Титановые сплавы назначение и классификация: Титан и его сплавы: свойства и сфера применения

alexxlab | 16.06.1975 | 0 | Разное

Содержание

Структура и классификация титановых сплавов

Базовые знания титана

Титан является важным конструкционным металлом, разработанным в 1950-х годах. Титановые сплавы широко используются в различных областях благодаря их высокой удельной прочности, хорошей коррозионной стойкости и высокой термостойкости. Многие страны мира признали важность материалов из титановых сплавов, успешно изучили и разработали их и получили практическое применение. Титан является четвертым элементом В в периодической таблице. Это похоже на сталь и имеет температуру плавления 1 672 C. Это тугоплавкий металл. Титан в изобилии присутствует в коре, намного выше, чем обычные металлы, такие как Cu, Zn, Sn и Pb. Титановых ресурсов в Китае чрезвычайно много. Только в сверхбольших ванадий-титановых магнетитах, обнаруженных в области Паньчжихуа, провинция Сычуань, соответствующие запасы титана составляют около 420 миллионов тонн, что близко к общим доказанным запасам титана за рубежом. Титановые сплавы можно разделить на жаропрочные сплавы, высокопрочные сплавы, коррозионно-стойкие сплавы (сплавы Ti-Mo, Ti-Pd и т. Д.), Низкотемпературные сплавы и специальные функциональные сплавы (материалы для хранения водорода Ti-Fe и память Ti-Ni сплавы).

Элементы из титанового сплава

Титановые сплавы - это сплавы на основе титана и дополненные другими элементами. Титан имеет два вида однородных гетерогенных кристаллов: альфа-титан с плотной гексагональной структурой ниже 882 ° С и бета-титан с объемно-центрированной кубической структурой выше 882 ° С. Легирующие элементы можно разделить на три категории в зависимости от их влияния на температуру фазового превращения: 1. Элементы, которые стабилизируют альфа-фазу и повышают температуру фазового превращения, являются альфа-стабильными элементами, включая алюминий, углерод, кислород и азот. Среди них алюминий является основным элементом сплава титанового сплава. Это оказывает очевидное влияние на повышение прочности при комнатной температуре и высокой температуре, снижение удельного веса и увеличение модуля упругости сплава. (2) Стабильная бета-фаза и понижающаяся температура фазового перехода являются бета-стабильными элементами, которые можно разделить на два типа: изоморфные и эвтектоидные. Первая включает молибден, ниобий и ванадий, а вторая - хром, марганец, медь, железо и кремний. (3) Нейтральные элементы, такие как цирконий и олово, мало влияют на температуру фазового перехода.

Кислород, азот, углерод и водород являются основными примесями в титановых сплавах. Кислород и азот имеют более высокую растворимость в альфа-фазе, что оказывает значительное укрепляющее воздействие на титановый сплав, но снижает его пластичность. Содержание кислорода и азота в титане обычно устанавливается ниже 0,15-0,2% и 0,04-0,05% соответственно. Растворимость водорода в альфа-фазе очень мала. Избыток водорода, растворенного в титановом сплаве, приведет к образованию гидрида, который делает сплав хрупким. Обычно содержание водорода в титановых сплавах контролируется ниже 0,015%. Растворение водорода в титане обратимо.

классификация

Титан является изомером с температурой плавления 1720 (?) C и плотной гексагональной решетчатой структурой при температуре ниже 882 (?), Которая называется альфа-титаном, и объемно-центрированной кубической решетчатой структурой при температуре выше 882 (?) C , который называется бета-титана. Титановые сплавы с различной микроструктурой могут быть получены путем добавления соответствующих легирующих элементов для постепенного изменения температуры фазового превращения и фазового состава. Титановые сплавы имеют три вида матричных структур при комнатной температуре. Титановые сплавы также можно разделить на три категории: альфа-сплавы, (альфа + бета) сплавы и бета-сплавы. Китай представлен TA, TC и TB соответственно.

Альфа титановый сплав

Это однофазный сплав, состоящий из альфа-фазы твердого раствора. Это альфа-фаза как при обычной температуре, так и при более высокой температуре практического применения. Он имеет стабильную структуру, более высокую износостойкость и стойкость к окислению, чем чистый титан. Его прочность и сопротивление ползучести поддерживаются при температурах от 500 до 600 С, но его нельзя усилить термической обработкой, а его прочность при комнатной температуре невелика.

Бета титановый сплав

Это однофазный сплав, состоящий из твердого раствора бета-фазы. Обладает высокой прочностью без термообработки. После закалки и старения сплав дополнительно упрочняется, и его прочность при комнатной температуре может достигать 1372-1666 МПа. Однако его термостабильность плохая, и он не подходит для использования при высокой температуре.

Альфа + бета титановый сплав

Это двухфазный сплав с хорошими комплексными свойствами, хорошей структурной стабильностью, хорошей вязкостью, пластичностью и деформацией при высоких температурах. Это может быть обработано под горячим давлением и усилено закалкой и старением. После термической обработки прочность увеличивается на 50%-100% по сравнению с состоянием отжига, и высокотемпературная прочность может работать в течение длительного времени при температуре 400 500, и ее термостойкость ниже, чем у альфа-титанового сплава.

Среди трех видов титановых сплавов наиболее часто используются альфа-титановый сплав и альфа + бета-титановый сплав; Альфа-титановый сплав имеет лучшую обрабатываемость, затем следуют альфа + бета-титановый сплав и бета-титановый сплав. Альфа-титановый сплав код TA, бета-титановый сплав код TB, альфа + бета-титановый сплав код TC.

Применение титанового сплава

Титановые сплавы можно разделить на жаропрочные сплавы, высокопрочные сплавы, коррозионно-стойкие сплавы (сплавы Ti-Mo, Ti-Pd и т. Д.), Низкотемпературные сплавы и специальные функциональные сплавы (материалы для хранения водорода Ti-Fe и память Ti-Ni сплавы). Состав и свойства типичных сплавов приведены в табл.

Различные фазовый состав и структура могут быть получены путем регулирования процесса термообработки. Обычно считается, что тонкая равноосная структура обладает лучшей пластичностью, термостойкостью и усталостной прочностью; игольчатая структура обладает более высокой прочностью на выносливость, пределом ползучести и вязкостью разрушения; равноосная и игольчатая смешанная структура обладает лучшими комплексными свойствами.

Титановые сплавы имеют высокую прочность, низкую плотность, хорошие механические свойства, хорошую вязкость и коррозионную стойкость. Кроме того, титановый сплав имеет плохие технологические показатели и сложность резки. При горячей обработке легко поглощать такие примеси, как водород, кислород, азот и углерод. Есть также плохая износостойкость и сложный производственный процесс. Промышленное производство титана началось в 1948 году. С развитием авиационной промышленности титановая промышленность растет в среднем со скоростью 8% в год. В настоящее время годовой объем производства материалов для обработки титановых сплавов в мире достиг более 40 000 тонн, и существует почти 30 видов марок титановых сплавов. Наиболее широко используемыми титановыми сплавами являются Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) и промышленный чистый титан (TA1, TA 2 и TA3).

Титановый сплав в основном используется для изготовления деталей компрессора авиационного двигателя, затем идут ракеты, ракеты и высокоскоростные самолеты. В середине 1960-х годов титан и его сплавы использовались в общей промышленности для изготовления электродов в электролизной промышленности, конденсаторов на электростанциях, нагревателей для очистки нефти и опреснения морской воды, а также в устройствах контроля загрязнения окружающей среды. Титан и его сплавы стали своего рода антикоррозийным конструкционным материалом. Кроме того, он также используется для производства материалов для хранения водорода и сплавов с памятью формы.

Титан и титановые сплавы были изучены в 1956 году в Китае, а промышленное производство титановых материалов и сплавов ТБ2 было разработано в середине 1960-х годов.

Титановый сплав - новый важный конструкционный материал, используемый в аэрокосмической промышленности. Его удельный вес, прочность и рабочая температура между алюминием и сталью, но он имеет высокую удельную прочность и отличную стойкость к коррозии морской воды и производительность при ультранизких температурах. В 1950 году США впервые использовали истребитель-бомбардировщик F-84 в качестве ненесущих компонентов, таких как теплоизоляционная пластина заднего фюзеляжа, капот воздуховодов и капот. С 1960-х годов использование титановых сплавов переместилось с задней части фюзеляжа на средний фюзеляж, частично заменив конструкционную сталь для производства важных несущих компонентов, таких как перегородки, балки, закрылки и направляющие. Количество титанового сплава, используемого в военных самолетах, быстро увеличивается, достигая 20%-25% веса конструкции самолета. Титановые сплавы широко используются в гражданской авиации с 1970-х годов. Например, количество титана, используемого в пассажирском самолете Boeing 747, составляет более 3640 кг. Титан для самолетов с числом Маха менее 2,5 в основном используется для замены стали с целью уменьшения веса конструкции. Например, высотный высокоскоростной разведывательный самолет США SR-71 (летающий номер Маха 3, высота полета 26 212 м), титан, составлял 93% конструктивного веса самолета, известного как «полностью титановый» самолет. Когда отношение тягового веса авиационного двигателя увеличивается с 4 до 6–8 до 10, а температура на выходе компрессора увеличивается с 200–300 градусов C до 500–600 градусов C, оригинальные диск компрессора низкого давления и лопасть изготовлены из алюминий должен быть заменен титановым сплавом или диск компрессора высокого давления и лопасть из титанового сплава вместо нержавеющей стали, чтобы уменьшить вес конструкции. В 1970-х годах количество титанового сплава, используемого в авиационных двигателях, обычно составляло 20%-30% от общего веса конструкции. В основном он использовался для изготовления компонентов компрессора, таких как кованые титановые вентиляторы, диски и лопасти компрессора, литой корпус из титанового компрессора, промежуточный корпус, корпус подшипника и т. Д. В космическом аппарате в основном используются высокая удельная прочность, коррозионная стойкость и низкотемпературное сопротивление титанового сплава. изготавливать различные сосуды под давлением, топливные баки, крепежи, приборные ремни, каркасы и снаряды ракет. Сварные пластины из титанового сплава также используются в искусственных спутниках Земли, лунном модуле, пилотируемых космических кораблях и космических челноках.

Титан и его применение в изготовлении крепежа

Титан

Титан (лат. Titanium; обозначается символом Ti) — один из элементов периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22. Простое вещество титан — лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета.

Титан является своеобразным мостиком, соединяющим в себе свойства стали и алюминия. Малый вес (почти в 2 раза легче стали), прочность (прочнее алюминия в 2 раза) и высокая стойкость к коррозии (почти, как у платины) - эти свойства заставили учёных обратить внимание на этот материал и найти ему промышленное применение. В начале 50-х годов ХХ столетия были разработаны титановые сплавы, которые, благодаря уникальному соотношению прочности и веса нашли широкое применение в аэрокосмической и оборонной промышленности.

Из-за высокой температуры плавления (1660±20 °C), а также высокой вязкости (титан имеет свойство налипать на режущий инструмент при механической обработке) изначально производство титана было достаточно сложным и очень дорогостоящим процессом, поэтому его применение было ограничено. Однако в последнее время, новые технологии сильно упростили этот процесс, а рост объемов производства позволил снизить стоимость титана, так что уникальное сочетание прочности, легкости и стойкости к коррозии этого материала стало доступно множеству других отраслей промышленности.

Интересный факт, в 1980 году в Москве на площади Гагарина на Ленинском проспекте был установлен памятник Юрию Гагарину. Памятник первому человеку в космосе общим весом 12 тонн и высотой 42,5 метра изготовлен из 238 деталей отлитых из "космического материала" - титана. Крупнейшая деталь титановой скульптуры - лицо Юрия Гагарина весит 300 кг. Памятник на площади Гагарина стал первым в мире крупногабаритным памятником, изготовленным из титана. 

Титановые сплавы

Титан без примесей, называется технически чистым титаном (Titan grade 1 - 4 по международной классификации). Чистый титан получил широкое применение благодаря своей высокой коррозийной стойкости. Невидимая невооружённым глазом тонкая (около 10 нм) плёнка оксида мгновенно покрывает материал при наличии кислорода или влаги, таким образом титан быстро восстанавливается в случае повреждения. Это свойство титана делает его устойчивым к коррозии, в том числе, в самых агрессивных средах.

Сплав Titan grade 5 - наиболее распространённый титановый сплав. Несмотря на то, что его коррозийные свойства слегка уступают технически чистому титану, этот сплав способен противостоять коррозии в морской воде, хлорных растворах, окисляющих кислотах и гипохлорите натрия. В состав сплава добавлены: Алюминий 6%, Ванадий 4%, Железо 0.25% (макс) и Кислород 0.2% (макс) - именно благодаря этим добавкам сплав становится еще более прочным, сохраняя при этом жесткость и термодинамические свойства чистого титана. Сплав Titan Grade 5 служит основой для 70% выплавляемых титановых сплавов.

крепежные изделия из титана

Существует более 40 титановых сплавов, каждый из которых создан для применения в особых условиях, но мы не будем останавливаться на них подробно. Нас интересуют сплавы Titan Grade 2 и Titan Grade 5, которые благодаря высокой прочности, малому весу и высокой коррозийной стойкости чаще других используются для производства крепежных изделий из титана.

Титан Grade 2 (CP GR.2) - отечественный аналог Титан ВТ 1-0.

Этот сплав, своего рода “рабочая лошадка” - технически чистый сплав без примесей с содержанием титана около 99%. Крепеж из такого сплава хорошо подойдёт для эксплуатации в условиях где требуется:

  • хорошая прочность (примерно, как у стали кл.пр. 8.8).
  • низкая плотность материала и, как следствие, малый вес (примерно, вдвое меньше стали).
  • отличная коррозийная стойкость в морской воде.
  • отличная коррозийная стойкость в водных растворах хлора (влажный хлор).
  • отличная коррозийная стойкость в растворах кислот с высокой окислительной способностью (хлорид железа и азотная кислота).
  • коррозийная стойкость в сильных кислотах (плавиковая кислота, серная кислота, ортофосфорная кислота).

Титан Grade 5 (Ti6Al4V GR.5) - отечественный аналог Титан ВТ 6.

Более прочный титановый сплав, который немного уступает чистому титану в устойчивости к коррозии. Крепежные изделия из этого сплава рекомендуется использовать в условиях, где требуется:

  • высокая прочность (сплав Титан Grade 5 почти в 2 раза прочнее сплава Титан Grade 2).
  • хорошая коррозийная стойкость.
  • низкая плотность материала и, как следствие, малый вес (примерно, вдвое меньше стали).
  • высокая жаропрочность.

Еще одно свойство, которое выделяет титановый крепеж среди метизов из других металлов - это высокое соотношение прочность/вес с плотностью 4.51 г/см3. Например, сплав Титан grade 5 в четыре раза прочнее нержавеющей стали A4 (AISI 316) при том, что весит он в два раза меньше. Поэтому крепеж из титана идеально подходит для ситуаций, где требуется высокая прочность при малом весе конструкции. Например, крепеж из титана используется в авиакосмической промышленности, нефтегазовой отрасли и в производстве спортивных товаров.

Кроме того, благодаря своей коррозийной стойкости к хлору и его соединениям, винты из титана являются настоящей находкой для химической промышленности. Титановый крепеж обладает абсолютной устойчивостью к хлоридам, гипохлоритам, хлоратам, перхлоратам и диоксиду хлора. Как следствие, титановый крепеж часто применяется в отраслях промышленности, применяющих хлор, например, при отбеливании, обработке древесины и изготовление бумаги.

Крепеж из титана превосходно справляется с коррозией в солёной морской воде. В таких условиях титан способен противостоять коррозии при температуре до 260 °C, сохраняя нормальное состояние на морском дне на глубине до 1,5 километра - по этой причине титановый крепеж используется в нефтедобывающей и судостроительной промышленности.

Поставки крепежа из титана

Компания АЙРИВЕТ поставляет крепеж из титана по европейским стандартам DIN EN ISO. Европейские стандарты гарантируют качество, точность и соответствие материала заявленным нормам. В ассортимент поставляемых нами крепёжных изделий из титана входят:

Ознакомиться с нашим ассортиментом крепежных изделий из титана, а также подобрать отечественные аналоги можно здесь.

Мы сотрудничаем только с проверенными европейскими производителями крепежных изделий из титана. Все производители внимательно следят за качеством выпускаемой продукции и сертифицированы не только в соответствии с общепринятым стандартом UNI EN ISO 9001:2000, но и в соответствии со стандартом UNI EN 9100:2009, выдвигающим строгие требования к предприятиям, выпускающим продукцию для аэрокосмической отрасли.

Если в нашем каталоге не нашлось нужных вам крепежных изделий из титана, вам требуется нестандартная деталь или особая марка титана, свяжитесь с нами и мы уточним возможность, сроки и стоимость поставки необходимых вам изделий.

Да, и самое главное! Для того, чтобы разместить заказ, не нужно астрономического объема! Мы поставим минимальное количество необходимых вам крепежных изделий из титана в самые короткие сроки!


Данный материал соответствует запросам: титан, титановый крепёж, крепёж из титана, болты из титана, титановый болт, гайки из титана, титановые гайки, винты из титана, титановые винты, шайбы из титана, титановые шайбы, кислотостойкий крепеж, коррозия, титановые шпильки, шпильки из титана.

ГОСТ 26492: Прутки катаные из титана и титановых сплавов

ГОСТ 26492 содержит основные требования к необточенным пруткам диаметром от 10 мм до 150 мм, изготовленным методом горячей прокатки. Материал изготовления — технический титан и сплавы. Стандарт относится к внутригосударственным и используется для проката, реализуемого на внутреннем рынке.

По ГОСТ 26492 изготавливают горячекатаные прутки круглого сечения без обточки из технического титана ВТ1-0 и ВТ1-00. А также из деформируемых сплавов на основе Ti:

  1. ОТ4-0 (рабочая долговременная t 300–350°C и кратковременная 500–600°C)
  2. ОТ4-1 (t 300–350 °С)
  3. ОТ4 (t 300–350 °С)
  4. ВТ5 (рабочая t от -253 °C до +400°C)
  5. ВТ5-1 (t до 450°C)
  6. ВТ6 (t +196–450 °С)
  7. ВТЗ-1 (рабочая t  400–450°C)
  8. ВТ9 (t до 500 °C)
  9. ВТ14 (t до 400°C)
  10. ВТ20 (рабочая t до 500°C)
  11. ВТ22 (t 350–400 °С)

 

Состав ГОСТ 26492

Стандарт включает 6 разделов.

  1. Классификация.

Согласно ей продукцию делят на прутки с маркировкой П — повышенного качества и обычные.

  1. Сортамент.

В разделе находится таблица диаметров прутков с допустимым отклонением в большую и меньшую стороны. Требования к длине прутка зависят от диаметра. Прокат выпускается в трёх видах длин: немерной, мерной и кратномерной с соблюдением припусков и прямолинейности.

Маркировка и качество изготовления

Без указания в производственной документации повышенного качества при выпуске изготавливается обычный пруток.

Маркировка стандартная:

  1. Технические требования

В разделе указан технический регламент, требования к химическому составу титана и металлического материала на его основе (ГОСТ 19807). В таблицах заданы параметры механических свойств для прутков разного качества.

В табл. 1 даны механические свойства прутков обычного качества.

Таблица 1

Марка сплаваСостояние образцов
Не менее
Диаметр, ммВременное сопротивление σВ, МПаОтносительное удлиннение δ, %Относительное сужение ψ, %Ударная вязкость KCU, Дж/см2
не менее
ВТ1-00Отжиг10-12
12,5-100
101-150
295
295
265
2050
50
40
100
60
ВТ1-0Отжиг10-12
12,5-100
101-150
3451540
40
36
70
50
ВТ1-2Отжиг65-150590-93081725
ОТ4-0Отжиг10-12
12,5-100
101-150
44015
15
13
35
35
30

50
40
ОТ4-1Отжиг10-12
12,5-100
101-150
54012
12
10
30
30
21

45
40
ОТ4Отжиг10-12
12,5-100
101-150
685
685
635
825
25
20

40
35
ВТ5Отжиг10-12
12,5-100
101-150
735
735
685
8
8
6
20
20
15

30
30
ВТ5-1Отжиг10-12
12,5-100
101-150
785
785
745
8
8
6
20
20
15

40
40
ВТ6Отжиг10-12
12,5-100
101-150
885
885
835
8
8
6
20
20
15

25
25
Закалка и старение10-12
12,5-100
1080412
20
ВТ6СОтжиг10-12
12,5-100
101-150
835
835
755
9
9
6
22
22
15

30
25
Закалка и старение10-12
12,5-100
1030414
25
ВТ3-1Отжиг10-12
12,5-100
101-150
9308
8
6
20
20
15

30
25
ВТ8Отжиг10-12
12,5-100
101-150
980
980
930
8
8
6
20
20
15

30
20
ВТ9Отжиг10-12
12,5-100
101-150
980
980
930
7
7
6
16
16
15

25
20
ВТ14Отжиг10-12
12,5-100
101-150
885
885
865
8
8
6
22
22
15

30
30
Закалка и старение10-12
12,5-100
108048
20
ВТ20Отжиг10-12
12,5-100
101-150
8858
7
8
20
30
25
ВТ22Отжиг10-12
12,5-100
101-150
10308
8
6
20
16
14

25
20
АТ3Отжиг25-60590153540

 

Остальные разделы определяют:

  1. Правила приёмки прутка по составу и комплектности партий, химическому составу, качеству поверхности и механическим свойствам.
  2. Методы испытаний включают химические анализы, определяющие основной состав и содержание примесей. А также контроль диаметра, длины, прямолинейности и дефектов поверхности. Оценка механических свойств идёт согласно таблице, а макроструктура определяется по шкале, данной в приложении к ГОСТ.
  3. Правила маркировки требуют наличия двух ярлычков на пучках прутков и окраски одной торцевой стороны соответствующим цветом для каждой марки материала (для продукции диаметром до 60 мм). Упаковка должна соответствовать условиям региона, куда отправляется продукция. Хранение и транспортировка выполняются согласно требованиям по весу, типу тары и склада и виду транспорта.

ГОСТ 26492 служит базовым при производстве прутка из титана. На его основе разработаны требования, которые учитывают как особенности изготовления продукции обычного качества, с отклонениями точности диаметра  от +0,4/-0,6 мм до +/- 3 мм для продукции разного сечения.

Так и требования контроля диаметров по высоким квалитетам от h9. А также с добавочной проверкой структуры и механических свойств по данным специализированных стандартов для особых условий.

Титановый сплав 3М: характеристики, применение | Справочник

 

Титановый деформируемый сплав 3М - легированный сплав титана. Производится в виде сортового проката, полуфабрикатов и деталей специальной техники.

Области применения изделий из титана:

  • судо-, ракетостроение и авиапромышленность;
  • химические и оборонные области промышленности;
  • автомобилестроение;
  • медицина и прочие отрасли.

Технические параметры, например, высокая удельная прочность титана в частности сплава 3М известна и нашла своё применение в авиации, ракетостроении и космической технике, за счёт антикоррозийности, надёжности и долговечности. Титановые сплавы широко используются также в химической промышленности, морском судостроении и вообще цветной металлургии, так-как при его применении значительно снижается металлоемкость в расчете на единицу оборудования. Сроки эксплуатации техники возрастают в 10-15 раз.

Характеристика материала 3М

Марка :
Классификация : Титановый деформируемый сплав
Применение: для производства сортового проката, изготовления слитков и полуфабрикатов и изготовления деталей специальной техники.
Зарубежные аналоги:   Нет данных

 

Химический состав в % материала 3М

ГОСТ   1-9207 - 91 

Fe C Si N Ti Al Zr O Примесей
до   0.25 до   0.1 до   0.12 до   0.04 93.89 - 96.2 3.5 - 5 до   0.3 до   0.15 прочих 0.3

Примечание: Ti - основа; процентное содержание Ti дано приблизительно

Официальный сайт УГАТУ

Ученые из УГАТУ усовершенствовали титановый сплав для отечественной авиационной промышленности

 

Учёные Института физики перспективных материалов (ИФПМ) Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) разработали научно-технические подходы и способ повышения прочности титанового сплава ВТ8М-1.

 

Усовершенствованный сплав отличается ультрамелкозернистой структурой и повышенной прочностью. Повышенные прочностные свойства являются критически важными параметрами для авиационных двигателей последнего поколения. Предполагается, что такой сплав может быть применен, в том числе, при производстве нового отечественного авиационного двигателя ПД-14.

 

«В случае с ультрамелкозернистым сплавом ВТ8М-1 можно говорить о том, что это новое поколение материалов. Предложенный способ высокопроизводительный, хорошо подходит для массового серийного производства и закрывает потребности таких гигантов, как УМПО. К тому же его использование позволяет модернизировать технологию производства заготовок лопаток компрессора. Этой тематике был посвящен наш недавний крупный научный проект, в котором УМПО был нашим индустриальным партнёром.

 

Совместно с инженерами и технологами УМПО мы получили опытную партию штампованных заготовок и аттестовали их прочностные свойства. Опытные штамповки имитировали лопатки компрессора авиационного двигателя в натуральную величину. Патент на изобретение принадлежит УМПО и УГАТУ [Патент RU2707006]. Способ уже осваивается на заводе», – рассказал старший научный сотрудник ИФПМ УГАТУ Григорий Дьяконов.

 

Повышенная прочность сплава ВТ8М-1 достигается за счёт создания ультрамелкозернистой структуры и применения специальной технологии изготовления изделия. По своим габаритам и геометрии, созданные опытные заготовки в виде лопаток полностью соответствуют серийным изделиям нынешнего поколения, но по прочностным характеристикам они превосходят их более чем на 20%. 

 

К примеру, ряд титановых сплавов, которые используются в компрессорах двигателей зарубежных авиационных корпораций, имеют более низкие прочностные характеристики. Например, временное сопротивление разрушению титановых сплавов серии IMI 829 [Ильин, А. А., Колачев, Б. А., Полькин, И. С. М.: ВИЛС-МАТИ (2009). Титановые сплавы. 520 с], которые используются в двигателях некоторых «Боингов» [Ильенко В.М., Шалин Р.Е. Титановые сплавы для авиационных газотурбинных двигателей // Титан (ВИЛС). 1995. No 1–2. с. 24-29], составляет 960-1030 мегапаскалей. У ультрамелкозернистого сплава ВТ8М-1 этот показатель на 20% выше.

 

Разработчики отмечают, что применение ВТ8М-1 повысит ресурс и надежность авиационных двигателей, сократит количество ремонтных работ. Со временем технология может распространиться и на другие сферы. Так, изобретением уже заинтересовались производители вертолётов.

 

 

Госты круга, листа, проволоки 5В от поставщика Ауремо / Auremo

Характеристика сплава марки 5В

ОписаниеОбозначение
Марка сплава титана:
Классификация :Титановый деформируемый сплав
Промышленное применение :производство слитков, полуфабрикатов, титановой проволоки, сортового проката; деталей специальной техники; деталей приборостроения и авиастроения

Процентный состав марки 5В согласно ГОСТ 19207–91.

TiNVOSiCFeMoAlZrПримеси
88.85 — 93.24≤ 0.041 — 1.9≤ 0.13≤ 0.120.06 — 0.14≤ 0.250.7 — 24.7 — 6.3≤ 0.1≤ 0.3

Легирование повышает коррозионную стойкость титана и его прочностные характеристики в 2−3 раза. Одним из основных легирующих элементов является алюминий, который присутствует практически во всех сплавах титана. Наиболее важными легирующими компонентами вслед за алюминием являются ванадий, молибден. Жаропрочные титановые сплавы базируются на тройной системе — титан-алюминий-молибден, а высокопрочные титановые сплавы на системе — титан-алюминий-ванадий. Большинство титановых современных сплавов из-за устоявшейся тенденции многокомпонентного легирования одновременно в своем составе содержат алюминий, ванадий, молибден.

Физические характеристики марки 5 В.

Дж/(кг·градус)Ом·мг/см31/ °СМПаГрадусВт/(м·град)
0,586  10,47 200° 
 1,084,4 1.1220°18.85
CR 10 9ra 10 6E 10- 5l

Обозначение механических характеристики:

ОписаниеОбозначение
Предел текучести при остаточной деформации (редел пропорциональности), [МПа]sT
По Бринеллю твердость, [МПа]HB
Относительное сужение, [ % ]y
Предел прочности (кратковременный), [МПа]
При разрыве относительное удлинение, [ % ]d5
Ударная вязкость [ кДж / м2]KCU

Физические характеристики 5В

ОписаниеОбозначение
Температура при которой получены данные характеристики, в °С20°С
Коэффициент теплопроводности при 200 °C [1/ °С]10,47
Плотность в [г/см3]4,4
Модуль упругости 1 рода Е [МПа]x10-51,05
Удельная теплоемкость при 200 °C С [Дж/(кг·град)]0,586

Предел кратковремен. прочности sв [МПа] Пруток отожж. ГОСТ 26 492−85

685−735
Удельное электрическое сопротивление, Омxмм21,08

Свариваемость

ОбозначениеОписание
не ограничена— сварка осуществляется без предварительного подогрева деталей и заключительной термообработки. Но высокое сродство горячего титана к кислороду и азоту требует защиты инертным газом не только сварочной зоны, но и обратной стороны шва, а также всех участков металла нагревающихся до 400 °C.
свариваемая с ограничениями— качественная сварка требует предварительного нагрева деталей до t°100−120°C и заключительной термической обработки
сложно-свариваемая— чтобы получить качественные сварные соединения, необходимы дополнительные операции: перед сваркой нагрев деталей до t° 200−300°C, термическая обработка по окончанию сварки — отжиг

Достоинства

Высокая удельная прочность, парамагнитность, сваривается довольно легко — всё это в технических отраслях играет важную роль. Достоинства титанового проката данной марки имеют большие перспективы в машиностроении, где требуется прочность, жаропрочность, в сочетании с высокой коррозионной стойкостью. Это также актуально в таких отраслях, как пищевая, химическая, авиастроение, судостроение, ракетостроение, транспортное машиностроение. Неординарные характеристики титана представляют сегодня большой интерес в качестве конструкционного материала в производстве космических кораблей.

Поставщик

Поставщик «Ауремо» предлагает купить круг, лист, проволоку 5В титанового сплава оптом или в рассрочку. Большой выбор на складе. Соответствие ГОСТ 19207–91.и международным стандартам качества. Всегда в наличии круг, лист, проволока 5В титанового сплава, цена — оптимальная от поставщика. Купить сегодня. Для оптовых заказчиков цена — льготная

Купить по выгодной цене

Компания «Ауремо» — поставщик титанового проката в страны Восточной и Центральной Европы. Опыт нашей компании позволит Вам легко купить круг, лист, проволоку 5В титанового сплава. Качество соответствует ГОСТ 19207–91.и международным стандартам. В каталоге предоставлен неограниченный выбор продукции. Всегда в наличии круг, лист, проволока 5В титанового сплава, цена — зависит от объема заказа и дополнительных условий поставки. Оптовым заказчикам — цена льготная. На связи опытные менеджеры — оперативно помогут купить круг, лист, проволоку 5В титанового сплава оптом или в рассрочку. У нас наилучшее соотношение цена-качество. Приглашаем к партнёрскому сотрудничеству. Купить титан сегодня. Лучшая цена от поставщика.

Титан и его сплавы

Содержание страницы

Титан по распространенности в земной коре занимает среди конструкционных металлов четвертое место, уступая лишь алюминию, железу и магнию (рис. 1). Титан обладает удельным весом порядка 4500 кг/м3 и довольно высокой температурой плавления, ~1665± 5оС. Титан – парамагнитный металл.

а                                                                                 б

Рис. 1. Титанит – потенциальный источник титана (а), брусок кристаллического титана (б)

Титан – твердый металл: он в 12 раз твёрже алюминия, в 4 раза — железа и меди. Титан химически стоек. На поверхности титана легко образуется стойкая оксидная пленка TiO2, вследствие чего он обладает высокой сопротивляемостью коррозии в пресной и морской воде и в некоторых кислотах, устойчив против коррозии под напряжением. Во влажном воздухе, в морской воде и азотной кислоте он противостоит коррозии не хуже нержавеющей стали, а в соляной кислоте во много раз лучше ее. При температурах выше 500°С титан и его сплавы легко окисляются и поглощают водород, который вызывает охрупчивание (водородная хрупкость).

Титан имеет две полиморфные модификации (рис. 2):

  • низкотемпературную модификацию α – Ti, устойчивую до 882°С, (ГП – решетка, а = 0,296 нм, с = 0,472 нм)
  • высокотемпературную β – Ti, устойчивую выше 882оС (ОЦК – решетка, а= 0,332 нм).

 

Рис. 2. Две полиморфные модификации титана: а – αТi (гексагональная плотноупакованная решётка), б – β-Тi (объёмноцентрированная кристаллическая решётка)

Механические свойства титана.

Примечание. В отличие от мартенсита углеродистых сталей, являющегося раствором внедрения и характеризующегося высокой прочностью и хрупкостью, титановый мартенсит является раствором замещения, и закалка титановых сплавов на мартенсит приводит к небольшому упрочнению и не сопровождается резким снижением пластичности.

Значительное влияние на механические свойства титана оказывают примеси кислорода, водорода, углерода и азота, которые образуют с титаном твердые растворы внедрения и промежуточные фазы: оксиды, гидриды, карбиды и нитриды, повышая его характеристики прочности при одновременном снижении пластичности. Поэтому содержание этих примесей в титане ограничено сотыми и даже тысячными долями процента. Опасность водородной хрупкости, особенно в напряженных сварных конструкциях ограничивает содержание водорода. В техническом титане оно находится в пределах 0,008 — 0,012%.

Титан обладает высокой прочностью и удельной прочностью и в условиях глубокого холода, сохраняя при этом достаточную пластичность.

ТоС+20-70-196
δ, %20-3010-53-10
σв, МПа600-700800…9001000…1200

Высокая пластичность титана по сравнению с другими металлами, имеющими ГПУ— решетку (Zn, Mg, Cd), объясняется большим количеством систем скольжения и двойникования (рис. 3) благодаря малому соотношению с/а = 1,587. По-видимому, с этим связана высокая хладостойкость титана и его сплавов.

Рис. 3. Схемы систем скольжения и двойникования

Промышленный способ производства титана состоит в обогащении и хлорировании титановой руды с последующим его восстановлением из четыреххлористого титана металлическим магнием (магнийтермический метод). Полученный этим методом титан губчатый (ГОСТ 17746–79) в зависимости от химического состава и механических свойств выпускают следующих марок: ТГ-90, ТГ-100, ТГ-110, ТГ-120, ТГ-130, ТГ-150, ТГ-ТВ(см. табл.1).

Цифры означают твердость по Бринеллю НВ, ТВ — твердый.

Таблица 1. Марки, химический состав (%) и твердость титана губчатого (ГОСТ 17746–79)

МаркаTi, не менееНе болееТвердость НВ,

10/1500/30, не более

FeSiNiCClNO
ТГ-9099,740,050,010,040,020,080,020,0490
ТГ-10099,720,060,010,040,030,080,020,04100
ТГ11099,670,090,020,040,030,080,020,05110
ТГ-12099,640,110,020,040,030,080,020,06120
ТГ-13099,560,130,030,040,030,100,030,08130
ТГ-15099,450,20,030,040,030,120,030,10150
ТГ-Тв99,751,90,100,150,10

Для получения монолитного титана губка размалывается в порошок, прессуется и спекается или переплавляется в дуговых печах в вакууме или атмосфере инертных газов.

Механические свойства титана характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Например, технически чистый титан марки ВТ1-0 имеет: σв = 375–540 МПа, σ0,2 = 295–410 МПа, δ = 20 %, и по этим характеристикам не уступает ряду углеродистых и Cr—Ni коррозионностойких сталей.

Титан хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии и удовлетворительно в холодном. Он легко прокатывается, куется, штампуется (рис. 4). Титан и его сплавы хорошо свариваются контактной и аргонодуговой сваркой, обеспечивая высокую прочность и пластичность сварного соединения (рис. 5). Недостатком титана является плохая обрабатываемость резанием из-за склонности к налипанию, низкой теплопроводности и плохих антифрикционных свойств.

Рис. 4. Заготовка титанового шпангоута истребителя до и после прессования на штамповочном прессе

Рис. 5. Аргонная сварка титана

Примечание. При сварке титана и его сплавов требуется уделить особое внимание чистоте рабочего места. Для сварочных цехов, где производятся работы с различными металлами, необходимо выделить специальную область, которая будет использоваться специально для сварки титана. Место, отведенное для этого, должно быть защищено от потоков воздуха, влаги, пыли, жира и других загрязнений, которые могут препятствовать качественной сварке. Это место должно быть защищено от воздействия таких процессов, как зачистка, резка и окраска. Кроме того, должна быть под контролем и влажность воздуха.

Фазовые превращения в титановых сплавах

На формирование структуры и, следовательно, свойств титановых сплавов решающее влияние оказывают фазовые превращения, связанные с полиморфизмом титана. В табл.2 представлены схемы диаграмм состояния «титан – легирующий элемент», отражающие подразделение легирующих элементов по характеру влияния на полиморфные превращения титана на четыре группы.

  1. α Стабилизаторы (Al, O, N), которые повышают температуру полиморфного превращения α↔β и расширяют область твердых растворов на основе α –титана. Учитывая охрупчивающее действия азота и кислорода, практическое значение для легирования титана имеет только алюминий. Он является основным легирующим элементом во всех промышленных титановых сплавах, уменьшает их плотность и склонность к водородной хрупкости, а также повышает прочность и модуль упругости. Сплавы с устойчивой α – структурой термической обработкой не упрочняются.
  2. Изоморфные β – стабилизаторы (Mo, V, Ni, Ta и др.), которые понижают температуру α↔β превращения и расширяют область твердых растворов на основе β – титана.
  3. Эвтектоидообразующие β – стабилизаторы (Cr, Mn, Cu и др.) могут образовывать с титаном интерметаллиды типа TiХ. В этом случае при охлаждении β – фаза претерпевает эвтектойдное превращение β + TiХ. Большинство β – стабилизаторов повышает прочность, жаропрочность и термическую стабильность титановых сплавов, несколько снижая их пластичность. Кроме того, сплавы с (α + β) и псевдо – β – структурой могут упрочняться термообработкой (закалка + старение).
  4. Нейтральные элементы (Zr, Sn) не оказывают существенного влияния на температуру полиморфного превращения и не меняют фазового состава титановых сплавов.

Основной целью легирования титановых сплавов является повышение прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости. Широкое применение нашли сплавы титана с алюминием, хромом, молибденом, ванадием, марганцем, оловом и др. элементами. Легирующие элементы оказывают большое влияние на полиморфные превращения титана.

Для титановых сплавов применяют следующие виды термообработки: отжиг, закалка и старение, а также химико-термическая обработка (азотирование, силицирование, оксидирование и др.).

Отжиг проводится для всех титановых сплавов с целью завершения формирования структуры, выравнивания структурной и концентрационной неоднородности, а также механических свойств. Температура отжига должна быть выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры перехода в β – состояние во избежание роста зерна. Применяют обычный отжиг, двойной или изотермический (для стабилизации структуры и свойств), неполный (для снятия внутренних напряжений).

Закалка и старение (упрочняющая термообработка) применима к титановым сплавам с (α + β) – структурой. Принцип упрочняющей термообработки заключается в получении при закалке метастабильных фаз β и α с последующем их распаде с выделением дисперсных частиц α и β – фаз при искусственном старении. При этом эффект упрочнения зависит от типа, количества и состава метастабильных фаз, а также дисперсности образовавшихся после старения частиц α и β – фаз.

Химико-термическая обработка проводится для повышения твердости и износостойкости, стойкости к «схватыванию» при работе в условиях трения, усталостной прочности, а также улучшения коррозионной стойкости, жаростойкости и жаропрочности. Практическое применение имеют азотирование, силицирование и некоторые виды диффузионной металлизации.

Таблица 2

Промышленные титановые сплавы.

Титановые сплавы по сравнению с техническим титаном имеют более высокую прочность, в том числе и при высоких температурах, сохраняя при этом достаточно высокую пластичность и коррозионную стойкость.

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные; по уровню механических свойств — на сплавы невысокой прочности и повышенной пластичности, средней прочности, высокопрочные; по условиям применения — на хладостойкие, жаропрочные, коррозионностойкие. По способности упрочняться термообработкой они делятся на упрочняемые и не упрочняемые, по структуре в отожженном состоянии — на α, псевдо-α, (α + β), псевдо-β и β –сплавы (табл.3).

Таблица 3

Дефармируемые титановые сплавы

Титановые сплавы невысокой прочности и повышенной пластичности

К этой группе относятся сплавы с пределом прочности σ ≥ 700 МПа, а именно: α – сплавы марок ВТ1-00, ВТ1-0 (технический титан) и сплавы ОТ4- 0, ОТ4-1 (система Ti—Al—Mn), АТ3 (система Ti—Al c небольшими добавками Cr, Fe, Si, B), относящиеся к псевдо – α-сплавам с небольшим количеством β-фазы. Характеристики прочности этих сплавов выше, чем чистого титана благодаря примесям в сплавах ВТ1-00 и ВТ1-0 и незначительному легированию α – и β – стабилизаторами в сплавах ОТ4-0, ОТ4-1, АТ3.

Эти сплавы отличаются высокой пластичностью как в горячем, так и в холодном состоянии, что позволяет получать все виды полуфабрикатов: фольгу, ленту, листы, плиты, поковки, штамповки, профили, трубы и т. п. (рис. 6).

Рис. 6. Изделия из титановых сплавов

Ковка, объемная и листовая штамповка, прокатка, прессование производятся в горячем состоянии. Окончательная прокатка, листовая штамповка, волочение и другие операции производятся в холодном состоянии.

Для снятия внутренних напряжений, образовавшихся в результате механической обработки, листовой штамповки, сварки и др., применяется неполный отжиг.

Указанные сплавы хорошо свариваются сваркой плавлением (аргонодуговая, под флюсом, электрошлаковая) и контактной (точечная, роликовая). При сварке плавлением прочность и пластичность сварного соединения практически аналогичные основному металлу.

Коррозионная стойкость данных сплавов высокая во многих средах (морская вода, хлориды, щелочи, органические кислоты и т. п.), кроме растворов HF, H2SO4, HCl и некоторых других.

Применение. Эти сплавы широко применяются как конструкционные материалы для изготовления практически всех видов полуфабрикатов, деталей и конструкций, включая сварные. Наиболее эффективно их применение в

авиационно-космической технике (рис. 7), в химическом машиностроении, криогенной технике (высокая ударная вязкость сохраняется до –253oС), (табл. 4), а также в узлах и конструкциях, работающих при температурах до 300–350 ° С.

Рис. 7. Применение титановых сплавов в авиационно-космической технике

Таблица 4 Механические характеристики титановых сплавов при низких температурах

Сплавσв (МПа) при температуре, ° Сδ (%) при температуре, ° СКСU, Дж/см2 при температуре, ° С
–196–253–269–196–253–269–196–253
ВТ1-092013104824220130
ВТ5-11200–

1350

1350–

1600

1710158–109,34030
ОТ41430156013165040
ОТ4-11080139019,417,52330
ВТ3-11650206020206,57,533060
ВТ61640182017,83,53940
ВТ6С131015807–103–64025
ВТ1416501040
Титановые сплавы средней прочности

К этой группе относятся сплавы с пределом прочности σв = 750–1000 МПа, а именно: α – сплавы марок ВТ5 и ВТ5-1; псевдо – α – сплавы марок ОТ4, ВТ20; (α + β) – сплавы марок ПТ3В, а также ВТ6, ВТ6С, ВТ14 в отожженном состоянии. Классификация и химический состав этих сплавов смотри табл. 5.

Сплавы ВТ5, ВТ5-1, ОТ4, ВТ20, ПТ3В, ВТ6С, содержащие небольшое количество β – фазы (2–7 % β – фазы в равновесном состоянии), упрочняющей термообработке не подвергаются и используются в отожженном состоянии. Сплав ВТ6С иногда применяют в термически упрочненном состоянии. Сплавы ВТ6 и ВТ14 используют как в отожженном, так и в термически упрочненном состоянии. В последнем случае их прочность становится выше 1000 МПа, и они будут рассмотрены в разделе, посвященном высокопрочным сплавам.

Рассматриваемые сплавы, наряду с повышенной прочностью, сохраняют удовлетворительную пластичность в холодном состоянии и хорошую пластичность в горячем состоянии, что позволяет получать из них все виды полуфабрикатов: листы, ленту, профили, поковки, штамповки, трубы и др. Исключение составляет сплав ВТ5, из которого листы и плиты не изготавливают из-за невысокой технологической пластичности.

На эту категорию сплавов приходится основной объем производства полуфабрикатов, применяемых в машиностроении.

Все среднепрочные сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки, применяемыми для титана. Прочность и пластичность сварного соединения, выполненного сваркой плавлением, близка к прочности и пластичности основного металла (для сплавов ВТ20 и ВТ6С это соотношение составляет 0,9– 0,95). После сварки рекомендован неполный отжиг для снятия внутренних сварочных напряжений.

Таблица 5

Обрабатываемость резанием этих сплавов хорошая. Коррозионная стойкость в большинстве агрессивных сред аналогична техническому титану ВТ1-0.

Применение. Данные сплавы рекомендуется применять для изготовления изделий листовой штамповкой (ОТ4, ВТ20), для сварных деталей и узлов, для штампосварных деталей (ВТ5, ВТ5-1, ВТ6С, ВТ20) и др. Сплав ВТ6С широко применяется для изготовления сосудов и ёмкостей высокого давления (рис. 8). Детали и узлы из сплавов ОТ4, ВТ5 могут длительно работать при температурах до 400 ° С и кратковременно — до 750 ° С; из сплавов ВТ5-1, ВТ20 — длительно при температурах до 450–500 ° С и кратковременно — до 800–850 ° С. Сплавы ВТ5-1, ОТ4, ВТ6С также рекомендуются для применения в холодильной и криогенной технике.

Рис. 8. Изделия из титановых сплавов ВТ6С Высокопрочные титановые сплавы

К этой группе относятся сплавы с пределом прочности σв ≥ 1000 МПа, а именно (α + β) – сплавы марок ВТ6, ВТ14, ВТ3-1, ВТ22. Высокая прочность в этих сплавах достигается упрочняющей термообработкой (закалка + старение). Исключение составляет высоколегированный сплав ВТ22, который даже в отожженном состоянии имеет σв > 1000 МПа.

Указанные сплавы наряду с высокой прочностью сохраняют хорошую (ВТ6) и удовлетворительную (ВТ14, ВТ3-1, ВТ22) технологическую пластичность в горячем состоянии, что позволяет получать из них различные полуфабрикаты: листы (кроме ВТ3-1), прутки, плиты, поковки, штамповки, профили и др. Сплавы ВТ6 и ВТ14 в отожженном состоянии (σв ≥ 850 МПа) могут подвергаться холодной листовой штамповке с малыми деформациями.

Несмотря на гетерофазность структуры, рассматриваемые сплавы обладают удовлетворительной свариваемостью всеми видами сварки, применяемыми для титана. Для обеспечения требуемого уровня прочности и пластичности обязательно проводят полный отжиг, а для сплава ВТ14 (при толщине свариваемых деталей 10–18 мм) рекомендуется проводить закалку с последующим старением. При этом прочность сварного соединения (сварка плавлением) составляет не менее 0,9 от прочности основного металла. Пластичность сварного соединения близка к пластичности основного металла.

Обрабатываемость резанием удовлетворительная. Обработку резанием сплавов можно проводить как в отожженном, так и в термически упрочненном состоянии.

Данные сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в отожженном и термически упрочненном состояниях во влажной атмосфере, морской воде, во многих других агрессивных средах, как и технический титан.

Термическая обработка. Сплавы ВТ3-1, ВТ6, ВТ6С, ВТ14, ВТ22 подвергаются закалке и старению. Рекомендуемые режимы нагрева под закалку и старение для монолитных изделий, полуфабрикатов и сварных деталей приведены в табл. 6.6.

Охлаждение при закалке производится в воде, а после старения — на воздухе. Полная прокаливаемость обеспечивается для деталей из сплавов ВТ6, ВТ6С с максимальным сечением до 40 – 45 мм, а из сплавов ВТ3-1, ВТ14, ВТ22 — до 60 мм.

Для обеспечения удовлетворительного сочетания прочности и пластичности сплавов с (α + β) – структурой после закалки и старения необходимо, чтобы их структура перед упрочняющей термической обработкой была равноосной или «корзиночного плетения». Примеры исходных микроструктур, обеспечивающие удовлетворительные свойства, приведены на рис. 9.

Таблица 6. Режимы упрочняющей термической обработки титановых сплавов

Марка сплаваТемпература полиморфного

превращения Тпп, ° С

Температура нагрева

под закалку, ° С

Температура

старения, ° С

Продолжительность

старения, ч

ВТ3-1960–1000860–900500–6201–6
ВТ6980–1010900–950450–5502–4
ВТ6С950–990880–930450–5002–4
ВТ8,

ВТ9

980–1020920–940500–6001–6
ВТ14920–960870–910480–5608–16
ВТ22840–880690–750480–5408–16

Рис. 9. Структура ВТ14 сплава перед упрочняющей термообработки

Применение. Высокопрочные титановые сплавы применяются для изготовления деталей и узлов ответственного назначения: сварные конструкции (ВТ6, ВТ14) рис. 10, турбины (ВТ3-1), штампосварные узлы (ВТ14), высоконагруженные детали и штампованные конструкции (ВТ22). Эти сплавы могут длительно работать при температурах до 400 ° С и кратковременно до 750 ° С.

Особенность высокопрочных титановых сплавов как конструкционного материала — их повышенная чувствительность к концентраторам напряжения. Поэтому при конструировании деталей из этих сплавов необходимо учитывать ряд требований (повышенное качество поверхности, увеличение радиусов перехода от одних сечений к другим и т. п.), аналогичных тем, которые существуют при применении высокопрочных сталей.

Рис. 10. Сварная конструкция из ВТ14 сплава

Литейные титановые сплавы

Титановые литейные сплавы подразделяется на 5 групп в зависимости от микроструктуры (α – сплавы, псевдо α – сплавы, α + β сплавы, псевдо β – сплавы, β – сплавы).

В состав титановых сплавов входят алюминий, ванадий, молибден, кремний, хром, цирконий и др. Эти сплавы обладают свойствами, выгодно выделяющих их из остальных сплавов: по прочности они не уступают сталям, имеют достаточно низкую плотность (~4,5 г/мм3), высокую химическую стойкость при температуре до 500 °С, высокую коррозионную стойкость во влажном воздухе, морской воде, азотной и соляной кислоте. Благодаря этим свойствам титановые сплавы интенсивно внедряются в авиа-, ракета- и кораблестроении.

В справочной литературе приводятся химический состав и механические свойства восьми литейных титановых сплавов – ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ20Л, ВТ3-1Л, ВТ6Л, ВТ9Л, ВТ14Л, ВТ22Л, где буква В означает наименование организации-разработчика (ВИАМ), Т – титановый сплав, Л – литейный, цифра – номер сплава. Упоминается и новый сплав ВТ35Л.

Титановые сплавы обладают хорошей жидкотекучестью (460–520 мм), небольшой линейной (0,8–1,2 %) и объемной (2,4–3,2%) усадкой.

Сплав ВТ3-1Л относится к числу наиболее освоенных в производстве (рис. 11).

Прочность титановых сплавов σв = 34…93 кг/мм2, пластичность δ = 4–10%.

Главный недостаток титановых литейных сплавов – высокая температура плавления (до 1665 °С) и активное взаимодействие (при плавке) со всеми газами и огнеупорными материалами. Отсюда – проблема плавки (вакуумная, в атмосфере нейтральных газов) и материалов для литейных форм, что резко удорожает технологические процессы литья.

Рис. 11. Детали из титана марки ВТ3-1Л

Просмотров: 3 657

ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ: КЛАССИФИКАЦИЯ - БИРКА

ВТОРОЙ ЭПИЗОД В НАШИХ ФОКУСАХ НА ТИТАНЕ: мы начинаем концентрироваться на классификации его сплавов.

Технически чистый титан (обозначенный в соответствии с рейтингом ASTM как степень CP «x», где «x» - ориентировочное количество любых присутствующих примесей) в основном ценится за его исключительные характеристики устойчивости к коррозии.

Не существует общепризнанной системы классификации титановых сплавов, , поскольку используются различные национальные стандарты.

Один из наиболее удобных методов - разделить сплавы на группы в соответствии с фазами, которые составляют микроструктуру материала при комнатной температуре. Напомним, что на стабильность фаз строго влияют α-стабилизирующие и β-стабилизирующие элементы, которые были намеренно добавлены в сплав.

В этом смысле можно сгруппировать влияние различных α-стабилизирующих и β-стабилизирующих элементов путем определения параметров « Алюминиевый эквивалент» и «Молибденовый эквивалент» :

Al экв. = 1,0 (% Al) + 0,17 (% Zr) + 0,33 (% Sn) + 10 (% O +% N) (Ур.1)

и

Mo экв. = 1,0 (% Mo) + 0,67 (% V) + 0,44 (% W) + 0,28 (% Nb) + 0,22 (% Ta) +2,9 (% Fe) + 1,6 (% Cr) + 1,25 (% Ni) + 1,7 (% Mn) + 1,7 (% Co) - 1,0 (% Al) (уравнение 2)

, где процентное содержание отдельных элементов выражено в весе.

Для расчета температуры β-перехода , исходя из химического состава сплава, в качестве начального приближения можно использовать следующее:

β tr = 882 + 2,1 (% Al) - 9,5 (% Mo) + 4,2 (% Sn) - 6,9 (% Zr) - 11,8 (% V) - 12 , 1 (% Cr) - 15,4 (% Fe) + 23,3 (% Si) + 123,0 (% O) (Ур.3)

В частности, Молибденовый эквивалент позволяет нам, как показано на рис. 1, ввести общую диаграмму β-изоморфного типа псевдобинарного состояния, чтобы разделить титановые сплавы на три большие группы.

Три основные группы, называемые соответственно α-сплавами, α + β-сплавами и β-сплавами, определяются на основе фаз, присутствующих при комнатной температуре. Тип таких вышеупомянутых фаз зависит от содержания различных элементов сплава и, в конечном итоге, от значения эквивалента молибдена.

Сплавы β-серии, в свою очередь, можно разделить на β-метастабильные , или высокопрочные и β-стабильные , , хотя первые гораздо более важны и используются чаще, чем последний.

Строго говоря, бета-метастабли при медленном охлаждении от поля β до температуры окружающей среды представляли бы двухфазную структуру α + β, но после процесса быстрого охлаждения достижимо, например, с помощью гашения раствора от поля β, они, по-видимому, состоят исключительно из β-метастабильной фазы (также называемой β-удерживанием).

Экспериментально было показано, что это условие может быть достигнуто, когда эквивалент молибдена находится между 10 и 30.

Рис. 1. Типовая диаграмма состояния β-изоморфного типа, используемая для классификации титановых сплавов на основе микроструктуры при температуре окружающей среды.

Некоторые авторы вместо этого предпочитают более четкую классификацию, вводящую две дополнительные группы: сплавы , близкие к α, которые имеют двухфазную структуру, но с небольшими количествами β-фазы , поскольку содержание β-стабилизирующих элементов не превышает 1- 2%, и сплавы, близкие к β, характеризующиеся значениями эквивалента молибдена от 5 до 10 (рис.2).

Следует подчеркнуть, что, как правило, семейство, близкое к α, может быть включено в семейство сплавов α + β, в то время как группа, близкая к β, может быть включена в группу β-метастабильных сплавов, таким образом, возвращаясь к упрощенная классификация представлена ​​на рис. 1.

Таблица 1 показывает некоторые из основных коммерческих сплавов, используемых в настоящее время для каждой из представленных групп. Следует отметить, что в этой схематической классификации технически чистый титан был включен в группу α-сплавов.

Рис. 2. Типовая диаграмма состояний β-изоморфного типа, используемая для классификации титановых сплавов на основе микроструктуры при температуре окружающей среды, а также для семейств сплавов, близких к α и β.

Таблица 1. Список основных типов технически чистого титана и титановых сплавов, представляющих промышленный интерес, сгруппированных по семействам.

КОММЕРЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ТИТАН И α СПЛАВЫ

Основными классами технически чистого титана являются марки с 1 по 4, которые различаются по содержанию железа и внедрению элементов: , в частности, содержание кислорода увеличивается от 0.От 18% (сорт 1) до 0,40% (сорт 4), что значительно увеличивает единичный предел текучести, который увеличивается со 170 до 480 МПа, а относительное удлинение при разрыве снижается с 24 до 15%.

Значительная коррозионная стойкость (пассивация ) титана , особенно в коммерчески чистой форме, гарантируется образованием тонкого слоя размером несколько десятков нанометров из поверхностного оксида , устойчивого к (TiO 2 ). до температуры около 530 ° C. При более высоких температурах он теряет структурную целостность, резко снижая коррозионную стойкость материала.

Сорт 1 является наиболее пластичным из различных типов технически чистого титана и имеет самую высокую формуемость среди всех титановых сплавов в сочетании с высокими значениями устойчивости к коррозии и ударной вязкости. Обычно он производится в виде плоских продуктов для химических процессов, опреснительных установок, архитектурных панелей, а также в медицинской и морской сферах.

Сорт 2 может считаться наиболее производимым и используемым коммерчески чистым титаном. Он обладает всеми превосходными свойствами класса 1 со значительным увеличением нагрузки на единицу текучести. Таким образом, это материал , который обладает хорошей свариваемостью, механической прочностью на разрыв, пластичностью и формуемостью. Его часто производят в барах для широкого спектра секторов, от архитектуры до биомедицинской, морской, автомобильной, авиационной и химической промышленности.

Рис.3. Музей Гуггенхайма в Бильбао: для внешней облицовки использовалось 30 000 листов CP-титана толщиной 0,3 мм.

Марка 3 является развитием марки 2 с дальнейшим увеличением механической прочности. Обычно используется в аэрокосмической, морской, медицинской и химической отраслях.

Сорт 4 сохраняет хорошую формуемость и свариваемость, хотя это вариант с более высокой механической прочностью , чем три других. Он широко используется в качестве технически чистого сплава, подходящего для криогенных резервуаров, компонентов самолетов, теплообменников, конденсационных трубок и хирургических инструментов.

Как показано на рис. 4, добавление 0,2% палладия (марки 7 и 11) позволяет достичь исключительной стойкости к коррозии трещин даже в сильно восстановительных средах; также добавка 0,1% рутения (марки 26 и 27) дает тот же эффект, что и палладий.


(а) CP Титан марки 2

б) Ti-0.2Pd (марка 7)

Рис. 4. Влияние добавления палладия на повышение стойкости к коррозии растрескивания, предполагаемое как пределы pH и температуры, в деаэрированном растворе хлорида натрия.

В сплавах типа α легирующие элементы гарантируют эффективное улучшение механических характеристик компактной гексагональной кристаллической структуры с механизмом упрочнения твердого раствора. Среди них основными являются алюминиевые и кислородные α-стабилизирующие элементы , а также нейтральные элементы, такие как олово и цирконий. В качестве начального приближения можно принять критерий, согласно которому для каждого дополнительного процентного пункта каждого из этих элементов увеличивает механическое сопротивление между 35 и 70 МПа.

Однако, существует внутренний предел возможности добавления элементов сплава, , учитывая, что если значение параметра алюминиевого эквивалента (уравнение 1) превышает 9%, мы станем свидетелями образования хрупких интерметаллических соединений с упорядоченной решеткой.

Хотя некоторые из этих сплавов демонстрируют возможность образования мартенситных структур после быстрого охлаждения от высоких температур, они обычно используются в отожженном состоянии с микроструктурой, состоящей из равноосных зерен α-фазы. Присутствие примесей, таких как железо, или преднамеренное добавление небольших количеств β-стабилизирующих элементов , таких как, например, сплав Ti-3Al-2,5V, приводит к присутствию при температуре окружающей среды небольшого количества β-фазы , никогда не превышает 2%, что в основном формируется по краям зерен α-фазы. Эти частицы β-фазы играют полезную роль в термообработке отжигом, позволяя сдерживать чрезмерное увеличение зерен α-фазы, что может отрицательно повлиять на конечные механические характеристики материала.

Что касается чувствительности альфа-сплавов к водороду, следует отметить, что этот элемент демонстрирует тенденцию к образованию гидридов металлов (TiH 2 и TiH) с морфологией тонких пластин, что может привести к возникновению механизмов хрупкого разрушения. при вводе в эксплуатацию.

Вообще говоря, сплавы α обладают высокой вязкостью, - даже при очень низких температурах, - легко поддаются сварке. Очевидно, что деформируемость в холодном состоянии ограничена , так как это сплавы с компактной гексагональной кристаллической структурой, по существу характеризующиеся ограниченным количеством систем скольжения.

Напротив, за последние два десятилетия наиболее часто используемый сплав, а именно Ti-5Al-2,5Sn, стал свидетелем резкого сокращения использования в пользу других сплавов группы α + β, таких как Ti-6Al - 4V, которые легче деформируются и устойчивы к ползучести. Фактически, одна из немногих областей применения, где он все еще может использоваться, - это хранение жидкостей в криогенных условиях. Ti-5Al-2.5Sn ELI (то есть в версии с низким содержанием межузельных элементов) фактически сохраняет высокие уровни ударной вязкости вплоть до типичных температур жидкого водорода (-253 ° C).

Дальнейшее подробное описание других титановых сплавов будет скоро доступно!

Атрибуты, характеристики и области применения титана и его сплавов

Хорошо известно, что у титана есть недвижимость, привлекательная для авиакосмической отрасли и других отраслях, и что его приложения ограничены из-за высокой стоимости. Этот обзор предоставит тем, кто не связано с титаном объяснение почему титан так привлекателен материал, причем авиакосмическая промышленность является основным фокус.Краткое описание титана приложения и некоторые из его уникальных свойства также будут обсуждаться.

ВСТУПЛЕНИЕ

Основные атрибуты титана привлекательный материал включает отличное соотношение прочности и веса, обеспечивающее экономия веса привлекательная для аэрокосмическая и нефтехимическая промышленность; коррозионная стойкость, особенно привлекательная в авиакосмическую, химическую, нефтехимическую и архитектурная промышленность; и биологическая совместимость, представляющая интерес в медицинскую промышленность.Химический промышленность является крупнейшим потребителем титана благодаря отличной коррозионной стойкости, особенно в присутствии окисляющих кислоты. Аэрокосмическая промышленность - это следующий по величине пользователь, в первую очередь из-за повышенного (и криогенные) температурные возможности и снижение веса за счет высокая прочность и низкая плотность; с увеличенным использование полимерного графитового волокна армированные композиты на самолетах, низкий коэффициент теплового расширения тоже немаловажный фактор.Баллистический свойства титана тоже отличные на основе нормализованной плотности. Особенности применения титана в других будут кратко обсуждены области.

КАК БЫ ВЫ ...

… опишите общее значение этой статьи?
Цель состоит в том, чтобы предоставить тем, кто не знакомы с титаном и те, у кого мало знаний взгляд на некоторые из уникальных аспекты и преимущества титана.

… опишите эту работу материаловедение и инженерия профессионал без опыта в ваша техническая специальность?
Цель состоит в том, чтобы объяснить, что уникален в титане и типы приложений, где титан будет предлагать преимущества перед другими материалы.

… опишите эту работу непрофессионал?
Он дает базовое понимание уникальные особенности титана и описывает типы приложений где следует использовать титан.

ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТИТАНА

Экономия веса
Высокая прочность и низкая плотность титан (~ 40% ниже, чем у стали) предоставляют много возможностей для веса экономия. Лучшим примером этого является его использование на шасси Боинга Самолеты 777 и 787 и Airbus A380. На рисунке 1 показано шасси. на самолете 777. 1 Все маркированные детали изготовлены из Ti-10V-2Fe- 3Al.Этот сплав используется как минимум предел прочности на разрыв 1193 МПа; это используется на замену высокопрочной низколегированной сталь 4340М, которая применяется на 1930 МПа. Эта замена привела при экономии веса более 580 кг. 1 The Боинг 787 использовал следующее поколение высокопрочный титановый сплав Ti-5Al- 5V-5Mo-3Cr, у которого чуть выше прочность и некоторые преимущества обработки Использование титана при посадке зубчатая конструкция также должна значительно уменьшить обслуживание шасси затраты из-за его коррозионной стойкости.Низкая плотность и высокая прочность сделать его очень привлекательным для совершения ответных действий детали, такие как шатуны для автомобилей Приложения. Опять же цена слишком высока для семейных автомобилей, но Министерство энергетики США инвестирует в значительных усилиях по производству титана комплектующие для легковых и грузовых автомобилей доступный. (Титан успешно используется для гоночных автомобилей высокого класса, где стоимость не такая уж и большая проблема.)

Ограничение пространства
Это приложение не подходит часто, но это очень важно.В лучший пример для этого - шасси Балка, используемая на 737, 747 и 757. Этот компонент, работающий между крыло и фюзеляж, поддерживает посадку механизм. Другие самолеты Boeing используют алюминиевый сплав для этого применения, но для вышеуказанного самолета загрузка выше, и алюминиевая конструкция будет не помещается в оболочку крыла. Алюминиевый сплав был бы предпочтительным вариант так как он намного дешевле по стоимости. Другой вариант - сталь, но это был бы больший вес.

Рабочая температура
Структура в двигателе и выхлопе помещения работают при повышенной температуре, так что основные варианты сплавы на основе титана или никеля; опять таки, никелевые сплавы добавят значительных масса. Используются титановые моторные сплавы. примерно до 600 ° C. Есть приложения, такие как заглушка и сопло (рис. 2), которые испытывают температуры выше этого на короткое время во время определенные условия эксплуатации.Температура ограничение для титановых сплавов, кроме специализированных моторных сплавов, около 540 ° C. Выше этой температуры кислородное загрязнение становится проблемой, охрупчивание поверхности. Титан также используется при криогенных температурах для таких конструкций, как крыльчатки для ракетные двигатели.

Коррозионная стойкость
Титан имеет очень стойкое зарождение оксид, который образуется мгновенно при контакте с воздухом. Этот оксид причина отличной коррозии сопротивление.Коррозия не имеет значения для титана в аэрокосмической среде. Титан не рвется, что в мнение авторов является обоснованием за отличный сервис. В эксплуатации, алюминиевые и стальные сплавы со временем образует коррозионные ямы, которые служат для снятия стресса, затем вызвать коррозию под напряжением или усталость трещины. С титаном этого не происходит. Эта коррозионная стойкость несет вплоть до химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажная и архитектурная промышленность.Титан и его сплавы имеют отличная стойкость к самым окислительным, нейтральный, и замедленное восстановление условия. Он также устойчив к коррозии внутри человеческого тела. Биосовместимость тоже отлично; он используется для протезы и кости будут расти в правильно спроектированные титановые конструкции. Технически чистый титан также используется для наружных архитектурных приложений, практика началась в Япония. Применяется для наружных поверхностей в качестве он никогда не потребует обслуживания.Самым известным из них является его использование на внешний вид искусства Гуггенхайма Музей в Бильбао, Испания.

Совместимость композитов
Титан совместим с графитовые волокна в полимерных композитах. Имеется высокий гальванический потенциал между алюминием и графитом, и если алюминий соприкасается с графитом в присутствии влага алюминий подвергнется коррозии прочь. Его можно изолировать от композит такими методами, как слой из стекловолокна, но на участках, которые трудно осмотреть и заменить, титан используется как консервативный подход.Кроме того, коэффициент тепловое расширение (КТР) титана, в то время как выше, чем у графита, намного ниже, чем у алюминия. Даже при рабочей температуре дальность конструкции фюзеляжа, около От 60 ° C в круизе до + 55 ° C в жаркий день, разница в КТР при использовании алюминия конструкция, прикрепленная к композиту приведет к очень высокой загрузке. Этот не проблема с титановой структурой. Очевидно, что чем длиннее компонент, тем больше будет проблема с использованием алюминий.

Низкий модуль упругости
Основная область, где это важно в замене стали пружины. С модулем около вдвое меньше стали, только вдвое меньше катушек не требуется. Это в сочетании с высокой прочностью и плотностью около 60% стали может в идеале приводит к экономии веса около 70% от стальной пружины. Кроме того, титан предлагает много превосходная коррозионная стойкость, снижение затраты на техническое обслуживание.

Броня
Титан обладает отличной баллистической способностью. сопротивление и обеспечивает 1535% снижение веса по сравнению со сталью или алюминиевая броня для такой же баллистической защита при поверхностных плотностях проценты, которые привели к существенным экономия веса на военной базе боевые машины. Более легкие автомобили имеют лучшая транспортабельность и маневренность. Отличная коррозионная стойкость, низкий ферромагнетизм и совместимость с композитами также обеспечивают значительные преимущества.Две программы, которые использовать титан в модернизированных транспортных средствах. Боевая машина пехоты Брэдли (Рисунок 3) и Abrams Main Battle Танк. 2 Относительно высокая стоимость титана был успешно смягчен с помощью пластины, изготовленной из электронного луча, холодный под, слиток однократной плавки. 3

УНИКАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ТИТАНА

Общая коррозионная стойкость уже обсуждалось. В отношении к коррозионное растрескивание под напряжением (SCC), в промышленных масштабах чистые и большинство титановых сплавов практически неуязвимы, если нет свежая резкая трещина при наличии стресса.Если титан треснул воздух, защитный оксид немедленно переформировать, и SCC может не произойти. Если трещина возникла в морской воде, например, тогда SCC может произойти на некоторые высокопрочные сплавы или высокопрочные кислородные марки технически чистой титан. Даже здесь SCC может быть смягченным, если деталь не загружена немедленно. Доусон и Пеллу 4 показали, что рост усталостной трещины Ti-6Al-6V-2Sn может быть восстановлен при тестируется на низкой частоте до тех пор, пока интенсивность напряжения ниже, чем у порог стресс-коррозии.Это связано с повторной пассивацией (повторное формирование оксида) в морской воде при более низкая частота, тогда как есть недостаточно времени для того, чтобы это произошло в более высокие частоты.

Модуль -сплавов можно изменять. существенно. Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn при 60% холода работа имела растяжение прочность ~ 1070 МПа с модулем ~ 7683 ГПа. При выдержке при 480 ° C прочность и модуль были ~ 1,515 МПа и 103 ГПа соответственно.Титан сплавы, содержащие Nb, Zr и Ta, упоминается как металлическая резинка, разработанная для медицинской промышленности имеют эластичные модули всего 4050 ГПа в зависимости от по ориентированию и обработке. Эти модули близки к модулю кости, что делает его идеальным для протезирования. Холодная работа снижает модуль упругости при увеличении силы. 5

Кристаллографическая текстура гексагональный плотноупакованный (HCP) а-фаза может иметь очень значительный влияние на свойства в разных направлениях.Ларсон6 смоделировал модуль монокристалл технически чистой титана и определил, что когда напряженный вдоль базального полюса модуль упругости составляет ~ 144 ГПа, но при напряжении перпендикулярно базальному полюсу ~ 96 ГПа. Различия в предельном растяжении сила, которые также являются показателем кристаллографической текстуры, между продольное и поперечное направление около 205 МПа недавно наблюдается для прокатной полосы, с непрерывная прокатка в одном направлении что может привести к сильной текстуре.

Эффект Баушингера, пока нет обязательно уникальный, кажется, более сильный эффект в титановых сплавах, чем другие системы сплавов. Это приписывается ограниченное количество систем скольжения в гексагональный плотноупакованный (HCP) низкий температура α-фазы. Если образец на растяжение натягивается и тест останавливается до отказа, и сжатие образец взят из Расчетная длина образца на растяжение, а значительное падение предела текучести наблюдается.Деформация растяжения 0,5% при комнатной температуре может снизить коэффициент сжатия на 30%. Это объясняется дислокациями в материал движется в обратном направлении следуя той же траектории скольжения, что означает дислокационные барьеры не имеют преодолеть на ранних этапах деформация. То же явление наблюдается при растяжении компрессии образец, а затем тянет на растяжение от его расчетной длины. Этот эффект может быть устранены или смягчены путем формирования при повышенной температуре или последующем отжиг.Следовательно, по крайней мере, в авиакосмическая промышленность, когда титан деталь формируется, в последующем отжигается чтобы избежать этого значительного снижения урожайности. Не влияет на предел прочности сила.

Отмечено охрупчивание твердых металлов. проблема с титаном и его сплавами, наиболее ярким примером является кадмий. Интимный контакт (принуждение титан в кадмий или наоборот) и высокие растягивающие напряжения необходимы для этого.

ВЫСОКАЯ СТОИМОСТЬ ТИТАНА

Как многие знают, главный фактор ограничение более широкого использования титана это его стоимость. Со значительным более высокая стоимость, чем алюминий и сталь сплавы, использование титана должно быть обосновано для каждого приложения. Там этому способствуют несколько факторов. Для разделения требуется высокая энергия металла из руды. Слиток плавление также энергоемко; в кроме того, его высокая реактивность требует плавление в инертной атмосфере с использованием медная реторта или под с водяным охлаждением, в зависимости от техники плавки.Обработка также требует очень высоких затрат. порядка 10100 раз медленнее, чем обработка алюминиевых сплавов. Это недавно было указано Froes 7 , что килограмм алюминиевого листа мог быть купленным по более низкой цене, чем килограмм титановой губки, исходный материал. Эта губка еще должен быть многократно переплавлен с мастером добавление сплава, кованые или кованые и свернутый до размера, подходящего для листа пруток, положить в пачку с несколькими листами прутки, прокатанные до заданной толщины и протравили и отшлифовали до финала толщину для получения титанового листа.

Учитывая эти факторы, многие исследований и разработок на Боинг и другое оригинальное оборудование производителей и производителей посвящена снижению доли закупок титановых компонентов. Для Например, можно использовать тарелку весом 40 кг. для обработки детали весом 5 кг, т. е. почти 90% титана превращается в стружку (лом). Уменьшение этого отношение покупок к полетам означает, что снижение веса очень дорогой материал, а также уменьшающий объем выполняемой обработки на этом материале.Несколько технологий преследуются для достижения этой цели. К ним относятся сварка, более широкое использование экструзии там, где это необходимо, сверхпластичный формовка и сверхпластическая формовка с диффузионным склеиванием, горячая растяжка формовка для получения более точной формы формы и даже порошковая металлургия. Что касается сварки, то оба фьюжн и твердотельная сварка изучаются. Пример достижимого сокращения суммы покупки-лету с помощью лазерной сварки показано на рисунке. 4.Электронный пучок и трение и линейная сварка трением также изучается. Сплавы с улучшенными обрабатываемость также исследуются.

ВЫВОДЫ

Титан - привлекательный материал для многочисленные отрасли, но его использование был ограничен. Широкий спектр ведутся работы по сокращению этого Стоимость. Значительное снижение затрат может значительно расширить производственную базу. В Армия США хотела бы использовать его для уменьшения масса бронетехники, U.S. Navy хотел бы использовать его для надстройка некоторой его поверхности корабли, поскольку они имеют тенденцию становиться тяжелыми, химическая / нефтехимическая промышленность могла использовать больше преимуществ его коррозии сопротивление и аэрокосмическая промышленность будет использовать больше для снижения веса, если цена может быть снижена. Если эти отрасли могли быть проникнуты значительным образом, промышленная база для титан значительно расширится что должно уменьшить и стабилизировать Стоимость.В настоящее время с единственным объемом пользователи, являющиеся химическими и аэрокосмическими промышленности, когда авиакосмическая промышленность промышленность имеет значительный рост в заказы, например, когда Boeing 787 доходит до производственной мощности, Боинг требования будут очень высокими, и цена пойдет вверх. Это означает, что некоторые отрасли с положительным но маржинальный бизнес может упасть их использование титана. Если цена получит до точки, где рынок может быть значительно расширились, цены должно быть стабильнее.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор хотел бы выразить его благодарность доктору Дж. К. Уильямсу, Honda Кафедра Государственного университета Огайо и Дж. К. Фаннинг, менеджер по структурным Разработка приложений в TIMET, Хендерсон, Невада, за их полезные предоставленные комментарии и информация.

ССЫЛКИ

1. Р. Р. Бойер, Thermec 2003, Международная конференция по переработке и производству передовых Материалы (Цюрих: Trans Tech Publications, 2003).
2. Дж. К. Фаннинг, Titanium 99 Science and Technology (Санкт-Петербург, Россия: ЦНИИМ, Прометы, 2000).
3. Буркинс М. и др. Механические и баллистические Свойства электронно-лучевого одиночного расплава Ti- Табличка 6A1-4V, Отчет исследовательской лаборатории армии № ARL-MR-515 (май 2001 г.), www.arl.army.mil/arlreports/2001/ARL-MR-515.pdf.
4. Д.Б. Доусон и Р. Pelloux, Met. Пер. , 58 (8) (1974), стр. 723.
5. H. Tobe et al., Ti-2007 Science and Technology (Сендай, Япония: JIM, 2007), стр. 1449.
6. Ф. Ларсон, Текстура в титановом листе и его Влияние на свойства пластической текучести, AMRA TR-65-24 (Александрия, Вирджиния: Национальная техническая информация Сервис, 1965).
7. Ф. Х. Фроэс, М. А. Имам, Доступная стоимость Разработки в технологии титана и Приложения, Стоимость доступного титана III, изд. М.А. Имам, Ф.Х. Фроэс и К.Ф. Дринг (Цюрих: Trans Tech Публикации, 2010), с.112.

Р.Р. Бойер - технический специалист компании Boeing. Company, Сиэтл, Вашингтон 98124; [email protected]

Титан класса 5: рабочая лошадка титановых сплавов

Оставить комментарий

В мире металлов - и в бесчисленных отраслях, которые на них рассчитывают - существует бесконечное количество различных типов, сплавов и областей применения. Невозможно объединить какой-либо один металл в одно универсальное обобщение.

Возьмем, к примеру, титан. Титан - невероятно важный металл в современном производстве; он используется каждой мировой отраслью любого размера и имеет бесконечное количество применений. Титан прочен и долговечен, но при этом легкий и обладает множеством явных преимуществ.

Однако не весь титан одинаков. Помимо чистого титана, существует множество титановых сплавов, свойства которых сильно различаются в зависимости от их уникального состава. Титан обычно подразделяется на четыре отдельные группы: нелегированный титан; альфа-структура; альфа-бета-структура; и бета-структура.Каждый из них обладает разными свойствами и поэтому отвечает потребностям различных приложений и отраслей.

Наиболее распространенным из титановых сплавов является титан Grade 5. Он классифицируется как альфа-бета сплав и состоит из 6% алюминия, 4% ванадия и следовых количеств железа. Этот титановый сплав также часто называют Ti 6AI-4V.

Существует множество причин, по которым класс 5 так широко используется, в том числе его исключительная прочность - он намного прочнее, чем коммерчески чистый титан, но обладает той же жесткостью и тепловыми свойствами, которыми известен чистый титан.Кроме того, он поддается термообработке, что делает его идеальным для многих производственных приложений. Тот факт, что он легко сваривается и изготавливается, а также обладает высокой прочностью и устойчивостью к коррозии, позволяет легко понять, почему это самый распространенный титановый сплав в мире.

Титан марки 5 также способен противостоять ряду факторов окружающей среды, включая морскую воду, и выдерживать температуры почти до 800 ° F. Дополнительные преимущества включают хорошее сопротивление усталости, низкое тепловое расширение, высокое отношение прочности к массе и низкий модуль упругости.

По этим причинам титан марки 5 очень часто используется в морских и подводных нефтегазовых приложениях и в целом в нефтяной промышленности. Он также часто используется в аэрокосмической промышленности для различных применений, а также в морской промышленности. И авиакосмические, и автомобильные производители делают ставку на титан 5-го класса для компонентов двигателей, и он широко используется в энергетической промышленности. Этот титановый сплав также часто используется в области медицины, особенно для инструментов и протезов, и даже в человеческом теле в виде хирургических имплантатов.

Компания Continental Steel предлагает широкий выбор титана во многих различных формах для всех отраслей промышленности, в которых рассчитан титан. Пожалуйста, посетите наш веб-сайт для получения дополнительной информации.

Титановые сплавы - Bortec

Как и другие сплавы, титановые сплавы состоят из смеси химических элементов . Они характеризуются очень высокой прочностью на разрыв, ударной вязкостью и коррозионной стойкостью . Кроме того, титановые сплавы способны противостоять чрезвычайно высоким температурам до 760 ° C (1400 ° C) и имеют низкую плотность по сравнению со сталью и другими суперсплавами.Поэтому титановые сплавы сравнительно легкие. Однако, с другой стороны, эти преимущества компенсируются высокими производственными и материальными затратами .

Чистый титан существует в форме β-фазы при температурах выше 885 ° C (1625 ° F) и в форме α-фазы при температурах ниже 885 ° C. Легирующие элементы могут стабилизировать α- или β-фазу. Сплавы, стабилизирующие α-фазу, включают алюминий, кислород и азот. Молибден, вольфрам и тантал стабилизируют β-фазу.

Категории титановых сплавов

Титановые сплавы классифицируются по трем различным категориям .Они различаются по фазовому составу.

Нелегированные марки или альфа-сплавы

Технически чистый или нелегированный титан характеризуется содержанием титана более 99% . Основным легирующим элементом является кислород , определяющий прочность. Более высокое содержание кислорода означает, что прочность и твердость также увеличиваются. Альфа-сплавы обычно состоят только из α-фазы. Однако из-за примесей возможно небольшое количество β-фазы.

Нелегированные марки титана демонстрируют очень хорошую коррозионную стойкость, а также высокую пластичность и формуемость . Однако прочность относительно невысока по сравнению с другими марками титановых сплавов. Кроме того, альфа-сплавы нельзя подвергать термообработке для увеличения прочности.

Примерами нелегированных марок являются марки ASTM 1, 2, 3 и 4.

Сплавы, близкие к альфа

В отличие от альфа-сплавов, которые полностью состоят из α-фазы, сплавы, близкие к альфа, содержат небольшое количество пластичной β-фазы .Для стабилизации α-фазы добавляют сплавы , такие как алюминий . Более того, такие сплавы, как молибден или ванадий , используются в качестве стабилизаторов β-фазы. Их содержание составляет 1-2%.

Сплавы, близкие к альфа, демонстрируют высокую вязкость, хорошее сопротивление ползучести и свариваемость . Однако механическая прочность составляет лишь умеренную и увеличивается с увеличением содержания алюминия.

Примеры сплавов, близких к альфа, включают Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo и Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb.

Альфа-бета сплавы

Альфа-бета-сплавы состоят в основном из Ti- (4-6) Al в сочетании с содержанием от 4% до 5% β-стабилизатора элементов. К ним относятся такие элементы, как вольфрам , молибден, ванадий и алюминий . Следовательно, альфа-бета-сплавы состоят из смеси фаз α и β.

Альфа-бета сплавы можно подвергать термообработке . Это приводит к значительному увеличению прочности , особенно когда применяется дисперсионное твердение.Однако термообработка приводит к снижению пластичности .

В целом, альфа-бета сплавы демонстрируют высокую прочность на растяжение и усталость . Кроме того, они характеризуются хорошей способностью к горячему деформированию и приемлемым сопротивлением ползучести .

Примеры альфа-бета сплавов включают Ti-6Al-4V (Grade 5), который составляет половину от общего объема производства титановых сплавов.

Бета-сплавы

Бета-сплавы богаты β-фазой .Это обеспечивается добавлением достаточного количества стабилизаторов β-фазы , таких как молибден и ванадий . Таким образом, можно поддерживать β-фазу после закалки.

Подобно альфа-бета-сплавам, бета-сплавы можно подвергать термообработке и обработке на твердый раствор. Следовательно, они могут обладать высокой прочностью и хорошей формуемостью . Однако усталостная прочность и пластичность низкие.

Примеры бета-сплавов включают Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al и Ti-15-3.

Приложения

Титановые сплавы применяются в различных отраслях промышленности , к которым относятся следующие.

Аэрокосмические приложения

Технически чистый титан и титановые сплавы обладают высокой прочностью, отличной стойкостью к ползучести и коррозии в сочетании с малым весом. Эти свойства делают материал идеально подходящим для использования в отраслях, где используются высокие стандарты, например, в аэрокосмической промышленности.

Титан используется в конструкции реактивных двигателей и планеров . Сплав Ti-6Al-4V является особенно распространенным, составляя почти 50% всех сплавов, применяемых в авиационной промышленности , которая является крупнейшим потребителем титана .

Морская промышленность

Благодаря отличной коррозионной стойкости титан широко применяется в морской промышленности. Сферы применения: строительство судов, особенно для нефтяных буровых платформ, и опреснение воды .

Медицинские приложения

Титан не только обладает высокой коррозионной стойкостью, но и биосовместим. В сочетании с его способностью особенно хорошо соединяться с человеческими костями, он становится важным материалом в медицинской промышленности.Он используется для следующих приложений :

  • Замены суставов
  • Зубные имплантаты
  • Аппараты хирургические
  • Фармацевтическое оборудование

Автомобильная промышленность

В автомобильной промышленности титан пока не используется в массовом производстве из-за его высокой стоимости. Тем не менее, он часто применяется в гоночных автомобилях и высокопроизводительных автомобилях , особенно в деталях двигателя, выхлопных системах и глушителях.

Все, что вам нужно знать о Titanium

Факты о титане

Титан - 9-й по распространенности элемент на планете. Он обнаружен в магматических и метаморфических породах и порожденных ими аллювиальных отложениях. Это четвертый по распространенности структурный элемент после алюминия, железа и магния, и он составляет 0,66% земной коры.

Только 5% всей добываемой титановой руды перерабатывается в металлический титан. Остальные 95% идут на производство блестящего белого пигмента диоксида титана.Его цвет обусловлен высоким показателем преломления, и он используется во всем: от солнцезащитного крема до линий на центральном корте Уимблдона и для посыпки пончиков Криспи Крем. Металлический титан широко используется в аэрокосмической, химической и автомобильной промышленности, где его свойства проявляются в полной мере.

Титан имеет атомный номер 22 и атомный вес 47,9. Он имеет две аллотропные формы: одна - кубическая с телесным центром, а другая - гексагональная с плотной упаковкой. Титан имеет 5 природных изотопов 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti, 50Ti.

Реактивность

Титана делает его переработку в чистый конечный продукт дорогостоящим. Однако его физические и механические свойства делают его одним из самых интересных металлов нашего времени. Он на 45% легче стали с такой же прочностью, а титан на 60% тяжелее алюминия, но в два раза прочнее. В сочетании с превосходной коррозионной стойкостью, благодаря керамическому оксидному слою, он идеально подходит для использования в некоторых из самых требовательных инженерных приложений в мире.

Будущее

Titanium - это позитивное повышение эффективности в цепочке поставок титана, означающее, что затраты снизились, и металл быстро достигает более широкого проникновения на потребительские рынки.Мы создали для вас универсальный магазин, чтобы вы могли узнать об этом невероятном металле. Читайте дальше, чтобы узнать больше.

История титана

Титан был обнаружен сравнительно недавно преподобным Уильямом Грегором в Корнуолле 200 лет назад, добытый из руды методами Хантера и Кролла в 1930-х годах. Наши знания и использование металла ускорились за последние 50 лет.

Стабильность оксидных руд титана означала, что выделение металла в жизнеспособный высокопроизводительный продукт, который мы имеем сегодня, было серьезной проблемой, и ее невозможно было бы решить без постепенных улучшений, сделанных тысячами профессионалов, работающих в отрасли.Узнайте больше о титане на нашей странице истории титана.

Титановые сплавы, свойства и марки

Микроструктура и кристаллография титановых сплавов влияют на его конечные свойства. Вы можете узнать больше о свойствах наиболее широко используемых титановых сплавов из наших технических паспортов, марок и разделов свойств.

Свойства титана

Титан и его сплавы обладают «поступательной периодичностью на большие расстояния», что означает, что его структура повторяется в пространстве через равные промежутки времени, позволяя муке пластически деформироваться, когда она свободна от примесей.Посетите нашу страницу свойств, чтобы узнать больше об электрических, термических, химических, механических и физических свойствах нелегированного титана.

Титан

Международный стандарт ASTM для титана определяет классы от 1 до 38. Они классифицируются в зависимости от содержания металла в сплаве. Коммерчески чистый титан, известный как CP, представляют собой нелегированные сорта титана, они могут иметь чистоту титана от 99% до «5 девяток» чистотой 99,999%.

Следы примесей в CP Ti могут быть удалены и добавлены легирующие металлы посредством вакуумно-дугового переплавления.Многие из разработанных марок так и не получили широкого распространения. Безусловно, наиболее известным сплавом титана является Grade 5 Ti 6Al 4V, смесь 90% титана, 6% алюминия и 4% ванадия.

Титановый сплав, класс 5 Ti 6AL 4V

Ti 6Al 4V так широко используется из-за оптимального сочетания свойств, которые делают его превосходным по характеристикам над чистым титаном. Посетите нашу страницу Ti 6Al 4V, чтобы узнать больше.

Ti-Pd, класс 7

Grade 7 похож на нелегированный титан, но содержит палладий, повышающий устойчивость к коррозии.Он широко используется в морской и химической переработке.

Grade 9 Ti 3Al 2.5V

Сплав, близкий к альфа, аналогичен титану марки 5, но лучше подходит для холодной обработки. Он обладает более высокой прочностью на разрыв, чем CP Ti, и такими же уровнями свариваемости.

Марка 12Ti0.3Mo0.8 Ni

Титан марки 12 относится к категории технически чистых. В него добавлены молибден и никель, что обеспечивает свойства, аналогичные свойствам добавления палладия в Grade 7. Но его преимущество заключается в меньшей стоимости.

Класс 23 Ti 6Al-4V ELI

Grade 23 почти такой же, как Ti Grade 5. ELI означает очень низкие межстраничные объявления. Сплав Eli имеет лучшую ударную вязкость, чем стандартный сплав, из-за меньшей вероятности образования трещин вокруг нежелательных примесей, таких как кислород и азот.

Микроструктура и кристаллография титана

Есть три категории титановых сплавов альфа, бета и альфа-бета. Они сгруппированы в эти категории на основе их доминирующей фазы и микроструктуры.Вы можете узнать больше на нашей странице микроструктуры титана.

Цепочка поставок титана Добыча титана

Наш обзор цепочки поставок титана проведет вас от образования титановой руды в магматических очагах до добычи, обработки и механической обработки, связанных с созданием высокопроизводительного титана.

- Титановые руды и промышленная добыча

Титан содержится в ряде коммерчески выгодных рудных месторождений по всему миру. Рудный ильменит образуется в магматических очагах вулканов.Его добывают либо на месте, либо из тяжелых минеральных песков, которые образуются там, где реки и ручьи откладывают минерал. Здесь вы можете узнать больше о других рудах, из которых получают титан, и о процессе их добычи.

- Производство и обработка титана

После того, как руда была извлечена из земли, она должна пройти ряд процессов, чтобы перейти к тому, что мы называем титаном. Процесс Кролла - это текущий коммерческий процесс производства титана, который используется для создания чистой титановой губки, которая может подвергаться дальнейшей обработке.

Легирование титана

После процесса Кролла титан помещают в камеру вакуумно-дугового переплавления, известную как VAR. Здесь можно удалить примеси и добавить в металл легирующие металлы, такие как хром, ванадий и алюминий.

Литье и ковка титана

Титан может быть литым или кованным. Кованый титан обычно прочнее из-за сжимающих сил, прикладываемых к металлу во время обработки, что приводит к лучшему сродству в структуре металла.Литье, при котором металл заливается в форму, используется в менее дорогостоящих титановых приложениях, где не требуется оптимальных характеристик металла.

Термическая обработка

В зависимости от области применения некоторым сплавам потребуется термообработка, которая повысит их прочность и твердость. Термическая обработка снижает остаточные напряжения, возникающие при изготовлении.

- Производство титанового сплава

Из титана можно производить изделия сложной формы.С ним можно обращаться, как с любым другим высококачественным металлом, при условии учета его уникальных свойств.

- Фрезерование и обработка

Вы можете узнать больше о процессе фрезерования и обработки в нашем разделе обработки титана, мы охватываем все, что вам нужно знать, от подачи и скорости до общих проблем, возникающих при обработке титана.

- Применение титана и его сплавов

Титан используется в широком спектре отраслей промышленности, включая химические заводы, опреснение воды, морские нефтяные и газовые установки, аэрокосмическую промышленность, архитектуру, ювелирные изделия, спортивное оборудование и высокопроизводительные автомобили.Вы можете узнать больше в нашем разделе приложений.

- Достоинства и недостатки титановых сплавов

Титан - невероятно универсальный металл. Однако сложность, связанная с обработкой его до приемлемого стандарта, делает его слишком дорогим для некоторых приложений. Вы можете узнать больше о преимуществах и недостатках титана здесь.

SGS предназначены для повышения эффективности процесса обработки титана. Титан - дорогой металл в производстве.Мы разрабатываем и производим режущие инструменты, которые будут работать быстро и качественно. Мы сокращаем производственные затраты наших клиентов, обеспечивая ценность шпинделя.

Применение и классификация титановой проволоки

Применение и классификация титановой проволоки



Просмотры сообщений: 1,021

Чистый титан - серебристо-белый металл со многими превосходными свойствами. В последние годы, благодаря постоянным исследованиям и разработкам титана , сегодня на рынке можно найти все больше и больше титановой продукции.А титановая проволока - один из самых распространенных продуктов из титана в нашей жизни. В этой статье мы рассмотрим использование титановой проволоки и классификацию .

Применение и классификация титановой проволоки

Использование титановой проволоки Титановая проволока

полностью наследует преимущества титановых сплавов и титана и имеет ряд превосходных характеристик, таких как хорошая коррозионная стойкость, высокая удельная прочность, немагнитность, высокая биосовместимость, низкий импеданс к ультразвуку и хорошая функция памяти формы и многое другое. более.Поэтому проволока из титана и титановых сплавов широко используется во многих областях.

1. В настоящее время более 80% проволоки из титана и титановых сплавов используются в качестве сварочной проволоки, например, для сварки различного титанового оборудования, сварки труб, ремонтной сварки дисков турбин и лопаток реактивных двигателей самолетов, а также сварки приемники.

2. Благодаря своей превосходной коррозионной стойкости титановая проволока широко используется в химической, фармацевтической и бумажной промышленности.Из него можно сделать сетку для фильтров морской воды, фильтров для очищенной воды и фильтров для химических препаратов.

3. Титан и проволока из титановых сплавов также используются для изготовления крепежных деталей, несущих элементов, пружин и т. Д. Из-за их хороших общих характеристик.

4. В медицине и здравоохранении, благодаря своей превосходной биосовместимости, проволока из титана и титанового сплава используется для производства медицинских устройств, таких как фиксация зубных коронок и фиксация черепа, имплантированных в человеческое тело.

5. Некоторые проволоки из титанового сплава с функцией памяти формы, например проволока из титано-никелевого сплава, используются для изготовления спутниковых антенн, подплечников для одежды, женских бюстгальтеров и оправ для очков.

6. В гальванике и водоочистной промышленности титан и проволока из титановых сплавов используются для изготовления различных электродов.

Классификация титановой проволоки

В соответствии с различными свойствами титана и титанового сплава, могут изготавливаться разные типы титановой проволоки.Как правило, титановую проволоку можно разделить на следующие типы: проволока из чистого титана, проволока из титанового сплава, проволока из чистого титана для очков, прямая титановая проволока, титановая сварочная проволока, титановая проволока для подвешивания, проволока из титановой катушки, блестящая титановая проволока, медицинская титановая проволока, титан. проволока из никелевого сплава. И разные типы титановой проволоки используются по-разному.

Применение и классификация титановой проволоки

Например, проволока для очков из чистого титана в основном используется для изготовления держателей для очков, титановая проволока для подвешивания используется для подвешивания груза, а проволока из титано-никелевого сплава обычно используется в качестве материала сплава с эффектом памяти.

Заключение

С развитием экономики растет спрос на проволоку из титана и титановых сплавов. В настоящее время титановая проволока дефицитна и имеет большой потенциал развития.

Благодарим вас за чтение нашей статьи и надеемся, что она поможет вам лучше понять использование и классификацию титановой проволоки . Если вы хотите узнать больше о титане, вы можете посетить Advanced Refractory Metals ( ARM ) для получения дополнительной информации.

со штаб-квартирой в Лейк-Форест, Калифорния, ARM является ведущим производителем и поставщиком тугоплавких металлов по всему миру . Мы предоставляем нашим клиентам высококачественные тугоплавкие металлы, такие как вольфрам , молибден, тантал, рений, титан, и цирконий по очень конкурентоспособной цене.

Титан

Химический элемент титан относится к переходным металлам. Он был открыт в 1791 году преподобным Уильямом Грегором.

Зона данных

Классификация: Титан - переходный металл
Цвет: серебристо-белый
Атомный вес: 47,87
Состояние: цельный
Температура плавления: 1668 o C, 1941 K
Температура кипения: 3287 o C, 3560 K
Электронов: 22
Протоны: 22
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе: 26
Электронные оболочки: 2,8,10,2
Электронная конфигурация: [Ar] 3d 2 4s 2
Плотность при 20 o C: 4.50 г / см 3
Показать еще, в том числе: температуры, энергии, окисление,
реакции, соединения, радиусы, проводимости
Атомный объем: 10,64 см 3 / моль
Состав: hcp: шестигранник закрытый pkd
Твердость: 6.0 mohs
Удельная теплоемкость 0,52 Дж г -1 K -1
Теплота плавления 14.15 кДж моль -1
Теплота распыления 471 кДж моль -1
Теплота испарения 425 кДж моль -1
1 st энергия ионизации 658 кДж моль -1
2 nd энергия ионизации 1310,3 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации 2652.5 кДж моль -1
Сродство к электрону 7,6 кДж моль -1
Минимальная степень окисления -1
Мин. общее окисление нет. 0
Максимальное число окисления 4
Макс. общее окисление нет. 4
Электроотрицательность (шкала Полинга) 1,54
Объем поляризуемости 14.6 Å 3
Реакция с воздухом легкая, w / ht ⇒ TiO 2
Реакция с 15 M HNO 3 пассивированный
Реакция с 6 M HCl нет
Реакция с 6 М NaOH нет
Оксид (ов) TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 (диоксид титана) и др.
Гидрид (ы) TiH 2
Хлорид (ы) TiCl 2 , TiCl 3 , TiCl 4
Атомный радиус 140 вечера
Ионный радиус (1+ ион) 128 вечера
Ионный радиус (2+ ионов) 100 вечера
Ионный радиус (3+ ионов) 81 вечера
Ионный радиус (1-ионный)
Ионный радиус (2-ионный)
Ионный радиус (3-ионный)
Теплопроводность 21.9 Вт м -1 K -1
Электропроводность 2,6 x 10 6 См -1
Температура замерзания / плавления: 1668 o C, 1941 K

Музей Гуггенхайма, Бильбао, покрытый титановыми панелями.

Ильменит, минерал, в котором Уильям Грегор открыл титан.

Открытие титана

Доктор Дуг Стюарт

Об открытии титана было объявлено в 1791 году геологом-любителем преподобным Уильямом Грегором из Корнуолла, Англия. (1), (2)

Грегор нашел черный магнитный песок, похожий на порох, в ручье в округе Маннакан в Корнуолле, Англия. (Теперь мы называем этот песчаный ильменит; это смесь, состоящая в основном из оксидов железа и титана.)

Грегор проанализировал песок и обнаружил, что это в основном магнетит (Fe 3 O 4 ) и довольно нечистый оксид нового металла, который он описал как «красновато-коричневый окалин».

Эта окалина стала желтой при растворении в серной кислоте и пурпурной при восстановлении железом, оловом или цинком.Грегор пришел к выводу, что он имел дело с новым металлом, который он назвал манакканитом в честь прихода Маннакана.

Обнаружив новый металл, Грегор вернулся к своим пастырским обязанностям.

Немногое больше происходит в нашей истории до 1795 года, когда известный немецкий химик Мартин Клапрот испытал волнение от открытия нового металлического элемента. Клапрот назвал новый металл титаном в честь титанов, сыновей богини Земли в греческой мифологии.

Клапрот обнаружил титан в минерале рутиле из Бойника, Венгрия.Как и калькс Грегора, рутил был красного цвета. В 1797 году Клапрот прочитал отчет Грегора от 1791 года и понял, что красный оксид, в котором он нашел титан, и красный оксид, в котором Грегор нашел манакканит, на самом деле одно и то же; титан и макканит были одним и тем же элементом, и Грегор был настоящим первооткрывателем этого элемента.

Грегор, возможно, превзошел Клапрота в новом металле, но ученые предпочли «титан» Клапрота «манакканиту» Грегора.

Получить образец чистого титана оказалось намного сложнее, чем его обнаружить.

Многие ученые пытались, но прошло 119 лет с момента его открытия, пока в 1910 году металлургом Мэтью Хантером в Скенектади, штат Нью-Йорк, металлургом Мэтью Хантером не был выделен титан с чистотой 99,9%, который нагрел хлорид титана (IV) с натрием до красного тепла в цилиндре под давлением. (2)

В 1936 году процесс Кролла (нагрев хлорида титана (IV) с магнием) сделал возможным промышленное производство титана. К 1948 году мировое производство достигло всего 3 тонн в год.

Однако к 1956 году ученые и инженеры поняли, что свойства титана очень желательны, и мировое производство резко выросло до 25 000 тонн в год. (3)

Прогноз мирового производства металлического титана с использованием процесса Kroll на 2011 год составлял 223 000 метрических тонн. (4)

Кузнец делает нож из титана и демонстрирует свойства металла.

Мелкодисперсный титан легко горит.

Компьютерное изображение атомов титана (синий), связанных с углеродной нанотрубкой в ​​водородном (красный) топливном элементе.Подобные молекулы могут повысить эффективность топливных элементов для использования в автомобилях. Изображение: T. Yildirim / NIST

Внешний вид и характеристики

Вредное воздействие:

Металлический титан считается нетоксичным. В виде металлической стружки или порошка он представляет значительную опасность возгорания. Хлориды титана вызывают коррозию.

Характеристики:

Чистый титан - легкий, серебристо-белый, твердый, блестящий металл. Он обладает превосходной прочностью и устойчивостью к коррозии, а также имеет высокое соотношение прочности и веса.

Скорость коррозии титана настолько мала, что после 4000 лет в морской воде коррозия могла бы проникнуть в металл только на толщину тонкого листа бумаги. (3)

При высоких температурах металл горит на воздухе и, что необычно, титан горит еще и в чистом азоте.

Титан пластичен и податлив при нагревании.

Нерастворим в воде, но растворим в концентрированных кислотах.

Использование титана

Металлический титан используется в качестве легирующего агента с металлами, включая алюминий, железо, молибден и марганец.Сплавы титана в основном используются в аэрокосмической отрасли, самолетах и ​​двигателях, где необходимы прочные, легкие, термостойкие материалы.

Благодаря своей устойчивости к морской воде (см. Выше) титан используется для изготовления корпусов судов, гребных валов и других конструкций, подверженных воздействию моря.

Титан также используется в имплантатах для замены суставов, таких как шаровидный тазобедренный сустав.

Около 95% производства титана приходится на долю диоксида титана (диоксида титана).Этот ярко-белый пигмент с высоким показателем преломления и сильным поглощением ультрафиолетового излучения используется в белых красках, пищевых красителях, зубных пастах, пластмассах и солнцезащитных кремах.

Титан используется в нескольких повседневных изделиях, таких как сверла, велосипеды, клюшки для гольфа, часы и портативные компьютеры.

Численность и изотопы

Изобилие земной коры: 0,56% по массе, 0,25% по молям

Солнечная система изобилия: 4 части на миллион по весу, 100 частей на миллиард по молям

Стоимость, чистая: 661 доллар за 100 г

Стоимость, оптом: $ за 100 г

Источник: Титан - девятый по содержанию металл в земной коре.Титан не встречается в природе в свободном виде, но содержится в таких минералах, как рутил (оксид титана), ильменит (оксид железа, титана) и сфен (титанит или силикат титана кальция).

В промышленных масштабах металл выделяют с использованием процесса Кролла, который первоначально дает оксид титана из минерала ильменита. Оксид TiO 2 затем превращается в хлорид (TiCl 4 ) посредством карбохлорирования. Его конденсируют и очищают фракционной перегонкой, а затем восстанавливают расплавленным магнием в атмосфере аргона.

Изотопы: Титан имеет 18 изотопов с известными периодами полураспада с массовыми числами от 39 до 57. Встречающийся в природе титан представляет собой смесь его пяти стабильных изотопов, и они находятся в указанных процентах: 46 Ti (8,2%), 47 Ti (7,4%), 48 Ti (73,7%), 49 Ti (5,4%) и 50 Ti (5,2%). Наиболее естественно распространенный из этих изотопов 48 Ti 73,7%.

Список литературы
  1. Уильям Грегор, Beobachtungen und Versuche über den Menakanite, einen in Cornwall gefundenen magnetischen Sand., в Chemische Annalen Лоренца Крелла, 1791, стр. 40.
  2. Мэри Эльвира Уикс, Открытие элементов. XI. Некоторые элементы, выделенные с помощью калия и натрия: цирконий, титан, церий и торий. J. Chem. Образов., 1932, с. 1231.
  3. Том Маргерисон, Будущее титана., New Scientist, 12 июня 1958 г., стр. 156.
  4. Исследования и разработки в области титана.
Процитируйте эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

 Титан 
 

или

  Факты о титановых элементах 
 

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку в соответствии с MLA:

 «Титан». Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 18 октября 2012 г. Интернет.
. 
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *