Titāna īpašības un funkcijas

Titāns ir elements ar atomu skaitu 22 periodiskajā tabulā. Ceturtā perioda elementu apakšgrupa, IVB apzīmējums, papildus titānam ietver cirkoniju un hafniju. Kopīgā iezīme ir augsta kušanas temperatūra, kas veidojas uz tās virsmas istabas temperatūrā. stabila oksīda plēve.

1. Zems blīvums, augsta izturība, augsta īpatnējā izturība

Titāna blīvums ir 4,51 g/cm3, kas ir 57 procenti tērauda. Titāna svars ir mazāk nekā divas reizes lielāks par alumīniju, tomēr trīs reizes stiprāks. Titāna sakausējuma īpatnējā stiprība (stiprības/blīvuma attiecība) ir lielākā starp parasti izmantotajiem rūpnieciskajiem sakausējumiem (sk. 2-1 tabulu). Titāna sakausējuma īpatnējā izturība ir 3,5 reizes lielāka nekā nerūsējošā tērauda; 1,3 reizes vairāk nekā alumīnija sakausējums; 1,7 reizes vairāk nekā magnija sakausējums. Tas ir neaizstājams aviācijas un kosmosa nozares konstrukcijas materiāls.

Tabula 2-1 Titāna un citu metālu blīvuma un īpatnējās stiprības salīdzinājums

2. Lieliska izturība pret koroziju

Titāna pasivēšana ir atkarīga no oksīda plēvju klātbūtnes, kas ir izturīgākas pret koroziju oksidējošā vidē nekā reducējošajā vidē. Ātrgaitas korozija rodas reducējošajā vidē. Titāns nerūsē dažās kodīgās vidēs, piemēram, jūras ūdenī, mitrā hlorā, hlorīta un hipohlorīta šķīdumos, slāpekļskābē, hromskābē, metālu hlorīdos, sulfīdos un organiskās skābēs. Bet vidē (piemēram, sālsskābē, sērskābē), kas reaģē ar titānu, veidojot ūdeņradi, titānam parasti ir liels korozijas ātrums. Taču, ja skābei pievieno nelielu daudzumu oksidētāja, uz titāna virsmas izveidosies pasivācijas plēve. Tāpēc titānam ir izturība pret koroziju koncentrētā sērskābes-slāpekļskābes vai sālsskābes-slāpekļskābes maisījumā, pat sālsskābē, kas satur brīvu hloru. Titāna aizsargājoša oksīda plēve parasti veidojas, metālam nonākot saskarē ar ūdeni, pat nelielos daudzumos vai ūdens tvaikos. Ja titāns tiek pakļauts spēcīgai oksidējošai videi bez ūdens, notiks ātra oksidēšanās un vardarbīgas reakcijas, un bieži vien pat spontāna aizdegšanās. Šī parādība rodas, titānam reaģējot ar kūpošu slāpekļskābi, kas satur slāpekļa oksīdu pārpalikumu, un kad titāns reaģē ar sausu hlora gāzi. Tāpēc, lai novērstu šādas reakcijas, ir jābūt noteiktam ūdens daudzumam. Pat nelielos daudzumos vai ūdens tvaikos. Ja titāns tiek pakļauts spēcīgai oksidējošai videi bez ūdens, notiks ātra oksidēšanās un vardarbīgas reakcijas, un bieži vien pat spontāna aizdegšanās. Šī parādība rodas, titānam reaģējot ar kūpošu slāpekļskābi, kas satur slāpekļa oksīdu pārpalikumu, un kad titāns reaģē ar sausu hlora gāzi. Tāpēc, lai novērstu šādas reakcijas, ir jābūt noteiktam ūdens daudzumam. Pat nelielos daudzumos vai ūdens tvaikos. Ja titāns tiek pakļauts spēcīgai oksidējošai videi bez ūdens, notiks ātra oksidēšanās un vardarbīgas reakcijas, un bieži vien pat spontāna aizdegšanās. Šī parādība rodas, titānam reaģējot ar kūpošu slāpekļskābi, kas satur slāpekļa oksīdu pārpalikumu, un kad titāns reaģē ar sausu hlora gāzi. Tāpēc, lai novērstu šādas reakcijas, ir jābūt noteiktam ūdens daudzumam.

3. Laba karstumizturība

Parasti alumīnijs zaudē savas sākotnējās īpašības pie 150 grādiem, nerūsējošais tērauds zaudē sākotnējās īpašības pie 310 grādiem, un titāna sakausējumi joprojām saglabā labas mehāniskās īpašības aptuveni 500 grādu temperatūrā. Kad lidmašīnas ātrums sasniedz 2,7 reizes lielāku skaņas ātrumu, gaisa kuģa konstrukcijas virsmas temperatūra sasniedz 230 grādus, un alumīnija un magnija sakausējumus nevar izmantot, savukārt titāna sakausējumi var atbilst prasībām. Titānam ir laba karstumizturība, un to izmanto aviācijas dzinēju kompresoru diskos un lāpstiņās, kā arī lidmašīnas aizmugures fizelāžas apvalkā.

4. laba zemas temperatūras veiktspēja

Dažu titāna sakausējumu (piemēram, Ti-5AI-2.5SnELI) stiprība palielinās, pazeminoties temperatūrai, bet plastiskums daudz nesamazinās. Tam joprojām ir laba plastika un stingrība zemā temperatūrā, kas ir piemērota lietošanai īpaši zemā temperatūrā. To var izmantot sausa šķidrā ūdeņraža un šķidrā skābekļa raķešu dzinējiem, kā arī var izmantot īpaši zemas temperatūras konteineriem un pilotējamu kosmosa kuģu uzglabāšanas tvertnēm.

5. nemagnētisks

Titāns nav magnētisks un tiek izmantots zemūdeņu čaulās, un tas neizraisīs mīnu sprādzienus.

6. Maza siltumvadītspēja

Titāna un citu metālu siltumvadītspējas salīdzinājums ir parādīts tabulā 2-2.

Tabula 2-2 Titāna un citu metālu siltumvadītspējas salīdzinājums

Titāna siltumvadītspēja ir maza, tikai 1/5 no tērauda, ​​1/13 no alumīnija un 1/25 no vara. Slikta siltumvadītspēja ir titāna trūkums, taču dažos gadījumos šo titāna īpašību var izmantot.

7. zems elastības modulis

Titāna elastības modulis ir salīdzināts ar citiem metāliem tabulā 2-3.

Tabula 2-3 Titāna un citu metālu elastības moduļa salīdzinājums

Titāna elastības modulis ir tikai 55 procenti no tērauda, ​​un tā zemais elastības modulis ir trūkums, ja to izmanto kā konstrukcijas materiālu.

8. Stiepes izturība un tecēšanas robeža ir ļoti līdzīgas

Titāna sakausējuma Ti-6AI-4V stiepes izturība ir 960 MPa, tecēšanas robeža ir 892 MPa, atšķirība starp abiem ir tikai 58 MPa, skatiet tabulu 2-4.

Tabula 2-4 Titāna un citu metālu stiepes izturības un tecēšanas robežas salīdzinājums

9. Titāns viegli oksidējas augstā temperatūrā

Titānam ir spēcīgas ūdeņraža un skābekļa saites, tāpēc ir jārūpējas, lai novērstu oksidēšanos un ūdeņraža absorbciju. Titāna metināšana jāveic argona aizsardzībā, lai novērstu piesārņojumu. Titāna caurules un plānās plāksnes ir termiski jāapstrādā vakuumā, un titāna kalumu termiskai apstrādei jākontrolē mikrooksidatīvā atmosfēra.

10 .Zema amortizācijas pretestība

Izmantojiet titānu un citus metāla materiālus (varu, tēraudu), lai izgatavotu tieši tādas pašas formas un izmēra zvanus, un sitiet katru zvanu ar tādu pašu spēku, un jūs atklāsit, ka no titāna izgatavotais zvans vibrē un skaņa ilgst, tas ir, zvanot zvanam. Dotā enerģija nav viegli pazūd, tāpēc mēs sakām, ka titāna amortizācijas veiktspēja ir zema.