойств титановых имплантатов с плазменным гидроксиапатитным покрытием // Современные проблемы имплантологии: Тезисы докл. 4-й Межд.конф. — Саратов, 1998. — С. 16-17.

27. Abrahamsson I., Berglundh Т., Lindhe J. The mucosal barrier following abutment dis/reconnection. An experimental study in dogs. // Clin Periodontol. — 1997. — Vol. 24(8). — Р

28. Andersson O.H., Lui G., Kangasniemi K. and Juhanoja J. Evaluation of the Acceptance of Glass in Bone//J. Mater. Sci.: Materials in Medicine. — 1992. — Vol. 3. — Р 145-150.

29. Rabinowitz E. Frictional Properties of Titanium and Its Alloys//Met. Progress. — 1954. — V. 65. — N2. — Р 19-23.

Адрес для переписки: 665830, г. Ангарск, ул. К.Маркса, 29, кафедра ортопедической стоматологии ИГИУВ,

Федчишин Олег Вадимович, доцент кафедры ортопедической стоматологии, раб.тел. (3955) 526050; e-mail: [email protected]

3 типа титановых сплавов и их применение

3 типа титановых сплавов и их применение



Просмотры сообщений: 2316

Титан представляет собой аллотроп с температурой плавления 1668 ° C. Когда она ниже 882 ° C, он имеет плотноупакованную гексагональную решетчатую структуру и называется α-титаном; при температуре выше 882 ° C он имеет объемно-центрированную структуру кубической решетки и называется β-титаном. Используя различные характеристики двух вышеуказанных структур титана, люди добавляют соответствующие легирующие элементы для постепенного изменения температуры фазового перехода и содержания фаз для получения титановых сплавов с различными структурами.

Титановые сплавы

При комнатной температуре титановых сплавов имеют три структуры матрицы, а титановых сплавов делятся на следующие три категории: α-сплавы, (α + β) сплавы и β-сплавы.

1. α Титановые сплавы

Однофазный сплав, состоящий из твердого раствора α-фазы. Будь то при комнатной температуре или при более высокой температуре практического применения, это α-фаза, со стабильной структурой, более высокой износостойкостью, чем у чистого титана, и высокой стойкостью к окислению.

При температуре 500 ℃ ~ 600 ℃, он все еще сохраняет свою прочность и сопротивление ползучести, но не может быть усилен термической обработкой, а прочность при комнатной температуре невысока.

2. β Титановые сплавы

Это однофазный сплав, состоящий из твердого раствора β-фазы, который уже имеет высокую прочность до термообработки. После закалки и старения сплав дополнительно упрочняется, и его прочность при комнатной температуре может достигать 1372 ~ 1666 МПа.Однако его термическая стабильность оставляет желать лучшего, поэтому он не подходит для использования при высоких температурах.

3. (α + β) Титановые сплавы

Это двухфазный сплав с хорошими комплексными свойствами, хорошей структурной стабильностью, хорошей вязкостью, хорошей пластичностью , и свойствами высокотемпературной деформации, который можно обрабатывать горячим давлением, закалкой и старением для упрочнения сплава.

Прочность после термообработки примерно на 50-100% выше, чем в отожженном состоянии.Этот сплав обладает высокой жаропрочностью и может длительное время работать при температуре от 400 ° C до 500 ° C, а его термическая стабильность уступает таковой α-титанового сплава.

Среди 3 типов титановых сплавов , упомянутых выше, наиболее часто используются α-титановый сплав и α + β-титановый сплав; Титановый сплав α имеет лучшую обрабатываемость, за ним следует титановый сплав α + β, а наихудший – титановый сплав β.

4. Использование титановых сплавов

Титановый сплав обладает преимуществами высокой прочности, небольшой плотности, хороших механических свойств, хорошей ударной вязкости и коррозионной стойкости.

Титановый сплав в основном используется для изготовления компонентов компрессоров авиационных двигателей, а также конструктивных элементов ракет, ракет и высокоскоростных самолетов.

Титановый сплав – новый важный конструкционный материал, используемый в аэрокосмической промышленности. Его удельный вес, прочность и рабочая температура находятся между алюминием и сталью, но он прочнее алюминия и стали, обладает превосходной коррозионной стойкостью в морской воде и характеристиками при сверхнизких температурах.

Использование титановых сплавов

Применение титанового сплава в области космических аппаратов в основном связано с высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и низкотемпературной стойкостью титанового сплава для производства различных сосудов высокого давления, топливных баков, крепежных деталей, приборных ремней, рам и корпусов ракет.В искусственных спутниках Земли, пилотируемых космических кораблях и космических челноках также используются сварные детали из пластин из титанового сплава.

Заключение

Благодарим вас за чтение наших статей. Надеемся, что эта статья поможет вам лучше понять типы титановых сплавов и их применение. Если вы хотите узнать больше о титановом сплаве или других тугоплавких металлах , вы можете посетить Advanced Refractory Metals ( ARM ) для получения дополнительной информации.

со штаб-квартирой в Лейк-Форест, Калифорния, ARM является ведущим производителем и поставщиком тугоплавких металлов , таких как вольфрам, молибден, тантал, рений, титан, и цирконий . Мы предоставляем нашим клиентам изделия из тугоплавкого металла высокого качества по очень конкурентоспособной цене.

Применение титана | Продукты и услуги

Применение титана

Богатый потенциал титана как материала теперь полностью признан, и сфера его применения расширяется с каждым днем.Сегодня мы продолжаем работать в тесном сотрудничестве с нашими клиентами и занимаемся разработкой новых практических применений этого удивительного материала.

Аэрокосмическая промышленность

Самолет
Фото: ANA Фото: IHI Coporation

Ценится за сочетание легкого веса с высокой прочностью, титан способствует усилению планера и обеспечивает более высокие характеристики реактивных двигателей.

Характеристики Легкость, прочность, устойчивость к коррозии
Приложения Части реактивных двигателей (вентиляторы, компрессоры и пр.), Корпуса самолетов, топливные баки, шасси, воздуховоды, крепежные детали, рессоры и пр.
Самолеты и реактивные двигатели
В самолетах используется большое количество титанового сплава, поскольку он легкий и чрезвычайно прочный при высоких температурах.Титан используется для усиления рамной конструкции и способствует техническому совершенствованию реактивных двигателей.

Общая промышленность

Химические заводы

Признанный за счет общей стоимости, обеспечиваемой его долговечностью в течение длительного периода, применение титана в качестве конструкционных материалов и материалов оборудования для заводов находится на подъеме.

Характеристики Легкость, прочность, устойчивость к коррозии
Приложения Заводы СПГ
Установки опреснения морской воды
Нефтеперерабатывающие заводы
Автоцистерны

В автоцистернах, перевозящих гипохлорит натрия и хромат натрия, используется титан, потому что он легкий, устойчивый к коррозии и чрезвычайно прочный.

Теплообменники

Титан – безопасный и экономичный материал, который идеально подходит для теплообменников, которые используются в условиях экстремально высоких температур и высокого давления.

Фото: АльфаЛаваль

Строительство

Строения и памятники
Комната наблюдения за сферой телохранителей Fuji Television Tokyo Big Sight – Фото: © Satoru MishimaHotel Marques de Riscal (Испания) – Фото: NIPPOM STEEL & SUMITOMO METAL

Благодаря своему легкому весу, высокой прочности и текстурным свойствам, титан все чаще используется в качестве кровельного материала для традиционных японских построек, таких как храмы и святыни, а также в качестве материала крыши и внешнего материала для основных объектов, таких как музей искусства и естествознания, а также стадионы с куполами. .

Крыша главного зала храма Сэнсо-дзи

Титан

используется в качестве кровельного материала из-за его высокой стойкости к землетрясениям, высокой коррозионной стойкости и легкого веса, а также усовершенствования технологии обработки, чтобы сохранить поверхность, подобную черепице.

Фото: © H.OSAWA

Материал крыши Национального музея Кюсю

Национальный музей Кюсю имеет блестящую синюю крышу из цветного титана.

Крыша главного зала храма Коэцу-дзи

Храм Коэцу-дзи в Киото использовал титан при ремонте крыши своего главного зала. Чтобы он соответствовал японской архитектуре, поверхность титана была обработана, чтобы придать ей текстуру, похожую на дымчатую плитку. Древние постройки, такие как храмы и святыни, необходимо защищать, чтобы сохранить их для будущих поколений. Титан получил высокую оценку как лучший кровельный материал, поскольку он обладает высокой коррозионной стойкостью, очень легкий, не растворяется и не повреждает мох.

Автомобили четырех- и двухколесные

Автомобили четырех- и двухколесные
Фото: Yamaha Motor CO., LTD. Фото: НИППОМ СТАЛЬ И СУМИТОМО МЕТАЛЛ

Титан используется во многих деталях мотоциклов, но в первую очередь он используется для изготовления глушителей. Глушители используются в экстремальных условиях, поэтому титан признан лучшим материалом, поскольку он легкий, прочный и не ржавеет.

Продукты для повседневного использования

Спорт, мода и отдых

От клюшек для гольфа до наручных часов, оправ для очков, ножей и даже ювелирных изделий – использование титана распространяется на все виды товаров нашей повседневной жизни.

Характеристики Легкий, высокопрочный, модный, коррозионная стойкость, биосовместимость
Приложения Клюшки для гольфа, теннисные ракетки, лыжные тарелки, велосипеды и т. Д.

Головка клюшки из титана

Титановые сплавы используются для головок клюшек для гольфа.
Все больше игроков в гольф выбирают драйверы с титановыми головками, которые больше и легче, обеспечивают большую дистанцию ​​и прямолинейность.

Фото: Dunlop Sports Co., LTD.
Ежедневное использование
Фото: CASIO COMPUTER CO., LTD. Фото: © H.OSAWA

Часы и очки из титана

Титан используется для изготовления оправ для очков, потому что он очень легкий, не ржавеет, безопасен для человеческого организма (не вызывает аллергии) и обладает достаточной гибкостью.Титан также используется в наручных часах по тем же причинам, а также потому, что он придает им роскошный внешний вид.

Ювелирные изделия из титана

Титан легкий, не вызывает аллергии на металл, имеет уникальную модную текстуру. Поэтому он широко используется в ювелирных изделиях, таких как серьги, ожерелья, булавки для галстука и запонки.

Ножи

Титан безвреден для человеческого организма и гигиеничен. Поэтому он идеально подходит для кухонных ножей.Ножи из титана сохраняют свою остроту в шесть раз дольше, чем ножи из нержавеющей стали.

Медицина и социальное обеспечение

Медицинский

Обладая превосходными характеристиками биосовместимости и низкой частотой аллергических реакций, связанных с металлами, титан широко используется в качестве материала для имплантатов (искусственные зубные имплантаты и искусственная кость). Ожидается развитие приложений в других областях медицины.

Характеристики Нетоксичность, биосовместимость, коррозионная стойкость, прочность,
Приложения Искусственные кости, кардиостимулятор, хирургический инструмент и т. Д.
Социальное обеспечение Титан используется для инвалидных колясок из-за его небольшого веса и высокой прочности.

Стоматологические инструменты

Многие стоматологические инструменты из титановых сплавов используются в стоматологии из-за их более низкой удельной плотности, чем у инструментов из нержавеющей стали.
Кроме того, они обладают превосходными характеристиками коррозионной стойкости и прочности по сравнению с инструментами из нержавеющей стали.

Имплантаты искусственные

Титан обладает высокой биосовместимостью и не вредит организму человека. Поэтому он идеально подходит для использования в дентальных имплантатах.

Социальное обеспечение

Титан используется для инвалидных колясок из-за его небольшого веса и высокой прочности.

Морское проектирование

Морское проектирование
Фото: Haneda D-runwayf Construction СП Титановая крышка для стальной сваи – Фото: © H.OSAWA
Характеристики Коррозионная стойкость, легкий
Приложения Мосты океанские, антикоррозийное покрытие для свай и пр.

Причал взлетно-посадочной полосы D аэропорта Ханэда

Транс-Токийское шоссе

Завод по преобразованию тепловой энергии океана (OTEC)

Как альтернативный источник энергии, OTEC находится в центре внимания.Используя преимущество естественного температурного градиента океана, система теплового двигателя замкнутого цикла использует циркуляцию смеси аммиака и воды для приведения в действие генераторов энергии. Для реализации этой технологии производства электроэнергии необходимо широкое использование прочного, устойчивого к морской воде титана для изготовления труб и разнообразного оборудования.

Сплав Ti – Ag – Pd с хорошими механическими свойствами и высоким потенциалом биологического применения

  • Ильин, А.А., Колачев Б.А., Полкин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник (ВИЛС-МАТИ 2009).

  • Louzguine-Luzgin, D. V., Louzguina-Luzgina, L. V., Kato, H. & Inoue, A. Исследование объемных сплавов Ti – Fe – Co с высокой прочностью и повышенной пластичностью. Acta Mater. 53, 2009–2017 (2005).

    CAS Статья Google ученый

  • Задорожный, В.Ю., Иноуэ, А., Лузгин-Лузгин, Д.V. Наноструктурированный низколегированный низколегированный материал на основе Ti с высокой прочностью и пластичностью. Матер. Sci. Англ. А 551, 82–86 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • Задорожный, В. Ю., Иноуэ, А., Лузгин-Лузгин, Д. В. Прочностные характеристики двухосного кованного сплава Ti – Fe – Cu, содержащего бор. Матер. Sci. Англ. А 614, 2014. С. 238–242.

    CAS Статья Google ученый

  • Хаяма, А.O. F. et al. Влияние состава и термической обработки на механическое поведение сплавов Ti – Cu. Материалы и дизайн 55, 1006–1013 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • Добромыслов А.В., Элькин В.А. Мартенситное превращение и метастабильная β-фаза в бинарных сплавах титана с d-металлами с 4–6 периодами. Scripta mater. 44, 905–910 (2001).

    CAS Статья Google ученый

  • Маздиясни, С.и другие. Высокотемпературные фазовые равновесия состава губ в системах Ai-Ti-Ni, Ai-Ti-Fe и Ai-Ti-Cu. Scripta Metall. 23. С. 327–331 (1989).

    CAS Google ученый

  • Wan, Y.Z. et al. Модификация медицинских металлов ионной имплантацией меди. Прил. Серфинг. Sci. 253, 9426–9429 (2007).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Тиан, Х.B. et al. Антибактериальные медьсодержащие пленки нитрида титана, полученные методом двойного магнетронного распыления. Серфинг. Пальто. Technol. 201, 8606–8609 (2007).

    CAS Статья Google ученый

  • Allenstein, U., Ma, Y., Arabi-Hashemi, A., Zink, M. & Mayr, SG Ферромагнитные приводы с памятью формы на основе Fe-Pd для медицинских приложений: биосовместимость, влияние шероховатости поверхности и белковых покрытий . Acta Biomater. 9. С. 5845–5853 (2013).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Ма, Й., Зинк, М. и Майр, С. Г. Биосовместимость монокристаллических ферромагнитных пленок Fe70Pd30 с памятью формы. Прил. Phys. Lett. 96, 213703 (2010).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Ким, Х.-М., Мияджи, Ф., Кокубо, Т. и Накамура, Т. Способность обработанного щелочью металла Ti к образованию апатита в окружающей среде тела.J. Ceram. Soc. Jpn. 105, 111–116 (1997).

    CAS Статья Google ученый

  • Шинхаммер, М., Штайгер, П., Мошнер, Ф., Лёффлер, Дж. Ф. и Угговитцер, П. Дж. Характеристики разложения биоразлагаемых сплавов Fe-Mn-C (-Pd). Матер. Sci. Англ. С 33, 1882–1893 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • Шинхаммер, М., Ханци, А. К., Лёффлер, Дж.Ф. и Угговитцер, П. Дж. Стратегия проектирования биоразлагаемых сплавов на основе железа для медицинских приложений. Acta Biomater. 6. С. 1705–1713 (2010).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Moszner, F. et al. Дисперсионное упрочнение биоразлагаемых сплавов Fe – Mn – Pd. Acta Mater. 59, 981–991 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • Шинхаммер, М.и другие. Рекристаллизационные свойства, эволюция микроструктуры и механические свойства биоразлагаемых сплавов TWIP Fe – Mn – C (–Pd). Acta Mater. 60, 2746–2756 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • Дуб, Дж. Дж. И Иноуэ, А. Формирование, механические свойства и коррозионная стойкость стеклообразных сплавов на основе Ti-Pd. Журнал некристаллических твердых тел 354, 1828–1832 (2008).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Чжу, С.Л., Ван, X. М., Цинь, Ф. X. и Иноуэ, В. Новый объемный стекловидный сплав на основе Ti с потенциалом для биомедицинского применения. Матер. Sci. Англ. А 459, 233–237 (2007).

    Артикул CAS Google ученый

  • Handzlik, P. & Fitzner, K. Коррозионная стойкость сплава Ti и Ti-Pd в фосфатно-солевых растворах с добавлением и без добавления h3O2. Пер. Цветные металлы. Soc. Китай 23, 866–875 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • Штерн, М.И Виссенберг, Х. Влияние добавок сплава благородных металлов на электрохимическое и коррозионное поведение титана. Журнал Электрохимического общества 106, 759–764 (1959).

    CAS Статья Google ученый

  • Томашов Н.Д., Альтовский Р.М., Чернова Г.П. Пассивность и коррозионная стойкость титана и его сплавов. J. Journal of the Electrochemical Society 108, 113–119 (1961).

    CAS Статья Google ученый

  • Хлопок, Дж.Б. Роль палладия в повышении коррозионной стойкости титана. J. Platinum Metals Review 11, 50–52 (1967).

    CAS Google ученый

  • Schutz, R. W. Добавление металлов платиновой группы к титану: высокоэффективная стратегия повышения коррозионной стойкости. J. Коррозия 59, 1043–1057 (2003).

    CAS Статья Google ученый

  • Yan, Y. et al.Приготовление и определение характеристик композиционных покрытий хитозан-серебро / гидроксиапатит на нанотрубке TiO2 для биомедицинских применений. Прикладная наука о поверхности 332, 62–69 (2015).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Li, Q. et al. Антимикробные наноматериалы для дезинфекции воды и микробного контроля: потенциальные применения и последствия. Water Res. 42, 4591–4602 (2008).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Черноусова, С.& Эппл, М. Серебро как антибактериальное средство: ион, наночастица и металл. Энгью. Chem. 52, 1636–1653 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • Альберс, К. Э., Хофстеттер, В., Зибенрок, К. А., Ландманн, Р. и Кленке, Ф. М. Цитотоксичность наночастиц серебра на остеобластах и ​​остеокластах in vitro при антибактериальных концентрациях in vitro. Нанотоксикология 7, 30–36 (2013).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Smithells, C.Справочник J. Metals, седьмое издание (ред. Брандес, Э. А. и Брук, Г. Б.) (Reed Educational and Professional Publishing Ltd., 1992).

  • Хан, М.-К. и другие. Массивное превращение в сплавах титан-серебро и его влияние на их механические свойства и коррозионное поведение. Материалы 7. 2014. С. 6194–6206.

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

  • Такахаши, М., Кикучи, М., Такада, Ю., Окабе, Т., Окуно, О. Электрохимическое поведение литых сплавов Ti-Ag. Dental Materials Journal 25, 516–523 (2006).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Worner, H. W. Структура сплавов титан-серебро в диапазоне 0–30 ат.% Серебра. J. Институт металлов 82, 222–226 (1953).

    Google ученый

  • Тагучи. О.Диффузия меди, серебра и золота в α-титане. Философский журнал А 72, 1649–1655 (1995).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Semlitsch, M. F., Weber, H., Streicher, R. M. & Schon, R. Компоненты для замены шарниров из сплава Ti-6AL-7Nb с горячей ковкой и обработкой поверхности. Биоматериалы 13, 781–788 (1992).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Эйзенбарт, Э., Велтен, Д., Мюллер, М., Талл, Р., Бреме, Дж. Биосовместимость β-стабилизирующих элементов титановых сплавов. Биоматериалы 25, 5705–5713 (2004).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Semlitsch, M. Титановые сплавы для замены тазобедренного сустава. Клинические материалы 2, 1-3 (1987).

    Артикул Google ученый

  • Hwang, M.-J., Park, E.-J., Moon, W.-J., Song, H.-J. И Парк, Ю.-Дж. Характеристика пассивных слоев, сформированных на бинарных сплавах Ti – 10 мас.% (Ag, Au, Pd или Pt), и их влияние на гальваническую коррозию. Коррозия 96, 152–159 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • Бриггс Д. Практический анализ поверхности: ионная и нейтральная спектроскопия (John Wiley & Son Ltd., 1992).

  • Нииноми М. Современные металлические материалы для биомедицинских приложений.Металл. Матер. Пер. А 33, 477–486 (2002).

    Артикул Google ученый

  • Ким. T. N. et al. Антимикробное действие ионов металлов (Ag + , Cu 2+ , Zn 2+ ) в гидроксиапатите. J. Mater. Sci. Матер. Med. 9. С. 129–134 (1998).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Hardes, J. et al. Отсутствие токсикологических побочных эффектов у покрытых серебром мегапротезов у ​​человека.Биоматериалы 282, 869–2875 (2007).

    Google ученый

  • Gosheger, G. et al. Мегаэндопротезы с серебряным покрытием на модели кролика – анализ скорости инфицирования и токсикологических побочных эффектов. Биоматериалы 25, 5547–5556 (2004).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Праттен, Дж., Нажат, С. Н., Блейкер, Дж. Дж. И Боккаччини, А. Р. In vitro прикрепление Staphylococcus epidermidis к хирургическим швам с покрытием из биоактивного стекла, содержащим Ag, и без него.J. Biomater. Прил. 19, 47–57 (2004).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Chambers, C. W., Proctor, C. M. & Kabler, P. W. Бактерицидные эффекты низких концентраций серебра. Варенье. Доц. Гидротехнических сооружений. 54, 208–216 (1962).

    CAS Статья Google ученый

  • Bosetti, M., Masse, A., Tobin, E. & Cannas, M. Материалы с серебряным покрытием для устройств внешней фиксации: in vitro, биосовместимость и генотоксичность.Биоматериалы 23, 887–892 (2002).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Zheng, Y. F. et al. Введение антибактериальной функции в биомедицинский сплав TiNi с памятью формы путем добавления элемента Ag. Acta Biomaterialia 7, 2758–2767 (2011).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Чжан, Б. Б., Цю, К. Дж., Ван, Б. Л., Ли, Л.И Чжэн, Ю. Ф. Характеристика поверхности и реакция ячеек бинарных сплавов Ti – Ag с CP Ti в качестве контроля материала. J. Mater. Sci. 2012. Т. 28. С. 779–784.

    CAS Статья Google ученый

  • Zhang, B. B. et al. Разработка тройного титанового сплава Ti-Ag-Fe для стоматологического применения. Журнал исследований биомедицинских материалов B: прикладные биоматериалы 100B, 185–196 (2012).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Хоу, Л., Ли, Л. и Чжэн, Ю. Изготовление и характеристика пористых спеченных Ti-Ag компактов для биомедицинских целей. J. Mater. Sci. 2013. Т. 29. С. 330–338.

    CAS Статья Google ученый

  • Qin, H. et al. In vitro и in vivo эффекты анти-биопленки наночастиц серебра, иммобилизованных на титане. Биоматериалы 35, 9114–9125 (2014).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Джин, Г.и другие. Микрогальванические пары Zn / Ag, образованные на титане, и эффекты остеоинтеграции в присутствии S. aureus. Биоматериалы 65, 22–31 (2015).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Свойства и характеристики титана

    Титан – прочный и легкий тугоплавкий металл. Титановые сплавы имеют решающее значение для аэрокосмической промышленности, а также используются в медицинском, химическом и военном оборудовании, а также в спортивном оборудовании.

    На долю авиакосмической промышленности приходится 80% потребления титана, а 20% металла используется в броне, медицинском оборудовании и потребительских товарах.

    Свойства титана

    • Атомный символ: Ti
    • Атомный номер: 22
    • Категория элемента: переходный металл
    • Плотность: 4,506 / см 3
    • Точка плавления: 3038 ° F (1670 ° C)
    • Точка кипения: 5949 ° F (3287 ° C)
    • Твердость по Моосу: 6

    Характеристики

    Сплавы, содержащие титан, известны своей высокой прочностью, малым весом и исключительной коррозионной стойкостью.Несмотря на то, что титан такой же прочный, как сталь, он примерно на 40% легче по весу.

    Это, наряду с его устойчивостью к кавитации (быстрым изменениям давления, вызывающим ударные волны, которые со временем могут ослабить или повредить металл) и эрозии, делает его важным конструкционным металлом для аэрокосмических инженеров.

    Титан также обладает огромной устойчивостью к коррозии как в воде, так и в химических средах. Это сопротивление является результатом тонкого слоя диоксида титана (TiO 2 ), который образуется на его поверхности, через которую эти материалы чрезвычайно трудно проникнуть.

    Титан имеет низкий модуль упругости. Это означает, что титан очень гибкий и может возвращаться к своей первоначальной форме после изгиба. Сплавы с эффектом памяти (сплавы, которые могут деформироваться в холодном состоянии, но возвращаются к своей первоначальной форме при нагревании) важны для многих современных приложений.

    Титан немагнитен и биосовместим (нетоксичен, не вызывает аллергии), что привело к его все более широкому применению в медицине.

    История

    Использование металлического титана в любой форме по-настоящему расширилось только после Второй мировой войны.Фактически, титан не был выделен как металл до тех пор, пока американский химик Мэтью Хантер не произвел его путем восстановления тетрахлорида титана (TiCl 4 ) натрием в 1910 году; метод, теперь известный как процесс Хантера.

    Однако коммерческое производство началось только после того, как Уильям Джастин Кролл показал, что титан также можно восстанавливать из хлорида с использованием магния в 1930-х годах. Процесс Кролла и по сей день остается наиболее распространенным коммерческим методом производства.

    После того, как был разработан рентабельный метод производства, титан впервые широко использовался в военной авиации.И советские, и американские военные самолеты и подводные лодки, спроектированные в 1950-х и 1960-х годах, начали использовать титановые сплавы. К началу 1960-х годов титановые сплавы начали использовать и производители коммерческих самолетов.

    Область медицины, особенно зубные имплантаты и протезирование, осознала полезность титана после того, как исследования шведского врача Пера-Ингвара Бранемарка, проведенные в 1950-х годах, показали, что титан не вызывает отрицательного иммунного ответа у людей, позволяя металлу интегрироваться в наши тела в процессе называется остеоинтеграцией.

    Производство

    Хотя титан является четвертым по распространенности металлическим элементом в земной коре (после алюминия, железа и магния), производство металлического титана чрезвычайно чувствительно к загрязнению, особенно кислородом, что объясняет его относительно недавнее развитие и высокую стоимость.

    Основными рудами, используемыми в первичном производстве титана, являются ильменит и рутил, на которые, соответственно, приходится около 90% и 10% добычи.

    В 2015 году было произведено около 10 миллионов тонн титанового минерального концентрата, хотя только небольшая часть (около 5%) титанового концентрата, производимого каждый год, в конечном итоге оказывается в металлическом титане.Вместо этого большинство из них используется в производстве диоксида титана (TiO 2 ), отбеливающего пигмента, используемого в красках, пищевых продуктах, лекарствах и косметике.

    На первом этапе процесса Кролла титановая руда измельчается и нагревается с коксующимся углем в атмосфере хлора с получением тетрахлорида титана (TiCl 4 ). Затем хлорид улавливается и проходит через конденсатор, в котором образуется жидкость хлорида титана с чистотой более 99%.

    Затем тетрахлорид титана направляют непосредственно в сосуды, содержащие расплавленный магний.Чтобы избежать загрязнения кислородом, его делают инертным за счет добавления газообразного аргона.

    Во время последующего процесса дистилляции, который может занять несколько дней, сосуд нагревают до 1832 ° F (1000 ° C). Магний реагирует с хлоридом титана, отделяя хлорид и образуя элементарный титан и хлорид магния.

    Волокнистый титан, который получается в результате, называется титановой губкой. Для производства титановых сплавов и слитков титана высокой чистоты титановую губку можно плавить с различными легирующими элементами с использованием электронно-лучевой, плазменной или вакуумно-дуговой плавки.

    Титан: применение и использование – Металпедия

    Титан: применение и применение – Металпедия
    • Титан традиционно используется в качестве легкого, чрезвычайно прочного и чрезвычайно устойчивого к коррозии материала в самолетах, электростанциях, установках по опреснению морской воды и теплообменниках. В последнее время он нашел все более широкое применение в потребительских товарах, спортивных товарах и оборудовании информационных технологий (ИТ) за счет использования его эстетичного внешнего вида и роскошного внешнего вида.
    • Были разработаны тысячи титановых сплавов, которые можно разделить на четыре основные категории. Их свойства зависят от их основной химической структуры и способа обращения с ними во время производства. Некоторые элементы, используемые для изготовления сплавов, включают алюминий, молибден, кобальт, цирконий, олово и ванадий. Сплавы с альфа-фазой имеют самую низкую прочность, но они поддаются формованию и сварке. Сплавы Альфа плюс бета обладают высокой прочностью. Сплавы, близкие к альфа, имеют среднюю прочность, но обладают хорошим сопротивлением ползучести.Бета-фазные сплавы обладают самой высокой прочностью среди всех титановых сплавов, но им также не хватает пластичности.
    • Есть разница между странами по применению титана. В то время как на авиакосмическую промышленность приходится половина спроса на титан в США, Европе и России, промышленные применения, особенно на химических заводах, преобладают в Азии. Эти дифференцированные рынки по-прежнему будут основными драйверами спроса, обусловившими рост на 4,6% в год (в прошлом году) до 2018 года.
    • Авиакосмическая промышленность является крупнейшим потребителем титановой продукции.Это полезный материал для этой промышленности из-за его высокого отношения прочности к весу и высокотемпературных свойств. Титан обычно используется для изготовления деталей и креплений самолетов. Эти же свойства делают титан полезным для производства газотурбинных двигателей, а также для других деталей, таких как лопатки компрессора, кожухи, капоты двигателя и тепловые экраны.
    • Расширение использования титана на аэрокосмическом рынке можно объяснить несколькими факторами, в том числе спросом на новые конструкции самолетов с повышенным содержанием углепластика (полимера [или пластика], армированного углеродным волокном).Титан имеет такую ​​же степень теплового расширения, что и многие популярные композитные материалы, поэтому он пользуется большим спросом в качестве композитного материала интерфейса.
    • По оценкам, в новом Boeing 787 Dreamliner используется 15 процентов титана по весу, что на 5 процентов больше, чем в стали, и он, несомненно, является образцом растущего использования титана в производстве коммерческих самолетов. Более широкое использование титана в этом самолете напрямую связано с использованием композитных компонентов на основе совместимости материалов.Расширение дизайна, конструкции и использования композитных материалов является убедительным показателем дополнительного увеличения производства титановых деталей.
    • Текущие отраслевые прогнозы на титан указывают на 40-процентное увеличение спроса к 2015 году. Предвидя этот рост, многие крупные производители титана объявили о планах увеличения своих производственных мощностей.
    • Военный самолет
    • Титан уже почти 60 лет используется в самолетах, особенно в военных самолетах.Сорок два процента веса конструкции Lockheed Martin F22 Raptor, поступившего на вооружение в США в конце 2005 года, составляет титан. И даже в 60-х годах около 93 процентов конструкционной массы Lockheed SR-71 Blackbird состояло из титановых сплавов. Он также используется в самолетах Lockheed Martin JSF (по весу составляет около трети всех самолетов) и в коммерческих авиалайнерах Airbus A350 и A380.
    • Невозможно переоценить важность титана в аэрокосмической промышленности.Согласно последним данным Геологической службы США, в 2012 году около 72 процентов металлического титана, потребляемого в США, использовалось в аэрокосмической отрасли, а оставшиеся 28 процентов использовались в «броне, химической обработке, судостроении, медицине, производстве электроэнергии. , спортивные товары и другие приложения, не относящиеся к аэрокосмической отрасли ».
    • В глобальном масштабе, как сообщает английский исследовательский центр по металлу Roskill Information Services в обзоре своего предстоящего отчета о металле («Металл титана: обзор рынка до 2018 года»), с увеличением использования композитов, в частности углеродосовместимых армированных полимеров (CFRP). ) в производстве больших пассажирских самолетов: «Положение титана как ключевого материала в аэрокосмической промышленности гарантировано и продолжает расти.”
    • Люди развиваются, используя ресурсы океана, поскольку технологии позволяют нам это делать, а земельные ресурсы истощаются. Титан привлекателен для применения в океанской инженерии из-за его превосходной коррозионной стойкости. Поэтому многие изделия из титана применялись для опреснения морской воды, а также для судов и исследования океанических ресурсов.
    • Еще в 1960-х годах Китай начал проводить прикладные исследования использования титана в сосудах.С большим трудом была создана звуковая система из титана судового качества. Титан обладает уникальными преимуществами при применении на судах и в морской промышленности. В подводных лодках, бативудах, атомных ледоколах, судах на подводных крыльях, судах на воздушной подушке, тральщиках и гребных винтах есть титан.
    • Хотя в Китае есть надежная система для титана судового качества, а количество титана, используемого на судах, растет, многие ключевые технологии еще не освоены из-за отсутствия сотрудничества между исследовательскими организациями, исследовательскими институтами материалов и судовыми компаниями.
    • В России потребление титана на судах достигло 15-20%, а это означает, что рынок титана будет резко увеличиваться, достигнув рыночной стоимости в сотни миллиардов долларов. Следующим потенциальным рынком для титана будет разведка и разработка нефти. Для одной морской буровой платформы требуется 1500–2000 тонн титана. Китай планирует построить 70 платформ в ближайшие 3-5 лет, а потребление титана достигнет 140 тысяч тонн. Кроме того, Китай остро нуждается в опреснительных установках и прибрежных электростанциях, и если удастся добиться снижения затрат и улучшения качества, перспективы рынка титана будут очень радужными.
    • Список преимуществ титана обширен. Это делает его невероятно полезным для множества различных отраслей, включая автомобильную, аэрокосмическую и архитектурную. Но поскольку титан устойчив к коррозии, биосовместим и обладает врожденной способностью соединяться с человеческими костями, он также стал одним из основных продуктов в области медицины. От хирургических титановых инструментов до ортопедических титановых стержней, штифтов и пластин, медицинский и стоматологический титан действительно стал основным материалом, используемым в медицине.
    • Общие применения титана в медицинской промышленности:
    • • Тазобедренные и коленные суставы
    • • Костные винты
    • • Костные пластины
    • • Зубные имплантаты
    • • Хирургические аппараты
    • • Чехлы для кардиостимуляторов
    • • Оправы для очков
    • • Сердечные клапаны
    • • Фармацевтическое оборудование
    • • Инвалидные коляски
    • Ожидается, что использование титана в биомедицинской промышленности будет только расти в ближайшие годы.Учитывая, что демография бэби-бумеров продолжает стареть, а наша индустрия здравоохранения подталкивает людей к более активной жизни, вполне логично, что медицинская промышленность продолжит поиск новых и инновационных способов использования этого популярного металлического сплава. А поскольку реформа здравоохранения является серьезной проблемой в настоящее время, рентабельность титана делает его еще более привлекательным для тех, кто хочет сократить расходы на здравоохранение.
    • В области автомобилей титан впервые нашел применение в деталях двигателей гоночных автомобилей в начале 1980-х годов.С тех пор спектр применения титана расширился, включив его применение в глушителях суперкоротких байков и ограниченных моделях высокопроизводительных автомобилей.
    • Благодаря своей высокой прочности и низкой плотности в сочетании с виртуальной устойчивостью к коррозии в автомобильной среде, титан предлагает множество преимуществ для использования в автомобилях. Однако, несмотря на свои преимущества, титан еще не нашел широкого применения, поскольку автомобильная промышленность очень чувствительна к ценам.Стоимость титана относительно выше, чем у стали или алюминиевых сплавов. Однако в некоторых областях применения титан вызывает большой интерес.
    • Производимые компоненты легковых автомобилей, для которых можно было бы извлечь выгоду из использования титана, включают клапаны двигателей, шатуны и держатели клапанных пружин, а также клапанные пружины. Однако до недавнего времени использование титана в семейных автомобилях не продвигалось дальше стадии прототипирования из-за высокой стоимости титана по сравнению с конкурирующими материалами.Есть два основных препятствия, которые необходимо преодолеть, если титан будет использоваться в крупносерийном производстве.
    • Согласно опросу, в Китае титан в основном используется в химической промышленности, такой как теплообменник (57%), титановый анод (20%), титановый контейнер (16%) и другие (7%). В химической промышленности основными потребителями титана являются хлорщелочи и карбонат натрия.
    • Дистрибьюторы из титана быстро находят более широкое применение титановым трубкам в товарах для отдыха, включая спортивное оборудование, такое как велосипеды, клюшки для гольфа и теннисные ракетки.Лист и проволока из титана в настоящее время являются привлекательной альтернативой другим специальным металлам, используемым в ювелирной промышленности, особенно в свадебных украшениях.
    • В 2008 году потребление титана для изготовления спортивного инвентаря составило 13% от общего объема потребления в Китае, при этом только головки для гольфа и клюшки для гольфа потребили более 1000 тонн. Велосипеды, изготовленные с рамой из титанового сплава, также завоевывают популярность, и в настоящее время в области титановых велосипедов работает около 50 компаний. В течение долгого времени США были крупнейшим производителем и потребителем титановых велосипедов.Оправы для очков – еще одно известное применение титана из-за его необычайной легкости и меньшей склонности к аллергии на кожу. Кроме того, после анодной обработки титан может быть цветным, что делает его еще более популярным в качестве материала оправы.
    • Благодаря постоянно развивающимся технологиям применение титана в повседневной жизни быстро расширяется, но, тем не менее, Америка и Япония остаются лидерами в этой области.
    • Металлический титан и пигмент TiO2 – два основных продукта, производимых из минералов титана, и от них зависят крупные отрасли промышленности.Первым по объему производства является микрокристаллический TiO2 для белого пигмента. Из-за чрезвычайно высокого показателя преломления TiO2 в виде рутила (от 2,6 до 2,9 или выше, чем у алмаза), это основной непрозрачный пигмент, используемый в красках и других продуктах, таких как пластмассы и бумага, не только для белого цвета, но и для целого ряда цветов. Пигмент диоксида титана обычно составляет более 20 процентов от веса некоторых красок. Пигментная промышленность потребляет более 90 процентов всех добываемых минералов титана.
    • Продукт, занимающий второе место по объему, хотя, возможно, и не по важности, – это металлический титан. Высокое отношение прочности к весу, устойчивость к коррозии и высоким температурам металлического титана и сплавов на его основе делает их важными ингредиентами во многих отраслях промышленности. Наиболее важным является авиастроение, где использование титана росло более 30 лет до такой степени, что нынешнее поколение коммерческих авиалайнеров может содержать 30 процентов титана по весу.Другой тенденцией последнего времени стала диверсификация использования металлического титана в других отраслях промышленности. Многие отрасли промышленности используют преимущества коррозионной стойкости титана, например, в теплообменниках и опреснительных установках.
    • 1. Губка титановая
    • 2. Пигмент диоксид титана
    • О нас Связаться с нами
    • Metalpedia – это некоммерческий веб-сайт, цель которого – расширить знания о металлах и предоставить пользователям обширную справочную базу данных.Он в максимальной степени предоставляет пользователям достоверную информацию и знания. Если есть какое-либо нарушение авторских прав, пожалуйста, сообщите нам через нашу контактную информацию, чтобы незамедлительно удалить такой контент, нарушающий авторские права.

    Титановые сплавы – Характеристики и применение

    Титан – это блестящий переходный металл серебристого цвета, низкой плотности и высокой прочности . Титан устойчив к коррозии в морской воде, царской водке и хлоре.На электростанциях титан можно использовать в поверхностных конденсаторах. Металл извлекается из основных минеральных руд с помощью процессов Kroll и Hunter . Процесс Кролла включал восстановление тетрахлорида титана (TiCl4) сначала натрием и кальцием, а затем магнием в атмосфере инертного газа. Чистый титан прочнее обычных низкоуглеродистых сталей, но на 45% легче. Кроме того, он вдвое прочнее слабых алюминиевых сплавов, но только на 60% тяжелее. Двумя наиболее полезными свойствами металла являются коррозионная стойкость и отношение прочности к плотности , наивысшее из всех металлических элементов.Коррозионная стойкость титановых сплавов при нормальных температурах необычайно высока. Коррозионная стойкость титана основана на образовании стабильного защитного оксидного слоя. Хотя «коммерчески чистый» титан имеет приемлемые механические свойства и использовался для ортопедических и дентальных имплантатов, для большинства применений титан легирован небольшими количествами алюминия и ванадия, обычно 6% и 4% соответственно по весу. Эта смесь имеет растворимость в твердом веществе, которая резко меняется в зависимости от температуры, что позволяет ей претерпевать осаждение , упрочнение .

    Титановые сплавы – это металлы, содержащие смесь титана и других химических элементов. Такие сплавы обладают очень высокой прочностью на разрыв и ударной вязкостью (даже при экстремальных температурах). Они легкие, имеют необычайную коррозионную стойкость и способность выдерживать экстремальные температуры.

    Типы титановых сплавов

    Титан существует в двух кристаллографических формах. При комнатной температуре нелегированный (технически чистый) титан имеет гексагональную плотноупакованную (ГПУ) кристаллическую структуру , называемую альфа (α) фазой .Когда температура чистого титана достигает 885 ° C (так называемая температура β-перехода титана), кристаллическая структура изменяется на bcc-структуру , известную как beta (β) фаза . Легирующие элементы либо повышают, либо понижают температуру превращения из α в β, поэтому легирующие элементы в титане классифицируются как α-стабилизаторы или β-стабилизаторы. Например, ванадий, ниобий и молибден снижают температуру превращения из α в β и способствуют образованию β фазы.

    • Альфа Сплавы . Альфа-сплавы содержат такие элементы, как алюминий и олово, и являются предпочтительными для высокотемпературных применений из-за их превосходных характеристик ползучести. Эти α-стабилизирующие элементы работают либо путем ингибирования изменения температуры фазового превращения, либо путем ее повышения. Отсутствие перехода из пластичного в хрупкое состояние, характерного для β-сплавов, делает α-сплавы подходящими для криогенных применений. С другой стороны, они не могут быть упрочнены термической обработкой, потому что альфа является стабильной фазой и, следовательно, они не так прочны, как бета-сплавы.
    • Бета сплавы . Бета-сплавы содержат переходные элементы, такие как ванадий, ниобий и молибден, которые имеют тенденцию снижать температуру фазового перехода от α к β. Бета-сплавы обладают отличной прокаливаемостью и легко поддаются термообработке. Эти материалы хорошо поддаются ковке и обладают высокой вязкостью разрушения. Например, предел прочности высокопрочного титанового сплава ТИ-10В-2Fe-3Al составляет около 1200 МПа.
    • Альфа + бета Сплав .Альфа + бета-сплавы имеют состав, который поддерживает смесь α- и β-фаз и может содержать от 10 до 50% β-фазы при комнатной температуре. Самый распространенный сплав α + β – Ti-6Al-4V. Прочность этих сплавов может быть улучшена и контролироваться термической обработкой. Примеры включают: Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V-ELI, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-7Nb.

    Сорта титана

    Чистый титан и его сплавы обычно определяются по их маркам, определенным международным стандартом ASTM. В целом существует почти 40 марок титана и его сплавов.Ниже приводится обзор наиболее часто встречающихся титановых сплавов и чистых марок , их свойств, преимуществ и применения в промышленности.

    • Сорт 1 . Технически чистый титан марки 1 – самый пластичный и самый мягкий титановый сплав. Это хорошее решение для холодной штамповки и агрессивных сред. Обладает максимальной формуемостью , отличной коррозионной стойкостью и высокой ударной вязкостью. Благодаря своей формуемости он обычно доступен в виде титановых пластин и трубок.К ним относятся:
      • Химическая обработка
      • Производство хлоратов
      • Архитектура
      • Медицинская промышленность
      • Морская промышленность
      • Автомобильные детали
      • Конструкция планера
    • Класс 2 . Технически чистый титан марки 2 очень похож на титан марки 1, но имеет более высокую прочность, чем марка 1, и отличные свойства холодной штамповки. Он обеспечивает отличные сварочные свойства и обладает отличной стойкостью к окислению и коррозии.Этот сорт титана является наиболее распространенным в промышленно чистом титане. Это лучший выбор для многих областей применения:
      • Аэрокосмическая промышленность,
      • Автомобилестроение,
      • Химическая обработка и производство хлоратов,
      • Опреснение
      • Производство электроэнергии
    • Уровень 5 – Ti-6Al-4V . Марка 5 является наиболее часто используемым сплавом и представляет собой сплав альфа + бета. Сплав 5-го класса составляет 50% от общего объема потребления титана во всем мире.Он имеет химический состав: 6% алюминия, 4% ванадия, 0,25% (максимум) железа, 0,2% (максимум) кислорода и остальное титан. Обычно Ti-6Al-4V используется при температурах до 400 градусов Цельсия. Его плотность составляет примерно 4420 кг / м 3 . Он значительно прочнее технически чистого титана (сорта 1-4) из-за возможности термической обработки. Этот сорт представляет собой превосходное сочетание прочности, коррозионной стойкости, сварных швов и технологичности. Он является лучшим выбором для многих областей применения:
      • Авиационные турбины
      • Компоненты двигателя
      • Конструктивные элементы самолетов
      • Крепежные детали для аэрокосмической промышленности
      • Высокопроизводительные детали автоматики
      • Морское применение
    • Класс 23 – Ti-6Al-4V-ELI .Ti-6Al-4V-ELI или TAV-ELI – это версия Ti-6Al-4V с более высокой степенью чистоты. ELI расшифровывается как Extra Low Interstitial. Существенное различие между Ti6Al4V ELI (сорт 23) и Ti6Al4V (сорт 5) заключается в снижении содержания кислорода до 0,13% (максимум) в классе 23. Уменьшение количества внедренных элементов кислорода и железа улучшает пластичность и вязкость разрушения с некоторым снижением прочности. Это лучший выбор для любой ситуации, когда требуется сочетание высокой прочности, небольшого веса, хорошей коррозионной стойкости и высокой прочности.Этот сорт титана, медицинский титан, используется в биомедицинских приложениях , таких как имплантируемые компоненты, благодаря его биосовместимости, хорошей усталостной прочности и низкому модулю упругости.

    Применение титановых сплавов – использование

    Два наиболее полезных свойства металла – это коррозионная стойкость , и отношение прочности к плотности , самое высокое среди металлических элементов. Коррозионная стойкость титановых сплавов при нормальных температурах необычайно высока.Эти свойства определяют применение титана и его сплавов. Самое раннее промышленное применение титана было в 1952 году для гондол и брандмауэров авиалайнера Douglas DC-7. Высокая удельная прочность, хорошее сопротивление усталости и ползучести, а также хорошая вязкость разрушения – вот характеристики, которые делают титан предпочтительным металлом для аэрокосмических применений . На авиакосмическую промышленность, включая использование как компонентов конструкции (планера), так и реактивных двигателей, по-прежнему приходится наибольшая доля использования титановых сплавов.На сверхзвуковом самолете SR-71 титан использовался на 85% конструкции. Из-за очень высокой инертности титан находит множество биомедицинских применений, что основано на его инертности в организме человека, то есть устойчивости к коррозии жидкостями организма.

    Технически чистый титан – степень 1 в конденсаторах пара

    На атомных электростанциях система (MC) главного конденсатора пара предназначена для конденсации и деаэрации отработавшего пара из основной турбины и обеспечения его теплоотвода. для системы байпаса турбины.Отработанный пар из турбин низкого давления конденсируется, проходя по трубам, содержащим воду из системы охлаждения. Эти трубы обычно изготавливаются из нержавеющей стали, медных сплавов или титана в зависимости от нескольких критериев выбора (таких как теплопроводность или коррозионная стойкость). Титановые конденсаторные трубки обычно являются лучшим техническим выбором, однако титан – очень дорогой материал, и использование титановых конденсаторных трубок связано с очень высокими начальными затратами. В частности, титан может принести значительные улучшения, такие как более высокая скорость воды, способствующая лучшим тепловым коэффициентам, превосходная стойкость к истиранию, эрозии и коррозии, тем самым улучшая сопротивление загрязнению.Трубы – это в основном сварные трубы из ASTM SB 338 класса 1, изготовленные на непрерывной производственной линии. Этот коммерчески чистый титан является самым мягким и имеет самую высокую пластичность. Он обладает хорошими характеристиками холодной штамповки и обеспечивает отличную коррозионную стойкость. Он также имеет отличные сварочные свойства и высокую ударную вязкость. Все производственные операции (сварка, отжиг, неразрушающий контроль) полностью автоматизированы для производства высококачественных труб в больших количествах.

    Свойства титановых сплавов

    Свойства материала – это интенсивных свойств , что означает, что они не зависят от количества массы и могут изменяться от места к месту в системе в любой момент.В основе материаловедения лежит изучение структуры материалов и их соотнесение с их свойствами (механическими, электрическими и т. Д.). Как только ученый-материаловед узнает об этой корреляции структура-свойство, он может перейти к изучению относительных характеристик материала в данном приложении. Основными определяющими факторами структуры материала и, следовательно, его свойств являются составляющие его химические элементы и способ, которым он был переработан в свою окончательную форму.

    Плотность титановых сплавов

    Плотность типичного титанового сплава равна 4.43 г / см 3 ( Ti-6Al-4V ).

    Плотность определяется как масса на единицу объема . Это интенсивное свойство , которое математически определяется как масса, разделенная на объем:

    ρ = m / V

    На словах плотность (ρ) вещества – это общая масса (m) этого вещества. деленное на общий объем (V), занимаемый этим веществом. Стандартная единица СИ составляет килограммов на кубический метр ( кг / м 3 ).Стандартная английская единица – фунтов массы на кубический фут ( фунт / фут 3 ).

    Поскольку плотность (ρ) вещества – это общая масса (m) этого вещества, деленная на общий объем (V), занимаемый этим веществом, очевидно, что плотность вещества сильно зависит от его атомной массы и также на плотность атомного числа (N; атомов / см 3 ),

    • Атомный вес . Атомная масса переносится атомным ядром, которое занимает только около 10 -12 от общего объема атома или меньше, но оно содержит весь положительный заряд и не менее 99.95% от общей массы атома. Следовательно, оно определяется массовым числом (числом протонов и нейтронов).
    • Плотность атомного числа . Плотность атомного числа (N; атомов / см 3 ), которая связана с атомными радиусами, представляет собой количество атомов данного типа в единице объема (В; см 3 ) материала. Плотность атомного числа (N; атомы / см 3 ) чистого материала, имеющего атомную или молекулярную массу (М; граммы / моль) и плотность материала (; грамм / см 3 ), легко определяется вычисляется из следующего уравнения с использованием числа Авогадро ( N A = 6.022 × 10 23 атомов или молекул на моль):
    • Кристаллическая структура. Плотность кристаллического вещества существенно зависит от его кристаллической структуры. ГЦК-структура, наряду со своим гексагональным родственником (ГПУ), имеет наиболее эффективный фактор упаковки (74%). Металлы, содержащие структуры FCC, включают аустенит, алюминий, медь, свинец, серебро, золото, никель, платину и торий.

    Механические свойства титановых сплавов

    Материалы часто выбирают для различных применений, поскольку они имеют желаемое сочетание механических характеристик.Для структурных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.

    Прочность титановых сплавов

    В механике материалов прочность материала – это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов в основном учитывает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала – это его способность выдерживать эту приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

    Предел прочности на разрыв

    Предел прочности на разрыв технически чистого титана марки 2 составляет около 340 МПа.

    Предел прочности на разрыв Ti-6Al-4V – титановый сплав марки 5 составляет около 1170 МПа.

    Предел прочности при растяжении является максимальным на инженерной кривой зависимости напряжения от деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении.Предел прочности на разрыв часто сокращают до «прочности на разрыв» или даже до «предела». Если это напряжение приложить и поддерживать, в результате произойдет разрушение. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 процентов больше, чем предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает образование шейки, где площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая “напряжение-деформация” не содержит напряжения, превышающего предел прочности.Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности. Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов и температура испытательной среды и материала. Предел прочности на разрыв варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.

    Предел текучести

    Предел текучести технически чистого титана марки 2 составляет около 300 МПа.

    Предел текучести Ti-6Al-4V – титанового сплава марки 5 составляет около 1100 МПа.

    Предел текучести – это точка на кривой напряжения-деформации, которая указывает предел упругого поведения и начало пластического поведения. Предел текучести или предел текучести – это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести – это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация.Перед достижением предела текучести материал будет упруго деформироваться и вернется к своей исходной форме после снятия приложенного напряжения. После достижения предела текучести некоторая часть деформации будет постоянной и необратимой. Некоторые стали и другие материалы демонстрируют поведение, называемое явлением предела текучести. Предел текучести варьируется от 35 МПа для алюминия с низкой прочностью до более 1400 МПа для высокопрочных сталей.

    Модуль упругости

    Модуль упругости Юнга технически чистого титана – марка 2 составляет около 105 ГПа.

    Модуль упругости Юнга Ti-6Al-4V – титановый сплав класса 5 составляет около 114 ГПа.

    Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости для растягивающего и сжимающего напряжения в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение. С точностью до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из положения равновесия.Все атомы смещаются на одинаковую величину и по-прежнему сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и остаточная деформация не происходит. Согласно закону Гука , напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен , модуль Юнга . Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.

    Твердость титановых сплавов

    Твердость по Роквеллу технически чистого титана – марка 2 составляет примерно 80 HRB.

    Твердость по Роквеллу Ti-6Al-4V – титановый сплав класса 5 составляет приблизительно 41 HRC.

    Тест на твердость по Роквеллу – один из наиболее распространенных тестов на твердость при вдавливании, разработанный для определения твердости. В отличие от теста Бринелля, тестер Роквелла измеряет глубину проникновения индентора при большой нагрузке (большая нагрузка) по сравнению с проникновением при предварительной нагрузке (незначительная нагрузка). Незначительная нагрузка устанавливает нулевое положение.Основная нагрузка прикладывается, затем снимается, сохраняя при этом второстепенную нагрузку. Разница между глубиной проникновения до и после приложения основной нагрузки используется для расчета числа твердости по Роквеллу . То есть глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны. Основным преимуществом твердости по Роквеллу является ее способность отображать значения твердости непосредственно . Результатом является безразмерное число, обозначенное как HRA, HRB, HRC и т. Д., Где последняя буква – соответствующая шкала Роквелла.

    Испытание Rockwell C проводится с пенетратором Brale (, алмазный конус 120 ° ) и основной нагрузкой 150 кг.

    Термические свойства титановых сплавов

    Термические свойства материалов относятся к реакции материалов на изменения их температуры и на приложение тепла. Поскольку твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а его размеры увеличиваются. Но различных материалов реагируют на приложение тепла по-разному, .

    Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность – это свойства, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.

    Точка плавления титановых сплавов

    Точка плавления технически чистого титана марки 2 составляет около 1660 ° C.

    Точка плавления Ti-6Al-4V – титановый сплав класса 5 составляет около 1660 ° C.

    В общем случае плавление представляет собой фазовый переход вещества из твердой фазы в жидкую.Температура плавления вещества – это температура, при которой происходит это фазовое изменение. Точка плавления также определяет состояние, в котором твердое вещество и жидкость могут существовать в равновесии.

    Теплопроводность титановых сплавов

    Теплопроводность технически чистого титана марки 2 составляет 16 Вт / (м · К).

    Теплопроводность Ti-6Al-4V – титанового сплава марки 5 составляет 6,7 Вт / (м · К).

    Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются с помощью свойства, называемого теплопроводностью , k (или λ), которое измеряется в Вт / м.К . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

    Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. В общем:

    Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) .Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

    Знакомство с титановым сплавом

    Чистый титан часто смешивают с другими металлами или химическими элементами. Наличие этих дополнительных металлов и химических элементов, известных как титановый сплав, изменяет его физические свойства. Сам по себе чистый титан относительно прочен – примерно такой же, как сталь, – но он становится еще прочнее при смешивании с другими металлами и химическими элементами.Однако титановый сплав помимо повышенной прочности имеет и другие преимущества.

    Что такое титановый сплав?

    Титановый сплав – это сплав, состоящий в основном из чистого титана с другими различными металлами или химическими элементами, распределенными повсюду. Его получают путем смешивания титана с другими металлами и химическими элементами в определенном соотношении. После достижения идеального соотношения смеси дают остыть. Затем затвердевший материал продается, отправляется или иным образом используется в качестве титанового сплава.

    Классификация титановых сплавов


    Хотя весь титановый сплав состоит из чистого титана, смешанного с другими металлами или химическими элементами, существует несколько его классификаций. Альфа-титановые сплавы, например, характеризуются использованием альфа-стабилизатора, такого как алюминий или кислород. С другой стороны, титановые сплавы, близкие к альфа, содержат небольшое количество стабилизаторов бета-стадии.

    Как и в случае с другими широко используемыми металлами и сплавами, ASTM International имеет стандарты классификации для титановых сплавов.Эти стандарты варьируются от Grade 1 до Grade 38. Титановый сплав Grade 1 является самым мягким и пластичным типом, что позволяет легко манипулировать с помощью процессов холодной штамповки металлов. Титан марки 38, напротив, имеет гораздо более высокую прочность на разрыв. Он настолько силен, что военные используют его для производства броневых панелей.

    Преимущества титанового сплава


    Какие именно преимущества у титанового сплава? Как уже упоминалось ранее, существует множество различных типов титановых сплавов, каждый из которых имеет различную комбинацию и / или соотношение чистого титана к другим металлам или химическим элементам.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.