Титан — элемент с атомным номером 22 в периодической таблице. Это элемент подгруппы четвертого периода, то есть флаг IVB. Помимо титана, в эту группу элементов также входят цирконий и гафний. Его общей чертой является то, что он имеет высокую температуру плавления и находится на своей поверхности при комнатной температуре. Образуется стабильная оксидная пленка....
Титан — элемент с атомным номером 22 в периодической таблице. Это элемент подгруппы четвертого периода, то есть флаг IVB. Помимо титана, в эту группу элементов также входят цирконий и гафний. Его общей чертой является то, что он имеет высокую температуру плавления и находится на своей поверхности при комнатной температуре. Образуется стабильная оксидная пленка.
1. Десять характеристик титана
(1) Низкая плотность, высокая прочность и высокая удельная прочность
Плотность титана составляет 4,51 г/см3, что составляет 57% стали. Титан менее чем в два раза тяжелее алюминия и в три раза прочнее алюминия. Удельная прочность (отношение прочности/плотности) титанового сплава является самой большой в распространенных промышленных сплавах (см. табл. 2-1). Удельная прочность титанового сплава в 3,5 раза выше, чем у нержавеющей стали; в 1,3 раза больше, чем у алюминиевого сплава; В 1,7 раза больше, чем у магниевого сплава, поэтому он является незаменимым конструкционным материалом для аэрокосмической промышленности.
Таблица 2-1 Сравнение плотности и удельной прочности титана и других металлов
(2) Отличная коррозионная стойкость
Пассивация титана зависит от наличия оксидной пленки, а его коррозионная стойкость в окислительной среде намного лучше, чем в восстановительной среде. Высокие скорости коррозии происходят в восстановительных средах. Титан не подвергается коррозии в некоторых агрессивных средах, таких как морская вода, влажный хлор, растворы хлорита и гипохлорита, азотная кислота, хромовая кислота, хлориды металлов, сульфиды и органические кислоты. Однако в средах, которые реагируют с титаном с образованием водорода (например, соляной кислоты и серной кислоты), титан обычно имеет большую скорость коррозии. Однако, если в кислоту добавить небольшое количество окислителя, на поверхности титана образуется пассивационная пленка. Поэтому титан устойчив к коррозии в сильных смесях серная кислота-азотная кислота или соляная кислота-азотная кислота, даже в соляной кислоте, содержащей свободный хлор. Защитная оксидная пленка титана часто образуется, когда металл сталкивается с водой, даже в небольших количествах воды или водяного пара. Если титан подвергается воздействию сильной окислительной среды без воды вообще, он будет быстро окисляться и реагировать бурно, часто даже самовозгораясь. Такие явления происходили в реакции титана с дымящейся азотной кислотой, содержащей избыток оксида азота, и с сухим хлором. Поэтому, чтобы предотвратить такие реакции, должно быть определенное количество воды.
(3) Хорошая термостойкость
Обычно алюминий теряет свои первоначальные свойства при 150 ° C, нержавеющая сталь теряет свои первоначальные свойства при 310 ° C, а титановые сплавы по-прежнему сохраняют хорошие механические свойства при температуре около 500 ° C. Когда скорость летательного аппарата достигает в 2,7 раза скорости звука, температура поверхности конструкции самолета достигает 230 °C, алюминиевый сплав и магниевый сплав больше не могут использоваться, а титановый сплав может соответствовать требованиям. Титан обладает хорошей термостойкостью и используется в дисках и лопастях компрессоров авиационных двигателей и обшивке задней части фюзеляжа самолетов.
(4) Хорошие низкотемпературные характеристики
Прочность некоторых титановых сплавов (таких как Ti-5AI-2.5SnELI) увеличивается с понижением температуры, но пластичность не сильно уменьшается, и он по-прежнему обладает хорошей пластичностью и ударной вязкостью при низкой температуре, что подходит для использования при сверхнизкой температуре. Он может использоваться на двигателях ракет с сухим жидким водородом и жидким кислородом или в качестве сверхнизких температурных контейнеров и резервуаров для хранения на пилотируемых космических кораблях.
(5) Немагнитные
Титан немагнитный, он используется в корпусах подводных лодок и не вызовет взрыва мин.
(6) Малая теплопроводность
Сравнение теплопроводности титана и других металлов приведено в таблице 2-2.
Таблица 2-2 Сравнение теплопроводности титана и других металлов
Теплопроводность титана невелика, всего 1/5 стали, 1/13 алюминия и 1/25 меди. Плохая теплопроводность является недостатком титана, но эта особенность титана может быть использована в определенных приложениях.
(7) Низкий модуль упругости
Сравнение модуля упругости титана и других металлов приведено в таблице 2-3.
Таблица 2-3 Сравнение модуля упругости титана и других металлов
Модуль упругости титана составляет всего 55% от модуля упругости стали. При использовании в качестве конструкционного материала низкий модуль упругости является недостатком.
(8) Прочность на растяжение и предел текучести очень близки
Прочность на растяжение титанового сплава Ti-6AI-4V составляет 960 МПа, а предел текучести составляет 892 МПа, разница между ними составляет всего 58 МПа, см. Таблицу 2-4.
Таблица 2-4 Сравнение прочности на растяжение и предела текучести титана и других металлов
(9) Титан легко окисляется при высокой температуре
Титан обладает сильной связующей силой с водородом и кислородом, поэтому следует обратить внимание на предотвращение окисления и поглощения водорода. Титановая сварка должна проводиться под защитой аргона для предотвращения загрязнения. Титановые трубы и листы должны подвергаться термической обработке под вакуумом, а при термической обработке титановых поковок следует контролировать микроокислительную атмосферу.
(10) Низкие антидемпфирующие характеристики
Колокола изготавливаются из титана и других металлических материалов (меди, стали) одинаковой формы и размера. Если ударить по каждому колоколу с одинаковой силой, то можно обнаружить, что колокол из титана колеблется в течение длительного времени, то есть благодаря энергии, отдаваемой колоколу, нелегко рассеивается ударом, поэтому мы говорим, что демпфирующие характеристики титана низкие.
