Температура плавления титана по цельсию: Температура плавления титана, свойства и характеристики

alexxlab | 02.12.1980 | 0 | Разное

Титановые сплавы: обработка, свойства, применение, марки

Одним из самых распространенных элементов, который находится в земле, можно назвать титан. Согласно результатам проведенных исследований, он занимает 4-е место по степени распространенности, уступая лидирующие позиции алюминию, железу и магнию. Несмотря на столь большое распространение, титан стал использоваться в промышленности лишь в 20 веке. Титановые сплавы во многом повлияли на развитие ракетостроения и авиации, что связано с сочетанием малой плотности с высокой удельной прочностью, а также коррозионной стойкостью. Рассмотрим все особенности данного материала подробнее.

Титановые сплавы

Общая характеристика титана и его сплавов

Именно основные механические свойства титановых сплавов определяют их большое распространение. Если не уделять внимание химическому составу, то все титановые сплавы можно охарактеризовать следующим образом:

1. Высокая коррозионная стойкость. Недостатком большинства металлов можно назвать то, что при воздействии высокой влажности на поверхности образуется коррозия, которая не только ухудшает внешний вид материала, но и снижает его основные эксплуатационные качества. Титан менее восприимчив к воздействию влажности, чем железо.
2. Хладостойкость. Слишком низкая температура становится причиной того, что механические свойства титановых сплавов существенно снижаются. Часто можно встретить ситуацию, когда эксплуатация при отрицательных температурах становится причиной существенного повышения хрупкости. Титан довольно часто применяется при изготовлении космических кораблей.
3. Титан и титановые сплавы имеют относительно низкую плотность, что существенно снижает вес. Легкие металлы получили широкое применение в самых различных отраслях промышленности, к примеру, в авиастроении, строительстве небоскребов и так далее.
4. Высокая удельная прочность и низкая плотность – характеристики, которые довольно редко сочетаются. Однако именно за счет подобного сочетания титановые сплавы сегодня получили самое широкое распространение.
5. Технологичность при обработке давлением определяет то, что сплав применяется часто в качестве заготовки при прессовании или другом виде обработки.
6. Отсутствие реакции на воздействие магнитного поля также назовем причиной, по которой рассматриваемые сплавы получили широкое применение. Часто можно встретить ситуацию, когда проводится производство конструкций, при работе которых образуется магнитное поле. Применение титана позволяет исключить вероятность возникновения связи.

Эти основные преимущества титановых сплавов определили их достаточно большое распространение. Однако, как ранее было отмечено, многое зависит от конкретного химического состава. Примером можно назвать то, что твердость изменяется в зависимости от того, какие именно вещества применяются при легировании.

Важно, что температура плавления может достигать 1700 градусов Цельсия. За счет этого существенно повышается устойчивость состава к нагреву, но также усложняется процесс обработки.

Виды титановых сплавов

Классификация титановых сплавов ведется по достаточно большому количеству признаков. Все сплавы можно разделить на несколько основных групп:

1. Высокопрочные и конструкционные – прочные титановые сплавы, которые обладают также достаточно высокой пластичностью. За счет этого они могут применяться при изготовлении деталей, на которые оказывается переменная нагрузка.
2. Жаропрочные с низкой плотностью применяются как более дешевая альтернатива жаропрочным никелевым сплавам с учетом определенного температурного интервала. Прочность подобного титанового сплава может варьироваться в достаточно большом диапазоне, что зависит от конкретного химического состава.
3. Титановые сплавы на основе химического соединения представляют жаропрочную структуру с низкой плотностью. За счет существенного снижения плотности вес также снижается, а жаропрочность позволяет использовать материал при изготовлении летательных аппаратов. Кроме этого с подобной маркой связывают также высокую пластичность.

Маркировка титановых сплавов проводится по определенным правилам, которые позволяют определить концентрацию всех элементов. Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных разновидностей титановых сплавов подробнее.

Сферы из титанового сплава

Рассматривая наиболее распространенные марки титановых сплавов, следует обратить внимание ВТ1-00 и ВТ1-0. Они относятся к классу технических титанов. В состав данного титанового сплава входит достаточно большое количество различных примесей, которые определяют снижение прочности. Однако за счет снижения прочности существенно повышается пластичность. Высокая технологическая пластичность определяет то, что технический титан можно получить даже при производстве фольги.

Очень часто рассматриваемый состав сплава подвергается нагартовке. За счет этого повышается прочность, но существенно снижается пластичность. Многие специалисты считают, что рассматриваемый метод обработки нельзя назвать лучшим, так как он не оказывает комплексного благоприятного воздействия на основные свойства материала.

Сплав ВТ5 довольно распространен, характеризуется применением в качестве легирующего элемента исключительно алюминия. Важно отметить, что именно алюминий считается самым распространенным легирующим элементом в титановых сплавах. Это связано с нижеприведенными моментами:

1. Применение алюминия позволяет существенно повысить модули упругости.
2. Алюминий также позволяет повысить значение жаропрочности.
3. Подобный металл один из самых распространенных в своем роде, за счет чего существенно снижается стоимость получаемого материала.
4. Снижается показатель водородной хрупкости.
5. Плотность алюминия ниже плотности титана, за счет чего введение рассматриваемого легирующего вещества позволяет существенно повысить удельную прочность.

В горячем состоянии ВТ5 хорошо куется, прокатывается и штампуется. Именно поэтому его довольно часто применяют для получения поковки, проката или штамповки. Подобная структура может выдержать воздействие не более 400 градусов Цельсия.

Титановый сплав ВТ22 может иметь самую различную структуру, что зависит от химического состава. К эксплуатационным особенностям материала можно отнести следующие моменты:

1. Высокая технологическая пластичность при обработке давлением в горячем состоянии.
2. Применяется для изготовления прутков, труб, плиты, штамповок, профиля.
3. Для сваривания могут использоваться все наиболее распространенные методы.
4. Важным моментом является то, что после завершения процесса сварки рекомендуется проводить отжиг, за счет чего существенно повышаются механические свойства получаемого шва.

Существенно повысить эксплуатационные качества титанового сплава ВТ22 можно путем применения сложной технологии отжига. Она предусматривает нагрев до высокой температуры и выдержки в течение нескольких часов, после чего проводится поэтапное охлаждение в печи также с выдержкой в течение длительного периода. После качественного проведения отжига сплав подойдет для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций, которые могут нагреваться до температуры более 350 градусов Цельсия. Примером можно назвать элементы фюзеляжа, крыла, детали системы управления или крепления.

Титановый сплав ВТ6 сегодня получил самое широкое распространение за рубежом. Назначение подобного титанового сплава заключается в изготовлении баллонов, которые могут работать под большим давлением. Кроме этого, согласно результатам проведенных исследований, в 50% случаев в авиакосмической промышленности применяется титановый сплав, который по своим эксплуатационным качествам и составу соответствует ВТ6. Стандарт ГОСТ сегодня практически не применяется за рубежом для обозначения титановых и многих других сплавов, что следует учитывать. Для обозначения применяется своя уникальная маркировка.

ВТ6 обладает исключительными эксплуатационными качествами по причине того, что в состав добавляется также ванадий. Этот легирующий элемент характеризуется тем, что повышает не только прочность, но и пластичность.

Данный сплав хорошо деформируется в горячем состоянии, что также можно назвать положительным качеством. При его применении получают трубы, различные профили, плиты, листы, штамповки и многие другие заготовки. Для сваривания можно применять все современные методы, что также существенно расширяет область применения рассматриваемого титанового сплава. Для повышения эксплуатационных качеств также проводится термическая обработка, к примеру, отжиг или закалка. На протяжении длительного времени отжиг проводился при температуре не выше 800 градусов Цельсия, однако результаты проведенных исследований указывают на то, что есть смысл в повышении показателя до 950 градусов Цельсия. Двойной отжиг зачастую проводится для повышения сопротивления коррозионному воздействию.

Внешний вид титановых сплавов

Также большое распространение получил сплав ВТ8. В сравнении с предыдущим он обладает более высокими прочностными и жаропрочными качествами. Достигнуть уникальных эксплуатационных качеств смогли за счет добавления в состав большого количества алюминия и кремния. Стоит учитывать, что максимальная температура, при которой может эксплуатироваться данный титановый сплав около 480 градусов Цельсия. Разновидностью этого состава можно назвать ВТ8-1. Его основными эксплуатационными качествами назовем нижеприведенные моменты:

1. Высокая термическая стабильность.
2. Низкая вероятность образования трещин в структуре за счет обеспечения прочных связей.
3. Технологичность при проведении различных процедур обработки, к примеру, холодной штамповки.
4. Высокая пластичность вместе с повышенной прочностью.

Для существенно повышения эксплуатационных качеств довольно часто проводится двойной изотермический отжиг. В большинстве случаев данный титановый сплав применяется при производстве поковок, прудков, различных плит, штамповок и других заготовок. Однако стоит учитывать, что особенности состава не позволяют проводить сварочные работы.

Применение титановых сплавов

Рассматривая области применения титановых сплавов отметим, что большая часть разновидностей применяется в авиационной и ракетостроительной сферах, а также в сфере изготовления морских судов. Для изготовления деталей авиадвигателей другие металлы не подходят по причине того, что при нагреве до относительно невысоких температур начинают плавиться, за счет чего происходит деформация конструкции. Также увеличения веса элементов становится причиной потери КПД.

Нож из титанового сплава

Применение титановых сплавов в медицине

Применим материал при производстве:

1. Трубопроводов, используемых для подачи различных веществ.
2. Запорной арматуры.
3. Клапанов и других подобных изделий, которые применяются в агрессивных химических средах.
4. В авиастроении сплав применяется для получения обшивки, различных креплений, деталей шасси, силовых наборов и других агрегатов. Как показывают результаты проводимых исследований, внедрение подобного материала снижает вес примерно на 10-25%.
5. Еще одной сферой применения является ракетостроение. Кратковременная работа двигателя, движение на большой скорости и вхождение в плотные слои становится причиной, по которой конструкция переживает серьезные нагрузки, способные выдержать не все материалы.
6. В химической промышленности титановый сплав применяется по причине того, что он не реагирует на воздействие различных веществ.
7. В судостроении титан хорош тем, что не реагирует на воздействие соленой воды.

В целом можно сказать, что область применения титановых сплавов весьма обширна. При этом проводится легирование, за счет чего существенно повышаются основные эксплуатационные качества материала.

Трубы из титановых сплавов

Термообработка титановых сплавов

Для повышения эксплуатационных качеств проводится термическая термообработка титановых сплавов. Данный процесс существенно усложняется по причине того, что перестроение кристаллической решетки поверхностного слоя проходит при температуре выше 500 градусов Цельсия. Для плавов марки ВТ5 и ВТ6-С довольно часто проводят отжиг. Время выдержки может существенно отличаться, что зависит от толщины заготовки и других линейных размеров.

Детали, изготавливаемые из ВТ14, на момент применения должны выдерживать температуру до 400 градусов Цельсия. Именно поэтому термическая обработка предусматривает закалку с последующим старением. При этом закалка требует нагрева среды до температуры около 900 градусов Цельсия, в то время как старение предусматривает воздействие среды с температурой 500 градусов Цельсия на протяжении более 12-и часов.

Индукционные методы нагрева позволяют проводить самые различные процессы термической обработки. Примером можно назвать отжиг, старение, нормализацию и так далее. Конкретные режимы термической обработки выбираются в зависимости от того, какие нужно достигнуть эксплуатационные характеристики.

«Российские физики сделали титан неуязвимым для действия кислот» в блоге «Наука»

Ученые из Новосибирска разработали технологию, повышающую коррозийную стойкость титана на несколько порядков. Это позволит создать долговечные химические реакторы, сообщают исследователи в статье для Applied Surface Science.

Титан применяется в аэрокосмической отрасли и медицине благодаря его прочности, легкости, стойкости к коррозии. Кроме того, он почти не вызывает раздражения при имплантации в организм.

Ученые, как отмечает Самойленко, давно мечтают создать дешевые сплавы титана с танталом, ниобием и другими тугоплавкими металлами, которые обладают сверхвысокой износостойкостью, инертностью и другими полезными свойствами. Подобные материалы на базе других металлов, в том числе железа, активно используются в химической промышленности.

Их разработка, передает пресс-служба Института ядерной физики СО РАН, осложнена тем, что титан плавится при относительно низких температурах — около 1600 градусов Цельсия. Для сравнения: температура плавления тантала — около трех тысяч, а ниобия — 2400 градусов Цельсия. Это не позволяет равномерно «перемешать» оба металла, так как тугоплавкий материал будет тонуть, а не растворяться в титане.

Российские физики решили эту проблему при помощи технологий порошковой металлургии, известной еще со времен Древнего Египта, и современного ускорителя частиц, пучок частиц которого может плавить и мелкие частицы из титана, и аналогичные фрагменты из тугоплавких материалов.

По своей сути методика достаточно проста: ученые покрывают пластину из титана тонким слоем порошка, состоящего из микроскопических частиц титана и тантала, а также других тугоплавких металлов. После этого по ней проходит электронный луч, вырабатываемый ускорителем частиц ЭЛВ-6, созданным для этих целей в ИЯФ СО РАН.

«Электронный пучок проникает сквозь порошок и плавит частицы титана и поверхность титановой пластины. Частицы тантала смачиваются титаном и растворяются в нем, как сахар в воде. Так мы получаем наплавленный слой, который увеличивает коррозионную стойкость исходного металла до ста раз», — добавляет Михаил Голковский, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН.

«Слоеные» пластины, отмечает ученый, можно обрабатывать и использовать в металлургической промышленности как обычный титан или другие металлы: защитный слой трескается и повреждается только в самых экстремальных ситуациях.

Затем листы из этого материала можно прокатывать, деформировать иными путями и получать из них конструкции любой формы, толщины и размеров.

С помощью этой технологии российские физики разработали несколько сплавов титана и тугоплавких металлов, обладающих рекордной стойкостью к действию соляной, серной и азотных кислот и при этом отличающихся относительно низкой стоимостью.

По словам ученых, конструкции из таких материалов будут легче, чем аналогичные сосуды из кислотостойкой нержавеющей стали. Это поможет им быстро проникнуть на промышленные предприятия и в лаборатории химиков.

Самые прочные металлы|Стальной прокат в Одинцово – Стальной прокат в Одинцово

Самым прочным металлом, встречающимся в природе, является вольфрам (порядка 489 кг/кв.мм по методу Бринелля). Вещество отличается большой тугоплавкостью и значительной массой. Вольфрам имеет сероватый оттенок и температуру плавления 3423 градусов Цельсия. При нагреве до 1600 °C вольфрам хорошо поддаётся ковке. Плотность металла составляет 19,2 г/куб. см.

Из вольфрама изготавливают сварочные электроды и нити накаливания для лампочек. Соединения вольфрама используются при производстве медицинских приборов, сердечников для снарядов и роторов гироскопов, применяемых для управления траекторией ракет. Элемент встречается в почве в виде химических соединений, которые состоят из железа и марганца.

О титане 

Данный химический элемент считается одним из самых прочных металлов. Он отличается лёгкостью, пластичностью и коррозионной устойчивостью. Температура плавления титана составляет 1668 градусов Цельсия. Металл имеет значительную коррозионную устойчивость. Твёрдость технического титана по методу Виккерса составляет 800 МПа. При механической обработке металл может налипать на режущий инструмент. Для предотвращения этого явления используются специальные смазки и химические составы.

Титан — это универсальный конструкционный материал, который широко применяется в ракетостроении, а также химической, авиационной и металлургической промышленности. Из титана изготавливают зубные протезы, пластины для бронежилетов, корпуса подводных лодок и комплектующие для высоковакуумных насосов.

О Иридии 

Твёрдый, плотный и тугоплавкий металл, имеющий серебристый оттенок. Обладает повышенной коррозионной устойчивостью и плохо поддаётся механической обработке. Температура плавления иридия равна 2466 °C. Показатель модуля нормальной упругости равен 538 ГПа. Редкоземельный элемент является составной частью метеоритов, которые падают на поверхность Земли. Элемент, являющийся одним из самых прочных металлов, используется для изготовления перьев для ручек, электродов, свечей зажигания и монет.

 

Гидрид титана: свойства и применение

Современная химическая промышленность производит большое количество веществ, применяющихся в различных сферах. Благодаря своей универсальности они становятся незаменимыми, в частности, в такой отрасли, как металлургия. Их использование позволяет добиться улучшения характеристик изделий при условии унижения стоимости. Одним из таких веществ является гидрид титана.

Свойства вещества

Оно представляет собой порошок серо-черного цвета, состоящий из кубических и тетрагональных кристаллов, который принимает участие в реакциях алкилирования, карбоксилирования, ацилирования. Также веществом, с которым он вступает во взаимодействие, является вода. Результатом такой реакции становится получение гидроксида натрия или едкого натра. Что касается гидрата титана, то для него не характерна гигроскопичность, что делает невозможным взаимодействие с водой или разбавленными кислотами.

Если говорить о разложении вещества, то экспериментальным путем удалось добиться только частичного разложения при температуре 300 градусов по Цельсию. Повышение данного показателя не позволяет достичь полного разложения. Более того, оно приводит как к ускорению, так и к резкому замедлению процесса. Способствует разложению вещества вакуумирование, при котором оно более активно теряет водород.

Необходимо обратить внимание на тот факт, что по отношению к металлам рассматриваемый порошок является нейтральным. Это дает возможность обеспечить защиту таких изделий от коррозионных процессов. С данной целью используются комбинации неорганического вещества и минерального масла, суспензий. Однако стоит помнить, что их получение сопровождается определенными трудностями: плавление гидрида титана осуществляется при температуре 800 градусов по Цельсию и под давлением. Примечательно, что указанное вещество обладает магнитными свойствами.

Сферы применения

На сегодняшний день представленное вещество активно применяется в различных отраслях. К ним следует отнести:

• использование гидрида титана в качестве основного источника водорода в лабораторных условиях;
• применение в процессах разработки двигателей внутреннего сгорания;
• необходимость присутствия вещества для образования белого свечения пиротехниками.

Однако наиболее высоко востребованным он считается в металлургической промышленности и автомобилестроении. Использование гидрида титана требуется для:

• восстановления титана в промышленных объемах;
• выделения редких групп металлов;
• получения пенометалла;
• осуществления спайки металлов и керамики;
• использования в виде добавки к воспламеняющимся составам.

Помимо перечисленного хорошее взаимодействие с таким материалом, как каучук, делает порошок неотъемлемым элементов процесса вулканизации. Чтобы добиться желаемого результата, организовано его производство в виде таких веществ, как минеральное либо парафиновое масло, вазелин. Стоит отметить, что введение гидрида титана в материал должно непосредственно предшествовать вулканизации. Готовые смеси, включающие в свой состав указанное вещество, на данный момент не производятся.

При необходимости допускается замена гидрида титана таким соединением, как хлорид натрия. Их химические свойства во многом сходны. Последнему отдается предпочтение в тех ситуациях, когда бюджет предприятия ограничен, так как для него характерна более доступная стоимость. Но особый спектр действия гидрида титана и обязательное его участие в некоторых процессах не позволяет полностью заменить его дешевым аналогом. Прежде чем принимать решение об использовании менее дорогостоящего вещества, производителям рекомендуется обязательно проконсультироваться с квалифицированными специалистами. В противном случае они могут не добиться поставленных целей, что приведет к дополнительным затратам на повторное приобретение химических веществ.

металл: описание, свойства, характеристики, применение цена вес спрос

Физические характеристики и цвет

Напоминаем, что титан весьма легкий и прочный материал. Имеет серебристый цвет беловатого оттенка. Имеется 2 возможных формата существования – при низкой температуре и при высокой. Все это имеет место быть при нормальном атмосферном давлении.

Как и любое другое вещество, титан имеет свою границу плавления, и она равна 1670 градусам по Цельсию. Процесс кипения имеет место быть при температуре 3287 ^оС. Такая характеристика, как хрупкость приобретается титаном при достижении температуры в -80 ^оС. Удельная теплоемкость металла равна 0,523 кДж/кг·K. Стоит заметить, что еще одним преимуществом титана и его сплавов является независимость его прочности от температуры и прочих формах давления извне. Прочие характеристики титана:

• Теплопроводность – 21,9Вт/(м·К) при 20 C.
• Модуль твердости – 800МПа
• Модуль упругости – 103ГПа
• Модуль сдвига – 39,2ГПа
• Предел текучести – 160МПа
• Твердость – 716МПа

Нельзя забыть и прочих характеристиках титана. Как мы уже говорили ранее, при стандартной температуре окружающей среды, поверхность титана покрывается оксидной пленкой, которая придает металлу высокую стойкость в агрессивных кислотных средах. Но не от всякого воздействия может защитить эта пленка – она не имеет никакой силы в щелочных средах.

Помнить следует и о высокой вязкости металла. Этот параметр можно отнести скорее к минусам металла, т.к. при его обработке, при резании, например, титан буквально «облепляет» режущую часть фрезы. Поэтому при обработке титана не обойтись без специального покрытия резца различными защищающими жидкостями. Без них вы нес можете долгий период времени заниматься обработкой титана – так что не скупитесь на обработку.

Химические характеристики титана

Помимо оксидной пленки на поверхности, титан имеет и прочие интересные свойства, одно из которых – воспламеняемость. Как в этом случае титан находит такое обширное применение в различных областях промышленности? Ответ на самом деле очень прост – воспламеняем не сам титан – воспламеняется мелкозернистый порошок, полученный в результате после «помола» титана. Температура вспышки весьма высокая – более четырехсот градусов Цельсия. Так что при обработке металла и его сплавов всегда нужно быть начеку, помнить, что стружка титана и его порошок могут воспламениться при определенных условиях.

Многие металлы страдают неустойчивостью к хлору и производным из него растворам, но титан обладает этой уникальной характеристикой. Как неоднократно отмечалось ранее, большая часть кислот не способны повредить титан, это под силу лишь фтороводородной кислоте, может это сделать и серная концентрированная кислота.

Температура, при которой титан без измельчения может загореться – 1200 градусов Цельсия. Цвет огня – тускло белый.

В зависимости от температуры нагревания могут происходить различные химические реакции с окружающей средой. С хлором, от которого в обычных условиях титан полностью защищен, он может начать реагировать уже при температуре в 550 градусов, однако такой температуры очень трудно достигнуть в обычных условиях, поэтому титан остается настолько востребован

Металл может быть подвергнут изменениям и в органической среде. Связано это, по большей части, с той самой пленкой, о которой мы столько говорили ранее. Гидриды и оксиды, являющиеся составными частями этой самой оксидной пленки, при существенном повышении концентрации воды могут изменить параметры коррозийной устойчивости титана на более высокий уровень.

Сплавы титана ценятся весьма высоко на рынке. Связанно это, в первую очередь, весом самого титана и его прочностью, сравнимую с прочностью стали. Вес алюминия и твердость стали – то, за что титан по праву востребован в промышленности. Сплавы данного металла могут применяться для нужд нефтяной промышленности, реакторы для создания различных соединений химическим способом особенно остро нуждаются в увеличении темпов производства титана. Сплавы титана применяются так же и при создании насосных систем, в частности – самих насосом. Легкость и прочность – вот его явные преимущества перед конкурентными металлами из этой отрасли. Военные также не забывают про титан – они активно налаживают серийное производство тяжелого вооружения, требующего стандартных характеристик прочности, но при этом существенного меньшего веса, к примеру – броня военных поездов, самолетов, вертолетов, деталей для них. Нашел он применение и для нужд военно-морского флота, в частности – корпуса многих судов, а особенно подводных ложок изготавливаются из титана. И вовсе неожиданная, но тем не менее, крайне популярная среда применения титана – медицина. Легкость и прочность титана, а так же его инертность смогли сделать его неимоверно популярным и основным компонентом различных протезов, заменяющих ноги, руки и прочие части тела. Стоматологические протезы из титана также крайне популярны и востребованы на рынке.

История открытия титана

История открытия данного металла насчитывает несколько вех. Одной из первых таких историй считается факт обнаружения титана учеными Клапротом (Германия) и Грегором(Англия). Проводя спектр различных исследований, в частности земли с повышенным содержанием железа, английский ученый смог изучить оксид неизвестного доселе вещества. Приблизительно в это же время, ученый из Германии, исследуя обнаруженный им минерал рутил, так же столкнулся с полиморфной модификацией TiO2. Рутил представлял собой не привычный нам оксид титана серебристо-белого цвета, но золотисто-желтый минерал с несовершенной спайностью, чья кристаллическая структура представляет собой ленты TiO6, вытянутыми вдоль своей четверной оси восьмиугольниками. Считается, что чем светлее и белее рутил – тем меньше в нем примесей и большее содержание титана.

Вернемся к нашим ученым, вернее, к немцу Клапроту. В очередной раз он начал изучать вещество, найденное в рутиле, сравнил его с веществом, обнаруженным Грегором и пришел к выводу, что их блистательные умы обнаружили новый металл.

Говоря об этих выдающихся открывателях, нам нельзя забывать и о французах, чьи ученые нашли следы титана в минерале анатазе. Позже Воклен, знаменитый французский химик, доказал, что рутил и анатаз – это соединения титана.

Но как же извлекать титан в промышленных масштабах? Решение этого вопроса длилось около 100 лет. Одним из решений на этом временном отрезке попробовали предложить голландские ученые, выделившие титан методом температурного расщепления из его иодида. Однако такой способ было тяжело реализовать в промышленных масштабах, ведь до начала 50-х годов 20-го века у человечества не возникало острой потребности в активном применении данного металла. Но патент на магнийтермический метод восстановления титана из соединения данного метала. Это соединение носит название тетрахлорид. И пусть минуло 70 лет с момента изобретения данного метода – он до сих пор используется как самый надежный, наименее затратный и наиболее удобный способ для добычи титана в промышленных объемах.

Соединения, содержащие титан.

Титан встречается в природе весьма часто. Процент содержания данного металла в недрах земли – 0,57, что является 10-м результатом среди прочих. При этом, всего лишь несколько горных пород могут похвастаться содержанием этого ценного металла в них. Обычно, титан можно найти в глине или же в сланцах, но там среднее содержание в них составляет примерно четыре с половиной килограмма на тонну породы.

К сожалению, все поиски титана в чистом виде в природе оказались безрезультатными – найти его можно по принципу оксида алюминия – он концентрируется в различных осадочных горных породах.

Стоит так же отметить, что в природе существуют и такие глины, в которых можно найти практически 27-30 процентов титана. Это обуславливается выветриванием горных пород, к которому титан проявляет значительную стойкость.

Где найти титановые руды?

Основные запасы находятся на территориях Южной Африки, Азии а так же на материке Австралия. Присутствует титан и на территории РФ.

Запасы руды.

Резервные фонды диоксида титана (TiO2) составляют около 800 млн тонн по данным на 2002 год. Эти данные составлены без учета запаса титана, находящегося на территории России. Наша страна занимает второе место по миру по залежам руд, пригодных для получения титана. Самое большое месторождение руды располагается неподалеку от города Ухта и их суммарный вес составляет примерно 2.000.000.000 тонн. Ученые из Соединенных Штатов Америки подсчитали, что всех месторождений титана, известных на данный момент времени хватит на 150 лет при условии сохранения темпов работ по изготовлению титана.

Пригодность руды и получение металла

Начнем этот пункт с информации о возможных рудах, пригодных для получения металла:

• Титановая руда
• Рутиловая руда
• Ильменитовая руда

Данные руды являются основным источником самого важного – сырья для получения самого титана, и это сырье – диоксид титана. Самым большим преимуществом диоксида является относительная чистота его химического состава. Иначе говоря – он содержит минимальное количество различных сторонних добавок. Но тут же вскрывается и его проблема – природные запасы диоксида сильно ограничены, в этой связи, для изготовления рутилового концентрата применяются шлаки либо искусственные аналоги диоксида.

Одним из видов получения порошка диоксида титана является восстановительная обработка посредством печи ильменита. При этом железо изменяет свои свойства, переходя в чугун. Шлак же подвергается сернокислотной обработке (Возможен и пирометаллургический вариант обработки).

При пирометаллургической обработке мы получаем пары тетрахлорида титана. После этого данное вещество подвергается процессу восстановления при помощи магния.

Метод FFC Cambridge

Нельзя не вспомнить и о методе FFC Cambridge. Метод стал весьма популярным, во многом благодаря тому, что с его помощью можно обеспечить непрерывное создание нужного нам металла непосредственно из его окисла. Метод весьма интересен – ванна наполняется электролитом, составляющими частями которого являются известь(негашёная) и CaCl2. Непосредственно в ванной устанавливаются электроды, основой которых является графит. Начинается подача тока, которая повышает температуру в ванной до тысячи градусов по Цельсию. В этот момент начинает происходить химическая реакция: кальций и кислород разделяются, происходит процесс окисления анода, затем катод, со временем, начинает превращаться в губку, состоящую полностью из желанного титана. Полученное сырье отправляется в лабораторию, где ему предстоит пройти процесс очищения, а также переплавка. В этом и состоит процесс преобразования хлорида титана в чистый металл по методу FFC Cambridge.

Промышленность и титан – области применения

Как уже было отмечено ранее, титан очень активно применяется в различных областях промышленности. Титановые сплавы не менее востребованы, чем металл в чистом виде. Изготовление титановых элементов – задание весьма непростое, но люди уже научились делать это с заметной легкостью. В этом нам помогают графитные формы, в которые непосредственно будет залит расплавленный титан и вакуумные печи. Единственным минусом этого метода является сложность изготовления форм из графита. По этой причине, применения титана в различных произведениях искусства крайне мало. Одно из значимых произведений – статуя памяти Юрию Гагарину и его подвигу. Примечательно, что титан до сих пор активно применяется при строительстве ракет, космических станций и прочих элементов. Заказ правительства СССР на этот памятник был реализован к началу Олимпийских Игр 1980 года в Москве. На его изготовление ушло 12 тонн титанового сплава ВТ5Л. Всего год потребовался светлейшим советским умам, трудившимся на литейно-механическом заводе в Балашихе, чтобы создать это величайшее сооружение. Как и отмечалось ранее – очень трудно изготавливать графические формы, поэтому самым трудоемким был процесс выливания трехсоткилограммового лица Юрия Алексеевича. Этот памятник стал первым в мире, выполненным из титана. Сейчас скульптура Гагарина на Ленинском проспекте – объект культурного наследия страны.

Примечателен и один из специальных сплавов титана – нитинол. Люди из систем здравоохранения по всему миру активно пользуются данным сплавом, ведь он обладает прекрасной физической памятью.

Сплавы титана и алюминия могут встречаться в различных процентных концентрациях. Их преимущества в работе с окружающей средой, ведь благодаря добавлению алюминия, этот сплав стойко переносит температурное воздействие из агрессивных сред, в том числе, повышается и стойкость к окислению. Эти сплавы хорошо подходят в автомобилестроении и авиационной промышленности – многие детали в автомобилях, по большей части в его ходовой части, сделаны из этого сплава. Узлы соединения, детали двигателей и прочие запчасти для самолетов и вертолетов так же исполнены и сплава титана и алюминия.

Не осталась в стороне и нефтедобывающая промышленность. Как и отмечалось в начале описания, невозможно представить себе насосное оборудование без титана. При изготовлении высоковакуумных насосов было бы преступлением обойтись без применения сплавов титана.

Легирование титана

Давайте плотнее разберемся с легирующими добавками в титан, ведь все 3 группы оказывают различные влияния на прочностные характеристики титана. Начнем с таких компонентов, как нейтральные упрочнители – они не оказывают никакого влияние на состояние расплава, в отличие от стабилизаторов групп альфа и бета, но существенно упрочняют итоговый продукт. Альфа стабилизаторы применяют для снижения температуры преобразования, бета же наоборот – к повышению.

Альфа стабилизаторы

1. Al- алюминий
2. O2- кислород
3. N – азот

Бета стабилизатор

1. Ce – церий
2. Fe – железо

Нейтральные упрочнители

1. Zr –цирконий
2. Si – кремний

Два самых популярных сплава – сплавы BT6 и Ti-6Al-4V. Последний нашел наиболее активное применение в зарубежных странах. В его состав входят алюминий и ванадий. Для изготовления этих сплавов во всем мире расходуется около 50% всего добываемого титана.

Применяется титан и в случаях, когда необходимо раскислять сталь, удаляя из нее различные добавки – азотные, серные и прочее. Полученный сплав называют ферротитан, и он имеет в своем составе 75% железа и 25% титана.

Обратимся к истории. В 1980-х годах большая часть (65%) всего получаемого в мире титана расходовалась в ракетной и авиационной промышленности. Доля применения в химической промышленности составляла около 15 процентов. В судостроении было задействовано лишь 8% титана, а 10 процентов были необходимы энергетической отрасли. На данный момент картина существенно не изменилась, лишь увеличилась доля химической промышленности. Связано это в первую очередь с началом активного применения диоксидов титана при изготовлении красок и бумаги. Даже пищевая промышленность не обошлась без задействования титана титана – он входит в пищевую добавку Е171. Дидрид титана нашел себе применение в изготовлении высокопрочных режущих инструментов. Покрытие из дидрида титана по физическим свойствам напоминает золото, но при этом значительно его дешевле, и именно поэтому он так же нашел себе применение в строительстве различных религиозных сооружений – православных церквей и мусульманских мечетей.

Автомобильные титановые диски получили широкое распространение среди стритрейсеров и профессиональных гонщиков, ведь они существенно облегчают вес автомобиля, при этом давая существенную прочность. При изготовлении данных дисков, автопромышленники применяют ту же технологию, что и авиаинженеры при изготовлении шасси самолетов – технологию горячей штамповки

Виды изготавливаемой продукции из титана.

Как неоднократно отмечалось раннее – титан несет в себе уникальные свойства, полностью компенсирующие значительную стоимость изделий.

Наша компания занимает лидирующие позиции на рынке продажи титановых изделий и на сегодняшний день мы готовы предложить вам высококачественный товар, прошедший все проверки, полностью сертифицирован и готовый к продаже.

1. Проволока из титана
2. Прутки из титана
3. Титановый лист
4. Ленты из титана
5. Трубы из титана

Каждый из представленных выше элементов несет в себе огромный потенциал к применению в вашей компании. В любой момент времени вы сможете проконсультироваться с менеджером нашей компании, подобрать нужный вам продукт, и оформить заказ на поставку материала.

Спрос

К 2006 году потребление титана в мире примерно составляло следующую картинку:

• 60 % — лако-красочные материалы;
• 20 % — пластик и полимеры;
• 13 % — целлюлозно-бумажная промышленность;
• 7 % — машиностроение.

Цена

Цена на титан составляет в среднем от 6 до 7 USD за килограмм, в зависимости от чистоты сплава.

Чистота и марка чернового титана регламентирована ГОСТом по его твёрдости, которая зависит от примесей, содержащихся в сплаве.

Ферротитан

Ферротитан, как группа ферросплав содержит в себе от 30 до 60% Ti, до 7% Al, 1-4,5 % Si, 3% Cu. Получают ферротитан путем алюминотермии, т.е. термический способ получения металлов восстановлением их оксидов металлическим алюминием, из ильменита-титанового железняка, редкого минерала, сложного оксида, очень ценная руда для титана; диоксид титана содержит более 58%.Также материал получают путем сплавления в электрической печи титановые отходы с ломом стали. Куски ферротитана должны быть достаточно чистыми-не содержать шлаков, загрязнений песком и другим инородным  материалом, не на поверхности, ни в изломе. Температура плавления ферротитана 1320-1500 градусов Цельсия.

Ферротитан применение

Ферротитан применение нашел для легирования стали или ее раскисления. Технология часто применяется при изготовлении ответственных деталей и узлов. Ферротитан применение которого распространено в производстве сварочных электродов. Кроме этого сплав (в небольшом количестве) служит промежуточным составом в изготовлении нержавеющей стали, так как внедрение ферротитана придает стали великолепную устойчивость к коррозии.

В производстве жароупорной стали ферротитан тоже активно используется. Когда ферротитан применение находит в производственном процессе, улучшается свариваемость стали, увеличивается прочность сварных швов, появляется сопротивляемость возникновению усталостных трещин при сварке.

Ферротитан ГОСТ, производимый по установленным технологическим нормам, находит применение для изготовления штамповых, быстрорежущих инструментальных сталей. Применение ферротитана имеет огромное преимущество:

• относительно низкая себестоимость;
• снижается температура плавления;
• облегчается усвоение титана;
• улучшение механических свойств сплава;
• свариваемость значительно улучшается;
• повышаются антикоррозийные свойства.

Марки, ферротитан ГОСТ

Марки ферротитана по ГОСТ, имеют следующее обозначение: ФТи70С05 означает, что в нем содержится 68-75% титана, 0,5% кремния, этот сплав содержит большое количество титана. Марка ФТи35С7 содержит 28-40% титана, кремния 7%, марка ФТи25 уже значительно меньше содержит титан – 20 – 30%,содержание углерода в таких марках 0,2 — 0,4%.

Марки ферротитана: FeT30A110, FeT30A16, FeT40A10, FeT40A16, FeN40A18, FeT70 и др. применяют в сталеплавильной и литейной промышленности для раскисления и легирования сталей и сплавов. Марка ФТи70С08 по требованиям потребителя, включает в себя массовую долю циркония до 1,0% и молибдена не более 1,5%. ФТи35С8 — массовая доля титана не более 40%, алюминия до 10%, меди 1,5%, кремния не более 6,0%, фосфора до 0,06%, олова не более 0,04%, углерода 0,1%. Также особенностью этой марки является отбор высококачественного сырья, который дает возможность кремнию удерживать свой процентный уровень, а также алюминию (в согласии с ГОСТ4761-91). Марки Тн1, согласно ГОСТ 4761-54,применяются для электродных покрытий, он содержит 18,0% титана, 0,2% углерода, 3,5% кремния, 5,0% алюминия, 3,0% меди. Поставляются сплавы ферротитана любой марки не более 15 кг. в виде частиц 3-200 мм. Практически все марки ферротитана выполняют функцию раскисления и легирования сталей.

Карбид титана: свойства и применение

Титан – это высокопрочный материал. По физико-химическим свойствам его можно сравнить даже с вольфрамом. Однако производство такого материала будет значительно дешевле. Титан славится своими характеристиками. Он отлично противостоит любым процессам коррозии, является легким и прочным. Чаще всего его используют в областях промышленности и производства, в которых важны не только механические качества, но и небольшая масса.

Карбид титана является разновидностью этого материала. Его используют во время производства режущих инструментов с твердосплавными качествами. Также продукция применяется в машиностроении, производстве ракет и авиационных элементов, на нефтяном производстве.

История

Производство карбида титана дало возможность предприятиям затрачивать меньше денег на изготовление разной продукции. Впервые такой материал начали применять в 20-х годах прошлого столетия. Сначала он использовался для производства нитей, применяемых в лампах накаливания. Изделия из вольфрама считались слишком дорогостоящими. Тогда химики разработали для них более дешевый аналог. Вещество создали из двуокиси титана.

С тех пор производство материала только улучшалось. В него начали добавлять никель и хром. Эти вещества повлияли на стойкость продукции к коррозийным процессам. Также ученые открыли, что если во время нагревания подвергнуть материал еще и равномерному прессованию, то его прочностные характеристики значительно улучшатся.

Свойства

Химическая формула карбида титана – TiC. Этот материал может похвастаться высокой жаропрочностью и твердостью, устойчивостью к внешним воздействиям. Его часто используют в качестве основного материала во время производства сплавов, в которых отсутствуют вольфрамные соединения. Добавлять вещество в сплав легко, ведь оно представлено в виде порошка. Обычно он имеет светлый или темный серый цвет.

Характеристики карбида титана позволяют использовать его при производстве изделий, которые постоянно подвергаются повышенному износу, окислению или нагреву. Материал может противостоять воздействию щелочей и агрессивных кислот. Он не вступает во взаимодействие с расплавами цинка или разнообразными металлургическими шлаками.

Чтобы расплавить карбид титана, необходимо достигнуть температуры в 3260 градусов по Цельсию. Кипения вещество достигнет при температуре в 4300 градусов. Материал обладает отличной теплопроводностью, высокими прочностными характеристиками и свойствами вязкости.

Применение

Карбид титана используется во многих отраслях производства. Его применяют для создания высокопрочных и жаростойких сплавов, абразивных материалов, износостойких покрытий. Материал может быть обработан разными способами – от спекания и горячего прессования до шликерного литья. Из подобных веществ изготавливают следующую продукцию:

• элементы для реактивных двигателей;
• пасты с абразивными включениями, предназначенные для полировки и доводки;
• детали устройств, которые необходимы для хранения или перекачки жидкостей и веществ с агрессивными характеристиками;
• электроды для сварки, у которых отсутствует параметр плавления;
• тигли для плавления других металлов;
• облицовку и футеровку для печей;
• элементы, предназначенные для прокатных станков;
• режущие инструменты, создаваемые для производственных целей.

Из карбида титана не только изготавливают разнообразные изделия. Вещество применяют и для нанесения покрытия на другие материалы. Оно позволяет значительно повысить физико-химические свойства продукции, увеличить ее твердость и стабильность, уменьшить коэффициент трения. Кроме того, к полученным качествам материала после покрытия карбидом титана можно отнести и окалиностойкость и уменьшенную склонность к холодной сварке.

Нанести слой карбида титана на любую поверхность можно сразу несколькими способами. Конкретный метод выбирают с учетом основного используемого материала, особенностей производства и его стоимости.

Титан – точка плавления – точка кипения

Титан – точка плавления и точка кипения

Точка плавления титана 1668 ° C .

Температура кипения титана 3287 ° C .

Обратите внимание, что эти точки связаны со стандартным атмосферным давлением.

Точка кипения – насыщение

В термодинамике термин насыщение определяет состояние, при котором смесь пара и жидкости может существовать вместе при заданной температуре и давлении.Температура, при которой начинается испарение (кипение) для данного давления, называется температурой насыщения или точкой кипения . Давление, при котором начинается испарение (кипение) для данной температуры, называется давлением насыщения. Если рассматривать температуру обратного перехода от пара к жидкости, ее называют точкой конденсации.

Точка плавления – насыщение

В термодинамике точка плавления определяет состояние, при котором твердое вещество и жидкость могут находиться в равновесии.Добавление тепла превратит твердое вещество в жидкость без изменения температуры. Температура плавления вещества зависит от давления и обычно указывается при стандартном давлении. Когда рассматривается как температура обратного перехода от жидкости к твердому телу, она упоминается как точка замерзания или точка кристаллизации.

Титан – Свойства

Элемент	Титан
Атомный номер	22
Символ	Ti
Категория элемента	Переходный металл
Фаза в STP	Твердое тело
Атомная масса [а.е.м.]	47.867
Плотность при STP [г / см3]	4,507
Электронная конфигурация	[Ar] 3d2 4s2
Возможные состояния окисления	+2,3,4
Сродство к электрону [кДж / моль]	7,6
Электроотрицательность [шкала Полинга]	1,54
Энергия первой ионизации [эВ]	6,8282
Год открытия	1791
Discoverer	Грегор, Уильям
Тепловые свойства
Точка плавления [шкала Цельсия]	1668
Точка кипения [шкала Цельсия]	3287
Теплопроводность [Вт / м · К]	21.9
Удельная теплоемкость [Дж / г К]	0,52
Теплота плавления [кДж / моль]	15,45
Теплота испарения [кДж / моль]	421

–
–
–

Факты о титане | Живая наука

Есть ли какой-нибудь элемент, напоминающий о силе, как титан? Названный в честь титанов, греческих богов мифов, 22-й элемент периодической таблицы появляется в авиалайнерах и палках для лакросса, пирсинге, медицинском оборудовании и даже солнцезащитном креме.

Титан устойчив к коррозии, отличается особой прочностью и легкостью. По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, он прочен, как сталь, но его вес составляет всего 45 процентов. И он вдвое прочнее алюминия, но только на 60 процентов тяжелее.

Только факты

• Атомный номер (количество протонов в ядре): 22
• Атомный символ (в Периодической таблице элементов): Ti
• Атомный вес (средняя масса атома): 47,867
• Плотность : 4.5 граммов на кубический сантиметр
• Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
• Точка плавления: 3 034,4 градуса по Фаренгейту (1668 градусов Цельсия)
• Точка кипения: 5 948,6 F (3287 C)
• Количество изотопов: 18; пять изотопов стабильны
• Наиболее распространенные изотопы: Титан-46, Титан-47, Титан-48, Титан-49 и Титан-50

(Изображение предоставлено Грегом Робсоном / Creative Commons, Андрей Маринкас Shutterstock)

Элемент супергероя

Для элемента, обладающего сверхспособностями, титан имеет подходящую историю происхождения: он выкован в недрах сверхновых звезд или коллапсирующих звезд.Исследование определенной умирающей звезды, Supernova 1987A, в 2012 году показало, что одна сверхновая может создать по массе радиоактивный изотоп титана-44, равный 100 земным шарам.

Титан является девятым по распространенности металлом в земной коре, согласно Chemicool, но он не был открыт до 1791 года. Английский геолог-любитель преподобный Уильям Грегор обнаружил черный металлический песок в русле ручья, проанализировал его и обнаружил быть смесью магнетита, обычной формы оксида железа и нового металла.Грегор назвал его манакканитом в честь прихода, в котором он обнаружил песок.

Четыре года спустя немецкий ученый по имени Мартин Генрих Клапрот изучал руду из Венгрии, когда обнаружил, что она содержит никогда ранее не описанный химический элемент. Он назвал его титаном, а позже подтвердил, что манакканит Грегора тоже содержал титан.

Первым, кто перегонял титан в чистую форму, был М.А. Хантер, сотрудник General Electric, по данным Королевского химического общества (RSC).Однако только в 1930-х годах Уильям Дж. Кролл изобрел процесс, который сделал возможным извлечение титана в промышленных масштабах. Так называемый процесс Кролла сначала обрабатывает руду из оксида титана хлором с образованием хлорида титана. Затем магний или натрий смешиваются с хлоридом титана в газообразном аргоне (пропуск кислорода в процесс действительно был бы довольно взрывоопасным, учитывая, что титан очень реактивен по отношению к кислороду, согласно RSC). При температуре 2192 F (1200 C) магний или натрий восстанавливают хлорид титана до чистого титана.По данным RSC, этот процесс примерно в 10 000 раз менее эффективен, чем процесс, используемый для производства железа, что помогает объяснить, почему титан является более дорогим металлом.

Титан – переходный металл, что означает, что он может образовывать связи, используя электроны более чем с одной из своих оболочек или уровней энергии. Он разделяет эту особенность с другими переходными металлами, включая золото, медь и ртуть.

Кто знал?

• По данным RSC, почти каждая магматическая порода – горная порода, образовавшаяся в результате затвердевания расплавленной породы – содержит титан.
• По данным компании, Boeing 737 Dreamliner на 15 процентов состоит из титана.
• Титан сейчас вращается вокруг планеты: по данным НАСА, у Международной космической станции (МКС) есть ряд титановых деталей, включая трубы. Rosetta Project, исследовательское и архивное предприятие, целью которого является сохранение человеческих языков и мышления, также вывезло кусок чистого титана за пределы МКС, чтобы увидеть, как он противостоит радиации и суровым условиям космоса.
• Земля – ​​не единственное место, где можно найти титан. В 2011 году на спутниковой карте поверхности Луны были обнаружены скопления богатых титаном горных пород. Эти породы часто содержат до 10 процентов титана по сравнению с 1 процентом или около того, которые обычно наблюдаются в земных породах.
• Титан можно использовать в качестве сырья для 3D-печати. В 2013 году исследователи из Австралийской организации научных и промышленных исследований Содружества Наций напечатали на 3D-принтере пару легких титановых подков для скаковых лошадей. Туфли были стильного ярко-розового цвета.

Диоксид титана

Диоксид титана (TiO ₂ ), также называемый оксидом титана (IV) или диоксидом титана, представляет собой встречающийся в природе оксид титана. Белый пигмент, диоксид титана, используется в красках (как титановый белила или пигментный белый 6) и в солнцезащитных кремах из-за его способности преломлять свет и поглощать ультрафиолетовые лучи. По данным Геологической службы США, 95 процентов добываемого титана превращается в пигменты из диоксида титана, а оставшиеся 5 процентов идут на производство химикатов, металлов, карбидов и покрытий.

Диоксид титана также широко используется в медицине, косметике и зубной пасте и все чаще используется в качестве пищевой добавки (как E171) для отбеливания продуктов или придания им более непрозрачного вида. Некоторые из наиболее распространенных пищевых продуктов с добавлением E171 включают глазурь, жевательную резинку, зефир и добавки.

Нет ограничений на использование диоксида титана в пищевых продуктах. Однако новое исследование на мышах, опубликованное в журнале Gut, показывает, что частицы диоксида титана могут сильно повредить кишечник людей с определенными воспалительными заболеваниями кишечника.

Исследователи из Цюрихского университета в Швейцарии обнаружили, что, когда клетки кишечника поглощают частицы диоксида титана, слизистая оболочка кишечника мышей, страдающих колитом, воспаляется и повреждается, говорится в пресс-релизе исследования.

Воспалительные заболевания кишечника, такие как болезнь Крона и язвенный колит, в течение многих лет увеличивались в западных странах. Эти состояния характеризуются крайней аутоиммунной реакцией на кишечную флору. Несколько факторов играют роль в развитии болезни, включая генетические факторы и факторы окружающей среды, такие как образ жизни и питание.Швейцарские исследователи обнаружили, что наночастицы диоксида титана, обычно содержащиеся в зубной пасте и многих пищевых продуктах, могут еще больше усугубить эту воспалительную реакцию.

Кроме того, более высокие концентрации частиц диоксида титана могут быть обнаружены в крови пациентов с язвенным колитом. Это означает, что эти частицы могут абсорбироваться из пищи при определенных заболеваниях, объясняют исследователи в пресс-релизе.

Хотя результаты еще не были подтверждены на людях, исследователи предполагают, что пациентам с колитом следует избегать приема внутрь частиц диоксида титана.

Титан – легкий и прочный металл, часто используемый в машинах, инструментах, спортивном снаряжении и ювелирных изделиях. (Изображение предоставлено Кристианом Лагереком Shutterstock)

Текущее исследование

Диоксид титана имел головокружительный набор функций в мире технологий, от приложений солнечных батарей до биосовместимых датчиков, сказал Джей Нараян, ученый-материаловед из Университета Северной Каролины.

В 2012 году Нараян и его коллеги сообщили о способе «настройки» диоксида титана, адаптируя его к конкретным приложениям.Этот материал имеет две кристаллические структуры, называемые «рутил» и «анатаз», каждая из которых имеет свои свойства и функции. Обычно диоксид титана любит находиться в фазе анатаза при температуре ниже 932 F (500 C) и превращается в фазу рутила при более высоких температурах.

Выращивая кристалл за кристаллом диоксида титана и выстраивая их на шаблоне из триоксида титана, Нараян и его коллеги смогли установить фазу материала как рутил или анатаз при комнатной температуре, как они сообщили в июне 2012 года в журнал Applied Physics Letters.Сделав еще больший скачок, исследователи смогли интегрировать этот диоксид титана в компьютерные чипы.

«Оксид титана также является очень хорошим сенсорным материалом, поэтому, если он интегрирован с компьютерным чипом, он действует как интеллектуальный датчик», – сказал Нараян Live Science. Поскольку датчик является частью микросхемы, устройство может реагировать быстрее и эффективнее, чем если бы датчик был отдельным и должен был быть жестко подключен к вычислительной части устройства.

Вывод продукта на рынок потребует снижения производственных затрат, сказал Нараян, но у «настраиваемого» диоксида титана есть и другие перспективы.Обрабатывая материал мощными лазерными импульсами, исследователи могут создавать небольшие дефекты, называемые кислородными вакансиями, где в материале отсутствуют молекулы кислорода. Затем этот материал можно использовать для расщепления воды (h3O) путем похищения кислорода и оставления водорода, который затем можно использовать для производства водородного топлива.

«Это дешевый и чистый источник энергии», – сказал Нараян. Новые производственные и инженерные методы расширяют область применения титана. Управление военно-морских исследований объявило в 2012 году, что новый метод сварки титана будет использован для производства полноразмерного корпуса корабля; По мнению ВМФ, эта конструкция является прорывом, поскольку титан, как правило, слишком дорог и сложен в производстве для судостроения.Новый метод, называемый сваркой трением с перемешиванием, использует вращающийся металлический штифт для частичного плавления краев двух кусков титана вместе.

В медицине титановые имплантаты используются для замены или стабилизации сломанной кости. Крошечные титановые имплантаты используются даже для улучшения слуха у людей с некоторыми типами глухоты. Титановый стержень в форме винта просверливается в черепе за ухом и прикрепляется к внешнему блоку обработки звука. Внешний блок улавливает звуки и передает вибрацию через титановый имплант во внутреннее ухо, обходя любые проблемы в среднем ухе.

В 2010 году исследователи объявили о разработке «Tifoam» – пенополиуретана, пропитанного порошком титана. Согласно исследованию 2013 года, опубликованному в журнале Acta Biomaterialia, пористая структура имитирует человеческую кость и позволяет клеткам человеческой кости проникать и сливаться с имплантатом по мере заживления человека.

Дополнительный отчет от Трейси Педерсен, сотрудника Live Science.

Следуйте за Стефани Паппас в Twitter Google+ .Следуйте за нами @livescience , Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

Вопрос: Насколько горячим он должен быть для плавления титана

Титан / точка плавления

Можно ли плавить титан в домашних условиях?

Можно ли плавить титан? На что указывает его отрицательный окислительно-восстановительный потенциал, титан термодинамически является очень химически активным металлом, который горит в нормальной атмосфере при более низких температурах, чем точка плавления.Плавление возможно только в инертной атмосфере или в вакууме. При 550 ° C (1022 ° F) он соединяется с хлором.

Как плавить титан?

Титан для серьезных применений обычно плавится в индукционной печи с инертным газом или в вакууме, чтобы предотвратить загрязнение воздуха и фактическое возгорание. Для критических компонентов весь процесс плавления и литья выполняется в вакууме или в среде инертного газа и с контролируемой температурой во всех точках.

Какой металл самый прочный на земле?

С точки зрения прочности на разрыв вольфрам – самый прочный из всех природных металлов (142 000 фунтов на квадратный дюйм).

Может ли горелка плавить титан?

Да, титан можно легко и эффективно резать газокислородной горелкой. Однако есть ряд вещей, о которых вам следует знать в первую очередь: при резке титана скорость резания будет на 30-50% выше, чем при резке стали.

Может ли титан плавиться в лаве?

Металлический титан сегодня не плавился бы ни в одной природной лаве. Титан плавится при температуре 1660 ° C, а температура большинства природных базальтовых лав составляет около 1100–1200 ° C. Таким образом, кусок титана, обтекаемый потоком лавы, просто сидел бы там, вероятно, был похоронен, но не растаял.

Титан прочнее стали?

Титан высоко ценится в металлургической промышленности за его высокую прочность на растяжение, а также за его легкий вес, коррозионную стойкость и способность выдерживать экстремальные температуры. Он прочнее стали, но на 45% легче, в два раза прочнее алюминия, но только на 60% тяжелее.

Может ли лава плавить алмазы?

Температура плавления алмаза при давлении около 100 000 атм составляет 4200 К, что намного выше температуры лавы.Итак, лава не может расплавить алмаз. Итак, если температура лавы выше этой, алмаз будет гореть (а не плавиться).

Сколько нужно расплавить титан?

Температура плавления титана составляет от 1600 до 1700 градусов Цельсия.

Титан – редкость?

Являясь девятым по содержанию элементом земной коры, титан встречается относительно редко. Исследования показывают, что прочный и легкий металл составляет всего 0,63% земной коры.При таком небольшом количестве доступного титана его сбор и производство обходятся дороже, чем другие металлы.

Титан кованый или литой?

Титановое литье – титановый сплав класса 5 Его можно подвергать термообработке для улучшения механических свойств. Его можно использовать в сварных производствах при рабочих температурах до 315 ° C. Этот сплав обеспечивает высокую прочность при небольшом весе, полезную формуемость и высокую коррозионную стойкость.

Титан сильнее лавы?

Лава – Титан побеждает! Насколько горячая лава? Лава очень горячая.Лава может достигать температуры около 1250 ° по Цельсию.

Какая сейчас цена на титан?

Цена на титан

Год	Цена	Изменение
2018	$ 4800.00	14%
2017	$ 4,150.00	1%
2016 57		-27%
2015	$ 5 200,00	-17%

Можно ли расплавить титановое кольцо?

Размер титановых колец нельзя изменить Миф об изменении размеров титановых колец верен лишь отчасти.Большинству людей необходимо увеличить размер кольца, и это проблема титановых колец. Причина этого в том, что эти кольца сделаны из цельного куска титана, который нельзя расплавить, как металл.

Можно ли сплавить титан и сталь вместе?

В сталеплавильном производстве добавка титана дает металл с более мелкозернистой структурой. Ферротитан может быть произведен путем смешивания титановой губки и лома с железом и их плавления в индукционной печи.

Могут ли факелы взорваться?

Могут ли пропановые горелки взорваться? Емкости с пропаном не взрываются.Они не взрываются, не разрываются и не распадаются сами по себе. Фактически, доведение баллона с пропаном до точки «взрыва» – чрезвычайно сложная и трудоемкая задача, которая не так проста, как думает большинство людей.

Можно ли лить титан?

Литье титана – непростая задача, если учесть тысячи существующих литейных производств, производящих литые детали из других металлов. В настоящее время плавка расходуемых материалов в вакууме является единственным подходящим коммерческим методом производства титановых отливок.

Есть металл, который не плавится?

Какой металл нельзя плавить? Вольфрам (Wolfram) – отличный пример, поскольку он имеет температуру плавления выше 3000 ° C, хром, ниобий, молибден, рений, титан и тантал – все это хорошие примеры, которые не плавятся ниже минимальной температуры титана 1668 ° C…

Прочный ли титан?

Вкратце. Производство литых титановых компонентов очень сложно из-за его чрезвычайно нестабильной природы в элементарной форме.В присутствии кислорода элементарный титан самопроизвольно реагирует с образованием более стабильных соединений оксида титана. Эта реакция становится особенно бурной при повышенных температурах.

Токсичен ли титан для человека?

Влияние титана на здоровье Это не ядовитый металл, и человеческий организм может переносить титан в больших дозах. Элементарный титан и диоксид титана обладают низкой токсичностью. Последствия чрезмерного воздействия титанового порошка: Вдыхание пыли может вызвать чувство стеснения и боли в груди, кашель и затрудненное дыхание.

Можно ли курить титан?

Удивительно, но они кажутся практически единственной компанией, производящей титановые курительные изделия помимо гвоздей, которые используются для курения мазка. И, конечно же, есть НАСА, они используют титан для полета в космос. Подумайте об этом: нет металла, который лучше справляется с нагревом, чем титан, поэтому сделать трубы из него – не проблема.

Титан гнется или сломается?

Что может сломать титан? Металлический титан в холодном состоянии хрупок и легко разрушается при комнатной температуре.Наиболее распространенными минеральными источниками титана являются ильменит, рутил и титанит.

Титановые гвозди портятся?

Титановые гвозди должны служить неограниченно долго с периодической чисткой.

Насколько сложно плавить титан?

Насколько сложно плавить титан? Относительно высокая температура плавления (более 1650 ° C или 3000 ° F) делает его полезным в качестве тугоплавкого металла.

Могу ли я плавить титан?

Как видно из его отрицательного окислительно-восстановительного потенциала, титан термодинамически является очень реактивным металлом, который горит в нормальной атмосфере при более низких температурах, чем точка плавления.Плавление возможно только в инертной атмосфере или в вакууме. При 550 ° C (1022 ° F) он соединяется с хлором.

Быстрый ответ: как плавить титан

Титан для серьезных применений обычно плавится в индукционной печи с инертным газом или в вакууме, чтобы предотвратить загрязнение воздуха и фактическое возгорание. Для критических компонентов весь процесс плавления и литья выполняется в вакууме или в среде инертного газа и с контролируемой температурой во всех точках.

Трудно ли плавить титан?

Это прочный металл с низкой плотностью, довольно пластичный (особенно в бескислородной среде), блестящий и металлически-белый цвет.Относительно высокая температура плавления (более 1650 ° C или 3000 ° F) делает его полезным в качестве тугоплавкого металла. Однако титан теряет прочность при нагревании выше 430 ° C (806 ° F).

Можно ли расплавить титан горелкой?

Да, титан можно легко и эффективно резать газокислородной горелкой. Однако есть ряд вещей, о которых вам следует знать в первую очередь: при резке титана скорость резания будет на 30-50% выше, чем при резке стали.

Что такого особенного в титане?

Металлический титан – очень прочный металл для инженерных применений, потому что этот металл устойчив к коррозии, а также этот металл очень прочный и очень легкий.Он на 40% легче стали, но такой же прочный, как высокопрочная сталь. В наши дни титан используется в стоматологии во многих ортодонтических операциях.

Какой металл плавить легче всего?

Какой металл плавить легче всего? – Quora. Галлий – это металл, который плавится при взятии в руки и имеет температуру плавления около 29 градусов Цельсия.

Сколько нужно расплавить титан?

Температура плавления титана составляет от 1600 до 1700 градусов Цельсия.

Какой металл самый прочный на земле?

С точки зрения прочности на разрыв вольфрам – самый прочный из всех природных металлов (142 000 фунтов на квадратный дюйм).

Почему литье титана сложно?

К сожалению, титан по своей природе трудный для литья металл, в основном из-за его относительно высокой температуры плавления… 1,670 + 50 C †, а также его активного взаимодействия с различными газами и экстремальных реакций, которые происходят между титаном и паковочной массой [3 ].

Может ли титан плавиться в лаве?

Лава может достигать температуры около 1250 ° C. Титан имеет высокую температуру плавления – 3135 ° F (1725 ° C). Эта точка плавления примерно на 400 ° F (220 ° C) выше точки плавления стали и примерно на 2000 ° F (1100 ° C) выше, чем у алюминия.

Какая сейчас цена на титан?

Цена на титан

Год	Цена	Изменение
2018	$ 4800.00	14%
2017	$ 4,150.00	1%
2016 57			$ 4 -27%
2015	$ 5 200,00	-17%

Можно ли плавить титан в домашних условиях?

Можно ли плавить титан в домашних условиях? Титан для серьезных применений обычно плавится в индукционной печи с инертным газом или в вакууме, чтобы предотвратить загрязнение воздуха и фактическое возгорание.

Как долго прослужит титан?

Преимущества медицинского титана Титан невероятно прочен и долговечен. Когда титановые сепараторы, стержни, пластины и штифты вставляются в корпус, они могут прослужить более 20 лет. А стоматологический титан, такой как титановые штифты и имплантаты, может служить даже дольше.

Титан гнется или сломается?

Но то, что делает его сильным в этом отношении, делает его слабым для таких вещей, как пружины и мечи, потому что он не может гнуться, не сломавшись.Титан – прочный металл из-за наличия в нем кислорода и азота. Но металлический титан хрупок в холодном состоянии и может легко разрушиться при комнатной температуре.

Насколько прочно титановое кольцо?

Хотя титан менее плотен и, следовательно, легче других металлов, он прочен. Типа, действительно сильная. Прочность коммерческого титана оценивается по шкале от 1 до 4, где 4 – самая жесткая. Ювелиры рекомендуют для большинства мужских обручальных колец использовать 99% чистый титан с прочностью от 2 до 4.

Стоят ли титановые кольца чего-нибудь?

Титановое кольцо чего стоит? Титан чего-то стоит, просто недорого. Даже с замысловатыми деталями они все равно не захотят покупать кольцо. Они могут рассмотреть или даже купить кольцо в том случае, если у вас есть бриллианты или другие драгоценные камни.

Можно ли расплавить титановое кольцо?

Размер титановых колец нельзя изменить Миф об изменении размеров титановых колец верен лишь отчасти.Большинству людей необходимо увеличить размер кольца, и это проблема титановых колец. Причина этого в том, что эти кольца сделаны из цельного куска титана, который нельзя расплавить, как металл.

Что может сломать титан?

Металлический титан хрупкий в холодном состоянии и легко разрушается при комнатной температуре. Наиболее распространенными минеральными источниками титана являются ильменит, рутил и титанит. Титан также получают из железорудных шлаков. Шлак – это землистый материал, который всплывает вверх, когда железо удаляется из железной руды.

Можно ли принимать душ с титановым кольцом?

Когда вы носите свои украшения из титана, они со временем неизбежно поцарапаются. Если ваше титановое кольцо содержит другие металлы, такие как золото или платина, не носите его, когда находитесь в душе или в бассейне. Хлор, содержащийся в воде, может повредить другие металлы в ваших титановых украшениях.

Прочный ли титан?

Вкратце. Производство литых титановых компонентов очень сложно из-за его чрезвычайно нестабильной природы в элементарной форме.В присутствии кислорода элементарный титан самопроизвольно реагирует с образованием более стабильных соединений оксида титана. Эта реакция становится особенно бурной при повышенных температурах.

Титан встречается часто или редко?

Являясь девятым по содержанию элементом земной коры, титан встречается относительно редко. Исследования показывают, что прочный и легкий металл составляет всего 0,63% земной коры.

Можете ли вы ковать титан?

Титановые сплавы можно ковать с точностью до допусков.Горячая штамповка и обычная ковка сплава Ti-10V-2Fe-3Al, который имеет относительно низкую температуру ковки, оказались очень успешными с штампами, изготовленными из жаропрочных сплавов и подвергнутых термообработке до температуры более 650 ° C (1200 ° F). ).

При какой температуре плавится титан?

3,034 ° F (1668 ° C)

Что используется для плавления титана?

В настоящее время почти все титановые сплавы плавятся и разливаются с помощью вакуумно-дугового переплава (VAR) или индукционной плавки черепа с использованием утрамбованных графитовых форм для литья.Типичный пример этого – использование холодного тигля для плавления черепа [25].

Можно ли лить титан?

Литье титана – непростая задача, если учесть тысячи существующих литейных производств, производящих литые детали из других металлов. В настоящее время плавка расходуемых материалов в вакууме является единственным подходящим коммерческим методом производства титановых отливок.

Как плавить и формовать титан?

Титан для серьезных применений обычно плавится в индукционной печи с инертным газом или в вакууме, чтобы предотвратить загрязнение воздуха и фактическое возгорание.Для критических компонентов весь процесс плавления и литья выполняется в вакууме или в среде инертного газа и с контролируемой температурой во всех точках.

Металлургия титана и его сплавов

Металлургия титана и его сплавов

Х. К. Д. Х. Бхадешия

Чистый титан

Чистый титан плавится при 1670 ^o C и имеет плотность 4,51 г см ^-3 . Поэтому он должен быть идеальным для использования в компоненты, которые работают при повышенных температурах, особенно в больших требуется соотношение прочности к весу.Титан может загореться и нанести серьезный ущерб. обстоятельства, когда он трется о другие металлы при повышенных температурах. Это что ограничивает его применение в суровых условиях авиационных двигателей регионами, где температура не превышает 400 ^o С.

Последствия возгорания титана в авиационный двигатель. Лезвия из никелевого сплава сгорели. Фотография любезно предоставлена ​​доктором М. Хикс, Р.Р.

Мировое производство титана, тем не менее, очень невелико, сотни тысяч тонн, что для сравнения, скажем, со сталью на уровне 750 миллионов тонн в год.80% всего титана Продукция используется в авиакосмической промышленности. Пружины подвески автомобиля легко могли быть изготовлены из титан с большим уменьшением веса, но титан недоступен в больших количество, необходимое и, конечно, не по цене, требуемой для автомобиля Приложения. Целевую цену на титатний необходимо снизить примерно до 30% от его стоимости. актуальная ценность для серьезного применения в автомобилях массового потребления.

Чистый титан обладает отличной устойчивостью к коррозии и широко используется в химической промышленности.Пассивная оксидная пленка делает его особенно устойчив к коррозии в окислительных растворах. Коррозия сопротивление может быть дополнительно улучшено добавлением палладия (0,15 мас.%), который облегчает выделение водорода на катодных участках, так что анодные и баланс катодных реакций в пассивной области

Чистый титан обладает отличной устойчивостью к коррозии и широко используется в химической промышленности. Пассивная оксидная пленка делает его особенно устойчив к коррозии в окислительных растворах.Коррозия сопротивление может быть дополнительно улучшено добавлением палладия (0,15 мас.%), который облегчает выделение водорода на катодных участках, так что анодные и баланс катодных реакций в пассивной области. Диаграмма представляет собой график зависимости потенциала от плотности тока. Катодная реакция – это выделение водорода, представленное прямыми линиями (сплошная ≡Ti, пунктирная ≡Ti-Pd). Плотность тока коррозии определяется точкой пересечения анодной и катодной кривых.

На большинстве химических предприятий используются стальные емкости, плакированные титаном. В титан часто связывается взрывом. Титановые конденсаторные трубки используется на электростанции и в опреснительной установке.

Кристаллическая структура титана при температуре и давлении окружающей среды имеет вид плотноупакованный гексагональный (α) с отношением c / a , равным 1,587. Скольжение возможно по пирамидальной, призматической и базисной плоскостям в компактные направления. При температуре около 890 ^o ° C титан претерпевает аллотропное преобразование в объемноцентрированную кубику β фаза, которая остается стабильной до температуры плавления.

Кристаллическая структура α-титана.	Кристаллическая структура β-титана.	Плоскости скольжения в α-титан

Легирование титана

Все элементы, которые находятся в диапазоне 0,85–1,15 атомного радиуса титанового сплава замещения и имеют значительную растворимость в титан. Элементы с атомным радиусом меньше 0.59, что у Ти занимают интерстициальные сайты, а также обладают значительной растворимостью (, например, H, N, О, С). Легкость, с которой растворенные вещества растворяются в титане, затрудняет проектировать дисперсионно-упрочненные сплавы. Бор имеет аналогичный, но больший радиус чем C, O, N и H; поэтому возможно индуцировать борид титана осадки. Медные осадки также возможно в соответствующих сплавах.

График меры атомной радиус в зависимости от электроотрицательности Полинга для элементов.Обратите внимание, есть много элементы такого же размера, как у титана, и все B, H, N, O и C попадают в интерстициальный диапазон правил Юма-Розери.

Легирующие элементы можно разделить на категории в зависимости от их действия. на устойчивость α и β фазы. Таким образом, все Al, O, N и Ga являются α-стабилизаторы. Mo, V, W и Ta – все β-стабилизаторы.

Cu, Mn, Fe, Ni, Co и H также являются β-стабилизаторами, но образуют эвтектоид. Эвтектоидная реакция часто бывает вялой (так как замещающие атомы) и подавляется.

Фазовые диаграммы для титановых сплавов.

Наибольшее влияние на β-стабильность оказывают молибден и ванадий. и являются обычными легирующими элементами. Вольфрам добавляют редко из-за его высокая плотность. Cu образует TiCu ₂ , что делает сплавы старение и термообработка; такие сплавы используются как листовые материалы. Обычно его добавляют в концентрациях менее 2,5 мас.% в товарных сплавах.

Zr, Sn и Si – нейтральные элементы.

Межстраничные объявления

Они не подходят должным образом и вызывают изменения параметров решетки. Водород – самое важное промежуточное звено. Объемно-центрированный кубический Ti имеет три октаэдрических промежутка на атом, тогда как ц.п.в. Ti имеет по одному на атом. Последние поэтому больше, так что растворимость O, N, и C намного выше в α-фазе.

Титан способен поглощать до 60 ат.% Водорода, который также может быть удален отжиг в вакууме. Водород входит в тетраэдрические отверстия, размер которых больше в b.c.c. чем c.p.h. Таким образом, растворимость водорода больше в β. Энтальпия растворения водорода в Ti отрицательна (ΔH <0).

Как показано на графике справа, растворимость фактически уменьшается с температурой. Это контрастирует с железом, которое показывает противоположную тенденцию.

Из-за этой характеристики титан является кандидатным материалом для первая стенка термоядерных реакторов с магнитным ограничением. Водород на основе плазма не является вредной, поскольку при температуре 500, ^o ° C и давлении 1 Па, Ti не набирает достаточно водорода для охрупчивания.Вдобавок Особенностью является то, что Ti сопротивляется набуханию из-за нейтронного повреждения.

Достаточно большая концентрация водорода вызывает осаждение гидриды. TiH _1,5-2,0 имеет решетку Cubic-F и ее осадки вызывают охрупчивание из-за объемного расширения примерно 18%. На концах трещин есть области гидростатического растяжения, где формируется преимущественно, что приводит к значительному увеличению роста трещин частота, примерно в 50 раз при утомлении.

Реакция гидрида также может использоваться для обратимого накопления водорода:

Отношение энергии к весу для такого элемента составляет примерно десятую часть от бензин.

Одной из проблем этого метода хранения водорода является то, что образование гидрида сопровождается значительное объемное расширение, которое, в свою очередь, может привести к хрупкости сплава. Аморфные сплавы титан в этом отношении лучше, так как он действительно образует гидриды и все же обратимо приспособить большие количества водорода за счет расширения расстояние до ближайшего соседа. Титан и цирконий металлургически похожи. Последний также образует гидриды.

Zr-Ti фаза Лавеса Ti _0.24 Zr _0,76 (Ni _0,55 Mn _0,3 V _0,065 Fe _0,085 ) _2,1 найдено для обратимого размещения почти 1,5% водорода по весу, с номинальной мощностью батареи около 440 мАч г ^-1 .

Сплавы особые

α-сплавы

Сплавы

α легко свариваются и относительно прочны даже при криогенных температурах. Алюминий является основным легирующим элементом, помимо Zr и Sn. В комбинированный эффект выражается как:

Если это превышает примерно 9 мас.%, То могут быть вредные реакции осаждения (обычно Ti ₃ X, который имеет заказанный h.c.p. состав).

Наличие небольшого количества более пластичной β-фазы в сплавы, близкие к α, выгодны для термообработки и умение ковать. Следовательно, сплавы могут содержать около 1 мас.% Mo , например,

, где Zr и Sn образуют твердый укрепление раствора.

Ti-5Al-2.5Sn вес.% Представляет собой α-сплав, который коммерчески доступен во многих формах. Поскольку он стабилен в состоянии α, его нельзя упрочнить термической обработкой. Поэтому он не особенно прочен, но его легко сваривать.Прочность при криогенных температурах увеличивается, когда концентрации кислорода, углерода и азота уменьшаются, чтобы получить вариант, обозначенный ELI , что означает сверхнизких промежуточных вставок . Тот факт, что прочность увеличивается при низких температурах без какого-либо ухудшения ударной вязкости, делает сплав особенно подходящим для изготовления криогенных резервуаров для хранения, например, для содержания жидкого водорода.

Результаты, представленные выше, относятся к слитку Ti-5Al-2.5Sn ELI , который был откован при 1473 К (максимум), выдержан при 1073 К в течение 2 часов и затем охлажден на воздухе. Вариабельность данных прочности является отражением положения, из которого образец для испытаний был извлечен из кованой заготовки. Данные взяты из Национального института материаловедения, Япония.

Микроструктура сплава Ti-5Al-2.5Sn ELI в заготовке диаметром 160 мм (Национальный институт материаловедения, Япония).Он состоит в основном из α с небольшим количеством β.

Сплавы, близкие к α

Разработан сплав, близкий к α, с хорошими характеристиками при повышенных температурах. (Т <590 ^o ° C):

Ниобий добавлен для устойчивости к окислению, а углерод – для повышения температуры. диапазон, в котором сплав представляет собой смесь α + β, чтобы облегчить термомеханическая обработка. Именно этот сплав используется в производстве авиадвигателей. диски и заменил диски, сделанные из гораздо более тяжелых суперсплавов на никелевой основе.Финал микроструктура сплава состоит из равноосных первичных зерен α, видманштеттен α-пластинки, разделенные β-фазой.

Сплавы α + β

Большинство сплавов α + β обладают высокой прочностью и формуемостью, и содержат 4-6 мас.% β-стабилизаторов, что позволяет существенно количество β, которое должно остаться при гашении из β → α + β фазовые поля, например Ti-6Al-4V. Al снижает плотность, стабилизирует и укрепляет α, в то время как ванадий обеспечивает большее количество более пластичных β-фаза для горячей обработки.Этот сплав, на долю которого приходится около половины всех выпускаемый титан популярен благодаря своей прочности (1100 МПа), сопротивлению ползучести при 300 ^o C, усталостная прочность и литейные качества.

Типичная микроструктура сплава Ti-6V-4Al, мас.%, Охлажденного из области α-фазы для получения Widmanstätten β. Микрофотографии взяты из проекта DoITPoMS, любезно предоставленного Биллом Клайном.

Одна проблема с β-фазой, которая имеет объемно-центрированную кубическую кристаллическую структуру, заключается в что, как и ферритное железо, он имеет температуру перехода из пластичного в хрупкое состояние.Переход температура имеет тенденцию быть выше комнатной, с преобладанием трещин скола при температуре окружающей среды. температуры.

Был разработан вариант Ti-6Al-4V для порошковой металлургии, содержащий небольшие концентрации бора и углерода, с примерно на 25% более высокими прочностью и модулем упругости, но значительно более низкой пластичностью. Сплав содержит стабильные выделения TiB, которые предотвращают рост зерен во время операций горячей обработки (Adv. Mater. Proc., Oct 2005, стр.9).

Жаростойкие β-сплавы

Возгорание титана может иногда происходить в авиационных двигателях или в теплообменниках на основе титана. используется в химической промышленности.

Добавление хрома в концентрациях, превышающих 10 мас.%, Помогает улучшить Горючесть титановых сплавов. Сплав Ti-35V-15Cr мас.%, Имеет достаточно хрома. выдерживать горение в среде авиационного двигателя до температур примерно до 510 ^o ° C. В хром не является эффективным в бинарных сплавах Ti-Cr, где он не способствуют образованию сплошной пленки защитного оксида.

Закалка из β

Тушение β-фазы приводит к образованию h.c.p. α ‘ мартенсит. Это не особенно сложно, и их количество увеличивается. количества остаточного β-β в микроструктуре в качестве растворенного вещества концентрация увеличивается, а температура M _S понижается.

, а габитус мартенсита близок к {3 3 4} _β .

Мартенситный преобразование из β. Обратите внимание, что для всех составов трансформация подавляется ниже равновесной фазовой границы α + β / β. Это связано с неравновесной природой мартенсита.

Преобразование β → ω

ω – метастабильная фаза, которая образуется из β в сплавах на основе титана, цирконий и гафний. Это важно, потому что его образование обычно приводит к ухудшение механических свойств. В сплавах Ti-Nb его образование влияет на сверхпроводимость. Преобразование в ω бездиффузионное, происходит ниже Т ₀ температура и часто не может быть подавлена ​​даже закалкой при 11000 K с ^-1 . Его присутствие вызывает диффузные полосы на электронограммах β-фаза.Полосы становятся более интенсивными и изогнутыми по мере увеличения температуры или концентрация растворенного вещества увеличивается. Также увеличивается электрическое сопротивление, поскольку формы ω.

Преобразование β → ω обратимо и бездиффузионно, но не мартенситный в классическом смысле, поскольку не существует формы деформации инвариантной плоскости деформация. Однако это действительно связано с согласованным движением атомов.

Объемно-центрированную кубическую (ОЦК) кристаллическую структуру β можно представить как наложение {111} _β плоскости в …. ABCABC …. последовательность укладки. Обратите внимание, что эти самолеты не плотно упакованы в структуре ОЦК. Преобразование β → ω происходит при прохождении продольной волны смещения вдоль <111>, что вызывает B и самолеты C столкнуться друг с другом, не затронув самолеты A . Укладка Таким образом, последовательность меняется на … AB’AB’AB ‘…. , в котором плоскости B’ имеют удвоенную плотность атомов как плоскости A .Модель … AB’AB’AB ‘…. укладка соответствует ω гексагональной кристаллической структуре с c / a около 0,6. Атомы в плоскости B ‘ имеют тригональную координацию, аналогичную таковой в плоскости графит, и связь становится частично ковалентной. Это приводит к увеличению удельное электрическое сопротивление. Продольные волны смещения ответственны за полосы на электронограммах.

(а) Волна смещения, связанная с преобразование β в ω.Самолеты А не пострадали, так как они лежат на узлы. (б) Полосы на электронограмме при ω-преобразовании.

Алюминиды титана

Самый удачный из алюминидов имеет пластинчатую структуру, состоящую из чередующиеся слои гексагональной Ti ₃ Al α ₂ соединение и тетрагональный TiAl или γ.

Тетрагональный TiAl, γ. Кино.	Проекция кристаллической структуры по оси z . Шестиугольный Ti 3 Al α 2 . Цифры представляют собой дробные координаты по оси z .	Гексагональный Ti 3 Al α 2 . Фильм.

Пластичность при растяжении составляет около 4-6% при температуре окружающей среды. Γ-алюминид имеет тенденцию к более пластичный. Плотность составляет около 4,5 г / см ² , а алюминий делает алюминид более стойким к горению.Сплавы были тщательно изучены для аэрокосмических и автомобильных турбокомпрессоров, потому что их высокой прочности, низкой плотности и сопротивления ползучести. Γ-фаза формы с его наиболее плотно упакованной плоскостью, параллельной базисной плоскости α ₂ :

пластинчатый микроструктура является прямым следствием этой ориентационной взаимосвязи.

Ti-48Al ат.%: Пластинчатый микроструктура чередующихся слоев α 2 и γ (Kim and Maruyama, 2001)

Применения титана и его сплавов

Список литературы

• Повышенная емкость хранения водорода Аморфные сплавы TiZrNiCu, Материалы Транзакции JIM 42 (2001) 2133-2135, ИКС.Го, Л. Ма и А. Иноуэ.
• Водород в титане, Международный журнал водородной энергетики, 24 (1999) 565-576, О. Н. Сеньков, Ф. Х. Фроэс.
• Фазовые превращения в системе Ti-6Al-4V-H, Журнал металлов, 54 (2002) 68-71, Дж. И. Кази, Дж. Рахим, О. Н. Сенков и Ф. Х. Фроэс.
• Двойникование во время ползучести в TiAl, Acta Materialia, 49 (2001) 2635-2643, Х. Ю. Кима и К. Маруяма.

Титан vs.Алюминий | Центр обработки титана

Титан – прочный и легкий материал, который используется во многих областях. Однако из-за цены его по-прежнему часто сравнивают с алюминием, который также является очень прочным металлом, но предлагает более низкую цену. Однако существует множество факторов, которые могут повлиять на окончательный выбор приложения, и необходимо учитывать как стоимость, так и характеристики металла. Простое сравнение химических и механических свойств этих металлов покажет, чем они отличаются и что может быть лучше для данной задачи.

Титан

Титан – один из самых распространенных металлов, встречающихся в природе. Он легкий, прочный и устойчивый к коррозии, что делает его очень желанным материалом. К сожалению, его трудно извлекать и обрабатывать, что может сделать его более дорогим, чем другие металлы. Он обладает хорошей теплопроводностью, немагнитен и нетоксичен. Помимо этого, титан также имеет следующие характеристики:

• Прочность на растяжение – от 3000 до 200000 фунтов на квадратный дюйм, в зависимости от сплава
• Коэффициент линейного теплового расширения – 8.6 х 10-6 К-1 (это немного ниже стали, но вдвое меньше алюминия)
• Точка плавления – 1668 C (или 3135 F, что на 400 градусов выше стали и на 2000 градусов выше алюминия)
• Температура кипения – 3287 ° C
• Плотность – 4,506 г · см − 3 (около 60% плотности железа)
• Теплопроводность – 21,9 Вт м-1 K-1
• На 45% легче стали и на 60% тяжелее алюминия

Благодаря своей прочности и нетоксичности, титан часто используется в медицинском оборудовании, таком как заменители коленного сустава, кардиостимуляторы, черепные пластины и даже в качестве корневого устройства для дентальных имплантатов.С другой стороны, его способность противостоять коррозии делает его ценным материалом в химической и морской промышленности. Однако, поскольку это очень плохой проводник электричества, его использование в качестве проводника ограничено.

Хотя титан тяжелее алюминия, разница в прочности означает, что для выполнения этой работы потребуется гораздо меньше титана. Другими словами, можно использовать меньшее количество титана для получения тех же результатов на меньшем пространстве.

Алюминий

Алюминий – это экономичный вариант, который предлагает хорошее соотношение веса и прочности при сравнительно невысокой цене.Это надежный, прочный металл с хорошей коррозионной стойкостью и высокой вязкостью разрушения. Он имеет тускло-серебристый вид, что является результатом тонкого слоя оксида алюминия, который образуется почти сразу после контакта с воздухом. Его больше, чем титана, но что действительно снижает цену, так это простота изготовления.

• Прочность на растяжение – в чистом виде алюминий не обладает очень высокой прочностью на растяжение, поэтому обычно его легируют с другими металлами
• Коэффициент линейного теплового расширения – 23.1 х 10-6 К-1
• Температура плавления – 660,4 ° C
• Температура кипения – 2467 ° C
• Плотность – 2,7 г / см -3 (примерно 1/3 стали или меди, поэтому он сравнительно легкий)
• Теплопроводность – 235 Вт м-1 K-1

Алюминий обладает хорошей устойчивостью к большинству кислот, но менее устойчив к щелочам. У него действительно хорошая теплопроводность (в 3 раза лучше, чем у стали), поэтому его часто используют в кулинарии, а поскольку он нетоксичен, мы также используем его для изготовления посуды и других продуктов, которые мы используем для еды.Он также имеет хорошую электропроводность (примерно в 10 раз лучше, чем у титана), поэтому его регулярно используют в качестве проводника.

Плотность

, другие характеристики и использование

Титан, также сокращенно Ti, отличается низкой плотностью и высокой прочностью, а также имеет самое высокое отношение веса к прочности среди всех конструкционных металлов. В природе титан является обычным минералом, встречающимся практически во всех земных породах и водоемах. Его наиболее распространенное соединение, диоксид титана, используется в производстве белых пигментов, в то время как другие соединения могут использоваться в качестве химических катализаторов.

Для чего используется титан?

В промышленных целях титан часто легируют с другими металлами для улучшения его врожденных свойств, при этом такие металлы, как железо, алюминий и молибден, входят в состав обычных сплавов для аэрокосмической промышленности. В нелегированной форме титан обладает такой же прочностью, как и некоторые виды стали, но на 45 процентов легче. Титан также устойчив к коррозии, что делает его ключевым выбором для высокопроизводительных приложений – медицинские устройства, реактивные двигатели, военные приложения и электронные товары – это лишь некоторые из элементов, в которых свойства титана выгодны.

История титана

Титану дал свое название немецкий химик М. Клапрот после того, как он успешно отделил диоксид титана (TiO2) от рутила (минерала, обычно обнаруживаемого в вулканических и метаморфических породах) в конце 1700-х годов. В будущем произошло разделение, но чистый титан не был отделен до 1910 года американским химиком М.А. Хантером. Уроженец Люксембурга Уильям Кролл позже запатентовал процесс производства титана в 1938 году, и вскоре после этого последовало крупное производство титана, титановых сплавов и диоксида титана.

Диоксид титана является наиболее распространенной формой и до сих пор широко используется для пигментов и красок, ткани и тканей.

Чистый титан в основном используется в качестве сплава с другими металлами, так как он обеспечивает чрезвычайно высокую температуру плавления, очень легкий и устойчивый к коррозии. Такое использование делает его идеальным для аэрокосмической, морской и медицинской промышленности.

Физико-химические свойства титана

Физически титан отличается прочностью, низкой плотностью и пластичностью.Кроме того, он отличается низкой электрической и теплопроводностью. Насколько плотен титан? Плотность титана на 60 процентов больше, чем у алюминия, но он вдвое прочнее и способен сохранять прочность при высоких температурах из-за чрезвычайно высокой точки плавления: около 1650 градусов Цельсия (C). Хотя титан твердый, он не такой твердый, как некоторые марки стали, особенно подвергнутые термообработке.

С химической точки зрения наиболее заметной характеристикой титана является его коррозионная стойкость: титан может противостоять соляной кислоте, хлору и большинству органических кислот, но растворим при воздействии высококонцентрированных кислот.