Свойства космического металла титана: низкая плотность, высокая температура плавления и коррозионная стойкость

Свойства космического металла титана: низкая плотность, высокая температура плавления и коррозионная стойкость

Титан – элемент 4 группы 4 периода. Переходный металл, проявляет и основные, и кислотные свойства, довольно широко распространен в природе – 10 место. Наиболее интересным для народного хозяйства является сочетание высокой твердости металла и легкости, что делает его незаменимым элементом для авиастроения. Данная статья расскажет вам о маркировке, легирующих и иных свойствах металла титана, даст общую характеристику и интересные факты о нем.

По внешнему виду металл больше всего напоминает сталь, однако механические его качества выше. При этом титан отличается малым весом – молекулярная масса 22. Физические свойства элемента изучены довольно хорошо, однако сильно зависят от чистоты металла, что приводит к существенным отклонениям.

Кроме того, имеет значение его специфические химические свойства.

Титан устойчив к щелочам, азотной кислоте, и в то же время бурно взаимодействует с сухими галогенами, а при более высокой температуре – с кислородом и азотом.

Хуже того, он начинает поглощать водород еще при комнатной температуре, если имеется активная поверхность. А в расплаве впитывает кислород и водород настолько интенсивно, что расплавление приходится проводить в вакууме.

Еще одна важная особенность, определяющая физические характеристики – существование 2 фаз состояния.

  • Низкотемпературная – α-Ti имеет гексагональную плотноупакованную решетку, плотность вещества – 4,55 г/куб. см (при 20 С).
  • Высокотемпературная – β-Ti характеризуется объемно-центрированный кубической решеткой, плотность фазы, соответственно, меньше – 4, 32 г/куб. см. (при 900С).

Температура фазового перехода – 883 С.

В обычных условиях металл покрывается защитной оксидной пленкой. При ее отсутствии титан представляет большую опасность. Так, титановая пыль может взрываться, температура такой вспышки 400С. Титановая стружка является пожароопасным материалом и хранится в специальной среде.

  • Далее мы рассмотрим магнитные, механические, химические и физические свойства титана, его сплавов и их применение.
  • О структуре и свойствах титана рассказывает видео ниже:

Титан на сегодня является самым прочным среди всех существующих технических материалов, поэтому, несмотря на сложность получения и высокие требования по безопасности к производственному процессу, применяется достаточно широко.

Физические характеристики элемента довольно необычны, однако очень сильно зависят от чистоты.

Так, чистый титан и сплавы активно применяются в ракето- и авиастроении, а технический непригоден, так как из-за примесей теряет прочность при высоких температурах.

Плотность металла

Свойства космического металла титана: низкая плотность, высокая температура плавления и коррозионная стойкость

  • При температурах от 0 до температуры плавления уменьшается от 4,51 до 4,26 г/куб. см, причем во время фазового перехода повышаете на 0,15%, а затем вновь уменьшается.
  • Плотность жидкого металла составляет 4,12 г/куб. см, а затем уменьшается с повышением температуры.

Температуры плавления и кипения

Фазовый переход разделяет все свойства металла на качества, которые может проявлять α- и β-фазы. Так, плотность до 883 С, относится к качествам α-фазы, а температуры плавления и кипения – к параметрам β-фазы.

  • Температура плавления титана (в градусах) составляет 1668+/-5 С;
  • Температура кипения достигает 3227 С.

Это один из наиболее жаростойких металлов, известных в металлургии.

Далее указана краткая характеристика титана с т.з. механических особенностей.

Горение титана рассмотрено в этом видеоролике:

Титан примерно в 2 раза прочнее железа и в 6 раз – алюминия, что и делает его столь ценным конструкционным материалом. Показатели относятся к свойствам α-фазы.

  • Предел прочности вещества при растяжении составляет 300–450 МПа. Показатель можно увеличить до 2000 МПа, добавив некоторые элементы, а также прибегнув к специальной обработке – закалке и старению.

Интересно то, что высокую удельную прочность титан сохраняет и при самых низких температурах. Более того, при понижении температуры прочность на изгиб растет: при +20 С показатель составляет 700 МПа, а при -196 – 1100 МПа.

  • Упругость металла относительно невелика, что является существенным недостатком вещества. Модуль упругости при нормальных условиях 110,25 ГПа. Кроме того, титану свойственна анизотропия: упругость по разным направлениям достигает разного значения.
  • Твердость вещества по шкале НВ составляет 103. Причем показатель это усредненный. В зависимости от чистоты металла и характера примесей твердость может быть и выше.
  • Условный предел текучести составляет 250–380 МПа. Чем выше этот показатель, тем лучше изделия из вещества противостоят нагрузкам и тем больше сопротивляются износу. Показатель титана превосходит показатель алюминия в 18 раз.

По сравнению с другими металлами, имеющими такую же решетку, металл обладает очень приличной пластичностью и ковкостью.

Далее рассмотрена удельная теплоемкость титана.

Теплоемкость

Свойства космического металла титана: низкая плотность, высокая температура плавления и коррозионная стойкость

  • Теплопроводность его составляет 16,76 l , Вт/(м × град). Это меньше чем у железа в 4 раза и в 12 раз меньше, чем у алюминия.
  • Зато коэффициент термического расширения у титана ничтожен при нормальной температуре и возрастает при повышении температуры.
  • Теплоемкость металла составляет 0,523 кдж/(кг·К).

Электрические характеристики

Как чаще всего и бывает, низкая теплопроводность обеспечивает и низкую электропроводность.

  • Удельное электросопротивление металла весьма велико – 42,1·10-6 ом·см в нормальных условиях. Если считать проводимость серебра равной 100%, то проводимость титана будет равна 3,8%.
  • Титан является парамагнитом, то есть, его нельзя намагничивать в поле, как железо, но и выталкиваться из поля, как медь он не будет. Свойство это с понижением температуры линейно уменьшается, но, пройдя минимум, несколько увеличивается. Удельная магнитная восприимчивость составляет 3,2 10-6 Г-1. Стоит отметить, что восприимчивость, так же как и упругость образует анизотропию и изменяется в зависимости от направления.

При температуре 3,8 К титан становится сверхпроводником.

Коррозионная стойкость

В нормальных условиях титан отличается очень высокими антикоррозийными свойствами. На воздухе его покрывает слой оксида титана толщиной в 5–15 мкм, что и обеспечивает отличную химическую инертность.

Металл не корродирует в воздухе, морском воздухе, морской воде, влажном хлоре, хлорной воде и многочисленных других технологических растворах и реагентах, что делает материал незаменимым в химической, бумагоделательной, нефтяной промышленности.

При повышении температуры или сильном измельчении металла картина резко меняется. Металл реагирует едва ли не со всеми газами, входящими в состав атмосферы, а в жидком состоянии еще и впитывает их.

Далее рассмотрена токсичность титана.

Титан является одним из самых биологически инертных металлов. В медицине он применяется для изготовления протезов, так как отличается стойкостью к коррозии, легкостью и долговечностью.

Диоксид титана не столь безопасен, хотя используется куда чаще – в косметологической, пищевой промышленности, например.

По некоторым данным – UCLA, исследования профессора патологии Роберта Шистла, наночастицы диоксида титана воздействуют на генетический аппарат и могут способствовать развитию рака.

Причем через кожный покров вещество не проникает, поэтому применение солнцезащитных средств, в составе которых есть диоксид, опасности не представляет, а вот вещество, попадающее внутрь организма – с пищевыми красителями, биологическими биодобавками, может оказаться опасным.

Титан – уникально прочный, твердый и легкий металл с очень интересными химическими и физическими свойствами. Это сочетание настолько ценно, что даже сложности с выплавкой и очисткой титана производителей не останавливают.

О том, как отличить титан от стали, этот видеосюжет и расскажет:

Источник: http://stroyres.net/metallicheskie/vidyi/tsvetnyie/titan/fizicheskie-harakteristiki-i-svoystva.html

????Всё, что необходимо знать о металле ТИТАН (Ti)… — Toyota Altezza, 2.0 л., 2000 года на DRIVE2

Свойства космического металла титана: низкая плотность, высокая температура плавления и коррозионная стойкость

-Титан обладает высокой прочностью, хорошей коррозионной стойкостью и при этом имеет сравнительно небольшую массу, что делает его применение незаменимым в областях, где важны хорошие механические свойства изделий одновременно с их массой. На странице представлено описание данного металла: физические, химические свойства, области применения, марки и его сплавов, виды продукции.

Основные сведения:-Титан — химический элемент с порядковым номером 22, атомный вес 47,88, легкий серебристо-белый металл. Плотность 4,51 г/см3, Tпл=1668+(-)5 °С, Tкип=3260 °С. Данный материал сочетает легкость, прочность, высокую коррозионную стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, возможность работы в широком диапазоне температур.

История открытия:-Оксид титана TiO2 впервые был обнаружен в 1789 году английским ученым, специалистом в области минералогии У. Грегором, который при исследовании магнитного железистого песка выделил окись неизвестного металла, назвав ее менакеновой. Первый образец металлического титана получил в 1825 году шведский химик и минераловед Й. Я. Берцелиус.

Свойства титана:-В периодической системе элементов Д. И. Менделеева Ti расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях металл четырехвалентен. По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам.

Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668±4 °С) и кипит при 3300 °С, скрытая теплота плавления и испарения почти в два раза больше, чем у железа. Известны две аллотропические модификации титана (две разновидности данного металла, имеющие одинаковый химический состав, но различное строение и свойства).

Низкотемпературная альфа-модификация, существующая до 882,5 °С и высокотемпературная бетта-модификация, устойчивая от 882,5 °С и до температуры плавления. По плотности и удельной теплоемкости титан занимает промежуточное место между двумя основными конструкционными металлами: алюминием и железом.

Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия. Но указанный материал может активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла. С углеродом титан образует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердостью.

Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза — железа. Коэффициент термического расширения при комнатной температуре сравнительно мал, с повышением температуры он возрастает. Модули упругости титана невелики и обнаруживают существенную анизотропию.

Модули упругости характеризуют способность материала упруго деформироваться при приложении к нему силы. Анизотропия заключается в различии свойств упругости в зависимости от направления действия силы. С повышением температуры до 350 °С модули упругости уменьшаются почти по линейному закону. Небольшое значение модулей упругости Ti — существенный его недостаток, т.к.

в некоторых случаях для получения достаточно жестких конструкций приходится применять большие сечения изделий по сравнению с теми, которые следуют из условий прочности. Титан имеет довольно высокое удельное электросопротивление, которое в зависимости от содержания примесей колеблется в пределах от 42·10-8 до 80·10-6 Ом·см.

При температурах ниже 0,45 К он становится сверхпроводником. Титан — парамагнитный металл. Обычно у парамагнитных веществ магнитная восприимчивость при нагревании уменьшается. Магнитная восприимчивость характеризует связь между намагниченностью вещества и магнитным полем в этом веществе. Данный материал составляет исключение из этого правила — его восприимчивость существенно увеличивается с температурой.

Физические и механические свойства:

Химические свойства:

Марки титана и сплавов:-Наиболее распространенными марками титана являются ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-00св. Титан указанных марок называется техническим. Данные марки не содержат в своем составе легирующие элементы, только незначительное количество примесей.

Содержание Ti в марке ВТ1-0 составляет приблизительно 99,24-99,7%, в ВТ1-00 — 99,58-99,9%, ВТ1-00св — 99,39-99,9%. ВТ1-0, ВТ1-00 поставляется в виде листов, плит, прутков и труб. Проволока чаще всего используется для различных сварочных целей и производится из марки ВТ1-00св.

В настоящее время известно довольно большое число серийных титановых сплавов, отличающихся по химическому составу, механическим и технологическим свойствам. Наиболее распространенные легирующие элементы в таких материалах: алюминий, ванадий, молибден, марганец, хром, кремний, олово, цирконий, железо. Титановый сплав ВТ5 содержит 5% алюминия.

Он отличается более высокими прочностными свойствами по сравнению с титаном, но его технологичность невелика. Сплав куется, прокатывается, штампуется и хорошо сваривается. Из марки ВТ5 получают титановые прутки (круги), проволоку и трубы, а также листы. Его применяют при изготовлении деталей, работающих при температуре до 400 °С.

Сплав титана ВТ5-1 помимо 5% алюминия содержит 2-3% олова. Олово улучшает его технологические свойства. Из марки ВТ5-1 изготавливают все виды полуфабрикатов, получаемых обработкой давлением: титановые плиты, а также листы, поковки, штамповки, профили, трубы и проволоку.

Он предназначен для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур: от криогенных (отрицательных) до + 450 °С. Титановые сплавы ОТ4 и ОТ4-1 в качестве легирующих элементов содержат алюминий и марганец. Они обладают высокой технологической пластичностью (хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии) и хорошо свариваются всеми видами сварки.

Указанный материал идет, в основном, на изготовление титановых плит и листов, лент и полос, а также прутков и кругов, поковок, профилей и труб. Из титановых сплавов ОТ4 и ОТ4-1 изготовляют с применением сварки, штамповки и гибки детали, работающие до температуры 350 °С.

Данные материалы имеют недостатки: 1) сравнительно невысокая прочность и жаропрочность; 2) большая склонность к водородной хрупкости. В сплаве ПТ3В марганец заменяется на ванадий. Титановый сплав ВТ20 разрабатывали как более прочный листовой материал по сравнению с ВТ5-1.

Упрочнение марки ВТ20 обусловлено ее легированием, помимо алюминия, цирконием и небольшими количествами молибдена и ванадия. Технологическая пластичность сплава ВТ20 невысока из-за большого содержания алюминия, однако, он отличается высокой жаропрочностью. Данный материал хорошо сваривается, прочность сварного соединения равна прочности основного металла.

Сплав предназначен для изготовления изделий, работающих длительное время при температурах до 500 °С. Титановый сплав ВТ3-1 относится к системе Ti — Al — Cr — Mo — Fe — Si. Он обычно подвергается изотермическому отжигу. Такой отжиг обеспечивает наиболее высокую термическую стабильность и максимальную пластичность. Марка ВТ3-1 относится к числу наиболее освоенных в производстве сплавов. Он предназначен для длительной работы при 400 — 450 °С; это жаропрочный материал с довольно высокой длительной прочностью. Из него поставляют прутки (титановые круги), профили, плиты, поковки, штамповки.

Читайте также:  Преобразователь напряжения из 220 в 12 вольт, устройство и различия

Достоинства / недостатки:— Достоинства:-малая плотность (4500 кг/м3) способствует уменьшению массы выпускаемых изделий;-высокая механическая прочность.

Стоит отметить, что при повышенных температурах (250-500 °С) титановые -сплавы по прочности превосходят высокопрочные сплавы алюминия и магния;-необычайно высокая коррозионная стойкость, обусловленная способностью Ti образовывать на поверхности -тонкие (5-15 мкм) сплошные пленки оксида ТiO2, прочно связанные с массой металла;-удельная прочность (отношение прочности и плотности) лучших титановых сплавов достигает 30-35 и более, что почти вдвое превышает удельную прочность легированных сталей.

  • — Недостатки:
  • -большая химическая активность, склонность к росту зерна при высокой температуре и фазовые превращения при сварочном цикле вызывают трудности при сварке титана.

-высокая стоимость производства, Ti значительно дороже железа, алюминия, меди, магния;-активное взаимодействие при высоких температурах, особенно в жидком состоянии, со всеми газами, -составляющими атмосферу, в результате чего Ti и его сплавы можно плавить лишь в вакууме или в среде инертных газов;-трудности вовлечения в производство титановых отходов;-плохие антифрикционные свойства, обусловленные налипанием Ti на многие материалы; титан в паре с титаном вообще не может работать на трение;-высокая склонность Ti и многих его сплавов к водородной хрупкости и солевой коррозии;-плохая обрабатываемость резанием, аналогичная обрабатываемости нержавеющих сталей аустенитного класса;

Области применения:-Основная часть титана расходуется на нужды авиационной и ракетной техники и морского судостроения. Его, а также ферротитан используют как легирующую добавку к качественным сталям и как раскислитель.

Технический титан идет на изготовление емкостей, химических реакторов, трубопроводов, арматуры, насосов, клапанов и других изделий, работающих в агрессивных средах. Из компактного титана изготавливают сетки и другие детали электровакуумных приборов, работающих при высоких температурах.

По использованию в качестве конструкционного материала Ti находится на 4-ом месте, уступая лишь Al, Fe и Mg. Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.

Биологическая безвредность данного металла делает его превосходным материалом для пищевой промышленности и восстановительной хирургии. Титан и его сплавы нашли широкое применение в технике ввиду своей высокой механической прочности, которая сохраняется при высоких температурах, коррозионной стойкости, жаропрочности, удельной прочности, малой плотности и прочих полезных свойств.

Высокая стоимость данного металла и материалов на его основе во многих случаях компенсируется их большей работоспособностью, а в некоторых случаях они являются единственным сырьем, из которого можно изготовить оборудование или конструкции, способные работать в данных конкретных условиях.

Титановые сплавы играют большую роль в авиационной технике, где стремятся получить наиболее легкую конструкцию в сочетании с необходимой прочностью. Ti легок по сравнению с другими металлами, но в то же время может работать при высоких температурах. Из материалов на основе Ti изготавливают обшивку, детали крепления, силовой набор, детали шасси, различные агрегаты.

Также данные материалы применяются в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Это позволяет уменьшить их массу на 10-25%. Из титановых сплавов производят диски и лопатки компрессоров, детали воздухозаборников и направляющих в двигателях, различный крепеж. Еще одной областью применения является ракетостроение.

Ввиду кратковременной работы двигателей и быстрого прохождения плотных слоев атмосферы в ракетостроении в значительной мере снимаются проблемы усталостной прочности, статической выносливости и отчасти ползучести.

Технический титан из-за недостаточно высокой тепловой прочности не пригоден для применения в авиации, но благодаря исключительно высокому сопротивлению коррозии в ряде случаев незаменим в химической промышленности и судостроении.

Так его применяют при изготовлении компрессоров и насосов для перекачки таких агрессивных сред, как серная и соляная кислота и их соли, трубопроводов, запорной арматуры, автоклав, различного рода емкостей, фильтров и т. п.

Только Ti обладает коррозионной стойкостью в таких средах, как влажный хлор, водные и кислые растворы хлора, поэтому из данного металла изготовляют оборудование для хлорной промышленности. Также из него делают теплообменники, работающие в коррозионно активных средах, например в азотной кислоте (не дымящей).

В судостроении титан используется для изготовления гребных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д. На данный материал не налипают ракушки, которые резко повышают сопротивление судна при его движении. Титановые сплавы перспективны для использования во многих других применениях, но их распространение в технике сдерживается высокой стоимостью и недостаточной распространенностью данного металла. Соединения титана также получили широкое применение в различных отраслях промышленности. Карбид (TiC) обладает высокой твердостью и применяется в производстве режущих инструментов и абразивных материалов. Белый диоксид (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Титанорганические соединения (например, тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности. Неорганические соединения Ti применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки. Диборид (TiB2)- важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов. Нитрид (TiN) применяется для покрытия инструментов.

-Удачной Вам эксплуатации и спасибо за внимание! Надеюсь, что помог Вам!-С уважением DrPavlov.

Источник: https://www.drive2.ru/l/524835383918200353/

Титан

Свойства космического металла титана: низкая плотность, высокая температура плавления и коррозионная стойкость

Открыли титан в конце 18 века химики из Англии и Германии Ульям Грегор и Мартин Клапрот, причём независимо друг от друга с шестилетней разницей. Название элементу дал именно Мартин Клапрот в честь древнегреческих персонажей титанов (огромных, сильных, бессмертных существ). Как оказалось, название стало пророческим, но чтобы познакомиться со всеми свойствами титана, человечеству понадобилось ещё больше 150 лет. Только через три десятилетия удалось получить первый образец металла титана. На тот момент времени его практически не использовали из-за хрупкости. В 1925 году после ряда опытов, при помощи йодидного метода химики Ван Аркель и Де Бур добыли чистый титан.

Благодаря ценным свойствам металла, на него сразу же обратили внимание инженеры и конструкторы. Это был настоящий прорыв. В 1940 году Кролль разработал магниетермический способ получения титана из руды. Этот способ актуален и на сегодняшний день.

Физические и механические свойства

Титан является довольно тугоплавким металлом. Температура его плавления составляет 1668±3°С. По этому показателю он уступает таким металлам, как тантал, вольфрам, рений, ниобий, молибден, тантал, цирконий. Титан – это парамагнитный металл. В магнитном поле он не намагничивается, но не выталкивается из него.

Изображение 2Титан обладает низкой плотностью (4,5 г/см³) и высокой прочностью (до 140 кг/мм²). Эти свойства практически не меняются при высоких температурах. Он более чем в 1,5 раза тяжелее алюминия (2,7 г/см³), зато в 1,5 раза легче железа (7,8 г/см³). По механическим свойствам титан намного превосходит эти металлы.

По прочности титан и его сплавы располагаются в одном ряду со многими марками легированных сталей.

По стойкости к коррозии титан не уступает платине. Металл обладает отличной устойчивостью в условиях кавитации. Пузырьки воздуха, образующиеся в жидкой среде при активном движении титановой детали, практически не разрушают её.

Это прочный металл, способный сопротивляться разрушению и пластической деформации. Он в 12 раз твёрже алюминия и в 4 раза — меди и железа. Ещё один важный показатель – это предел текучести. С увеличением этого показателя улучшается сопротивление деталей из титана эксплуатационным нагрузкам.

В сплавах с определёнными металлами (особенно с никелем и водородом) титан способен «запоминать» форму изделия, созданную при определённой температуре. Такое изделие потом можно деформировать и оно надолго сохранит это положение. Если же изделие нагреть до температуры, при которой оно было сделано, то изделие примет первоначальную форму. Называют это свойство «памятью».

Теплопроводность титана сравнительно низкая и коэффициент линейного расширения соответственно тоже. Из этого следует, что металл плохо проводит электричество и тепло.

Зато при низких температурах он является сверхпроводником электричества, что позволяет ему передавать энергию на значительные расстояния. Также титан обладает высоким электросопротивлением.

Чистый металл титан подлежит различным видам обработки в холодном и горячем состоянии. Его можно вытягивать и делать проволоку, ковать, прокатывать в ленты, листы и фольгу с толщиной до 0,01 мм.

Из титана изготавливают такие виды проката: титановая лента, титановая проволока, титановые трубы, титановые втулки, титановый круг, титановый пруток.

Химические свойства

Чистый титан – это химически активный элемент. Благодаря тому, что на его поверхности формируется плотная защитная плёнка, металл обладает высокой устойчивостью к коррозии.

Он не подвергается окислению на воздухе, в соленой морской воде, не меняется во многих агрессивных химических средах (например: разбавленная и концентрированная азотная кислота, царская водка). При высоких температурах титан взаимодействует с реагентами намного активнее. На воздухе при температуре 1200°С происходит его воспламенение.

Возгораясь, металл даёт яркое свечение. Активная реакция происходит и с азотом, с образованием нитридной плёнки желто-коричневого цвета на поверхности титана.

Реакции с соляной и серной кислотами при комнатной температуре слабые, но при нагреве металл усиленно растворяется. В результате реакции образуются низшие хлориды и моносульфат. Также происходят слабые взаимодействия с фосфорной и азотной кислотами. Металл реагирует с галогенами. Реакция с хлором происходит при 300°С.

Активная реакция с водородом протекает при температуре чуть выше комнатной. Титан активно поглощает водород. 1 г титана может поглотить до 400 см³ водорода. Нагретый металл разлагает двуокись углерода и пары воды. Взаимодействие с парами воды происходит при температуре более 800°С. В результате реакции образуется окисел металла и улетучивается водород.

При более высокой температуре горячий титан поглощает углекислый газ и образует карбид и окисел.

Способы получения

Титан является одним из самых распространённых элементов на Земле. Содержание его в недрах планеты по массе составляет 0,57%. Самая большая концентрация металла наблюдается в «базальтовой оболочке» (0,9%), в гранитных породах (0,23%) и в ультраосновных породах (0,03%).

Существует около 70 минералов титана, в которых он содержится в виде титановой кислоты или двуокиси. Главные минералы титановых руд это: ильменит, анатаз, рутил, брукит, лопарит, лейкоксен, перовскит и сфен. Основные мировые производители титана – это Великобритания, США, Франция, Япония, Канада, Италия, Испания и Бельгия.

Существует несколько способов получения титана. Все они применяются на практике и вполне эффективны.

1. Магниетермический процесс

Добывают руду, содержащую титан и перерабатывают его в диоксид, который медленно и при очень высоких температурных значениях подвергают хлорированию. Хлорирование проводят в углеродной среде.

Затем хлорид титана, образовавшийся в результате реакции, восстанавливают магнием. Полученный металл нагревают в вакуумном оборудовании при высокой температуре. В результате магний и хлорид магния испаряются, остаётся титан с множеством пор и пустот.

Губчатый титан переплавляют для получения качественного металла.

2. Гидридно-кальциевый метод

Сначала получают гидрид титана, а затем разделяют его на компоненты: титан и водород. Процесс происходит в безвоздушном пространстве при высокой температуре.

Образуется оксид кальция, который проходит отмывку слабыми кислотами.Гидридно-кальциевый и магниетермический методы обычно используются в промышленных масштабах.

Эти методы позволяют получить значительное количество титана за небольшой промежуток времени, с минимальными денежными затратами.

3. Электролизный метод

Хлорид или диоксид титана подвергается воздействию высокой силы тока. В результате происходит разложение соединений.

4. Йодидный метод

Диоксид титана взаимодействует с парами йода. Далее на титановый йодид воздействуют высокой температурой, в результате чего получается титан. Этот метод является наиболее эффективным, но и самым дорогостоящим. Титан получается очень высокой чистоты без примесей и добавок.

Применение титана

Благодаря хорошим антикоррозионным свойствам титан используют для изготовления химической аппаратуры. Высокая жаростойкость металла и его сплавов способствует применению в современной технике. Сплавы титана – это прекрасный материал для самолётостроения, ракетостроения и судостроения.

Читайте также:  Как характеризуется токарно револьверный станок: применение станка в производстве, устройство и принцип работы

Из титана создают памятники. А колокола из этого металла известны необычайным и очень красивым звучанием. Двуокись титана является компонентом некоторых лекарственных препаратов, например: мази против кожных заболеваний. Также большим спросом пользуются соединения металла с никелем, алюминием и углеродом.

Титан и его сплавы нашли применение в таких сферах, как химическая и пищевая промышленность, цветная металлургия, электроника, ядерная техника, энергомашиностроение, гальванотехника.

Вооружение, броневые плиты, хирургические инструменты и имплантаты, оросительные установки, спортинвентарь и даже украшения делают из титана и его сплавов.

В процессе азотирования на поверхности металла образуется золотистая плёнка, не уступающая по красоте даже настоящему золоту.

Источник: https://cu-prum.ru/titan1.html

Космический металл: (Все о титане)

Раздел ГРНТИ: Машиностроительные материалы
Зубков Л. Б. Наука, 1987 г. Скачать полный текст ( бесплатно ) Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

Сплавы титана

Полученные в промышленных условиях слитки титана называют техническим титаном. Он имеют практически все те свойства, которыми обладает химически чистый титан. Технический титан в отличие от химически чистого содержит повышенное количество некоторых элементов-примесей. В разных странах в зависимости от технологических особенностей процесса технический титан содержит примеси (в %): железа 0,15—0,3; углерода 0,05-0,1; водорода 0,006-0,013; азота 0,04-0,07; кислорода 0,1 —0,4. Наилучшие качественные показатели по содержанию вышеперечисленных примесей имеет технический титан, выпускаемый в СССР. В целом эти примеси практически не ухудшают физические, механические, технологические свойства технического титана по сравнению с химически чистым металлом. Технический титан — это металл серебристо-серого цвета с едва заметным светло-золотистым оттенком. Он легок, почти в 2 раза легче железа, но все же тяжелее алюминия: 1 см3 титана весит 4,5 г, железа 7,8 г, а алюминия 2,7 г. Плавится технический титан почти при 1700° С, сталь — при 1500°С, алюминий — при 600° С. Он в 1,5 раза прочнее стали и в несколько раз прочнее алюминия, очень пластичный: технический титан легко прокатывать в листы и даже в очень топкую фольгу, толщиной в доли миллиметра, его можно вытягивать в прутки, проволоку, делать из него лепты, трубы. Технический титан обладает высокой прочностью, т. о. хорошо противостоит воздействию ударом и поддастся ковке, при этом он имеет высокую упругость и отличную выносливость. У технического титана довольно высокий продел текучести, он сопротивляется любым усилиям и нагрузкам, стремящимся смять, изменить форму и размеры изготовленной детали. Это его свойство выше в 2,5 раза, чем у железа, в 3 раза, чем у меди, и в 18 раз, чем у алюминия. У титана гораздо более высокая твердость, чем у алюминия, магния, меди, железа и некоторых сортов стали, однако ниже, чем у инструментальных сталей. Технический титан — металл очень большой коррозионной стойкости. Он практически не изменяется и не разрушается на воздухе, в воде, исключительно стоек при обычной температуре во многих кислотах, даже в «царской водке», во многих агрессивных средах. У титана имеется еще множество уникальных качеств. Например, стойкость к кавитации, слабые магнитные свойства, низкие электропроводность и теплопроводность и т. н. Но есть у титана и недостатки. Главный — его большая дороговизна, он в 3 раза дороже стали, в 3—5 раз дороже алюминия. титан не универсальный коррозионно-стойкий конструкционный материал, у него несколько более низкие по сравнению с лучшими сортами легированных сталей значения модулей упругости и ползучести, он может разупрочняться при высоких температурах, склонен к абразивному износу, плохо работает па резьбовых соединениях. Все эти недостатки снижают эффективность применения технического титана в чистом виде, что в общем-то характерно и для других конструкционных металлов; железа, алюминия, магния. Многие, почти все, недостатки чистого титана устраняются при легировании ого различными металлами и создании сплавов на его основе. В качестве наилучших конструкционных и коррозионно-стойких материалов сплавы титана имеют огромное преимущество. Титан, будучи весьма химически активным металлом, имеет благоприятные металлохимические свойства для образования прочных соединений — типа непрерывных и ограниченных твердых растворов ковалентных и ионных соединений. В целом насчитывается более 50 элементов, дающих с титаном твердые растворы, на основе которых можно производить титановые сплавы и их соединения.

Сплавы титана с алюминием.

Алюминий-титановые сплавы выпускаются нескольких марок и содержат 3—8% алюминия. 0,4 — 0,5% хрома, 0,25-0,6% железа, 0,25-0,6% кремния, 0,01% бора. Все они коррозионно-стойкие, высокопрочные и жаропрочные сплавы па основе титана. С увеличением содержания алюминия и сплавах температура плавления несколько снижается, однако магнитные свойства значительно улучшаются и температура разупрочнения повышается. Эти сплавы сохраняют высокую прочность до 600° С.

Сплавы титана с железом.

Ферротитан облагораживающе действует на сталь, так как он, активно поглощая кислород, является одним из лучших раскислителей стали. Ферротитан так жt активно поглощает из расплавленной стали азот, образуя нитрид титана, другие примеси, способствует равномерному распределению прочих примесей и образованию мелкозернистых структур стали. Кроме ферротитана, на основе железа и титана производятся и другие сплавы, широко используемые в черной металлургии. Феррокарботитан — железотитановый, содержащий 7—9% углерода, 74—75% железа, 10—17% титана. Ферросиликотитан — сплав, состоящий из железа (около 50%), титана (30%) и кремния (20%)- Оба эти сплава также применяются для раскисления сталей.

Сплавы титана с медью.

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

Сплавы титана с марганцем.

Марганец, введенный в технический титан или в его сплавы, делает их прочнее, они сохраняют пластичность и легко обрабатываются при прокатке. Марганец — недорогой и не дефицитный металл, поэтому он широко применяется (до 1,5%) при легировании титановых сплавов, предназначенных для листовой прокатки. Богатый марганцем (70%) сплав называется мангантитаном. Оба металла являются энергетическими раскислителями. Этот сплав, как и купротитан, хорошо очищает от кислорода, азота и других примесей медь и бронзу при отливках.

Сплавы титана с молибденом, хромом и другими металлами.

Технический титан и его сплавы выпускаются в виде листов, плит, полос, лент, фольги, прутков, проволоки, труб, поковок и штамповок. Эти полуфабрикаты являются исходным материалом для изготовления из титана и: его сплавов различных изделий. Для этого полуфабрикаты надо обработать ковкой, штамповкой, фасонным литьем, резанием, сваркой и т д. Как же ведет себя этот прочный, стойкой металл и его сплавы в обрабатывающих процессах? Многие полуфабрикаты используются непосредственно, например, трубы и листы. Вес они проходят предварительную термическую обработку. Затем для очистки поверхности подвергаются обработке гидропескоструйной или корундовым песком. Листовые изделия еще травит и шлифуют. Так были подготовлены титановые листы для монумента покорителям космоса на ВДНХ и для памятника Ю. А. Гагарину на площади его имени в Москве. Монументы из листового титана будут стоять вечно. Слитки титана и его сплавов могут подвергаться ковке и штамповке, но только в горячем состоянии. Поверхности слитков, ночей и штампов должны быть тщательно очищены от примесей, так как титан и ого сплавы могут быстро с ними прореагировать и загрязниться. Рекомендуется даже перед ковкой и штамповкой покрывать заготовки специальной эмалью. Нагрев не должен превышать температур полного полиморфного превращения. Ковка производится но специальной технологии — сначала слабыми, а лотом более сильными и частыми ударами. Дефекты неправильно проведенной горячей деформации, приведшие к нарушению структуры и свойств полуфабрикатов последующей обработкой, в том числе и термической, исправить нельзя. Целый ряд титановых изделий изготавливать методами конки и штамповки нецелесообразно из-за технологических трудностей производства и большого количества отходов. Многие детали сложной формы гораздо выгоднее изготавливать фасонным литьем. Это весьма перспективное направление в производстве изделий из титана и его сплавов. Но на пути его развития есть ряд осложнений: расплавленный титан реагирует и с атмосферными газами, и практически со всеми известными огнеупорами, и с формовочными материалами. В связи с этим плавка титана и его сплавов производится в вакууме, а формовочный материал должен быть химически нейтральным по отношению к расплаву. Обычно формы, в которые он отливается, это графитовые кокиля, реже керамические и металлические Несмотря на трудности этой технологии, фасонные отливки сложных деталей из титана и ого сплавов получаются при строгом соблюдении технологии и очень качественными. Ведь расплавы титана и его сплавов обладают отличными литейными свойствами: у них высокая жидкотекучесть, сравнительно небольшая (всего 2—3%) линейная усадка при затвердевании, они даже в условиях затрудненной усадки не дают горячих трещин, но образуют рассеянную пористость. Литье в вакууме имеет массу преимуществ: во-первых, исключается образование окисных пленок, шлаковых включений, газовой пористости; во-вторых, повышается жидкотекучесть расплава, что влияет на заполнение всех полостей литейной формы. Кроме того, на жидкотекучесть и полноценную  заполняемость полостей литейных форм существенно влияют, например, центробежные силы. Поэтому, как правило, фасонные отливки из титана производятся центробежной заливкой. Еще одним чрезвычайно перспективным методом изготовления деталей и изделий из титана это порошковая металлургия. Сначала получают очень мелкозернистый, скорее даже тонкодисперсный, порошок титана. Затем он спрессовывается в холодном виде и металлических пресс-формах, Далее при температурах 900—1000° С, а для высокоплотных конструкционных изделий при 1200—1300° С пресс-изделия спекаются. Разработаны и методы горячего прессования при температурах, близких к температуре спекания, которые позволяют повысить конечную плотность изделий и снизить трудоемкость процесса их изготовления. Разновидностью динамического горячего прессования является горячая штамповка и выдавливание (экструзия) из порошков титана. Главное преимущество порошкового метода изготовления деталей и изделий — почти безотходное производство. Если по обычной технологии (слиток—полуфабрикат—изделие) выход годного составляет всего 25—30%, то при порошковой металлургии коэффициент использования металла повышается в несколько раз, снижается трудоемкость изготовления изделий, уменьшаются трудозатраты на механическую обработку. Методами порошковой металлургии можно организовать производство из титана новых изделий, изготовление которых традиционными Методами невозможно: пористые фильтрующие элементы, газопоглотители, металлополимерные покрытия и т. п. Еще один важнейший аспект рассматриваемой проблемы — соединение титана. Как соединить титановые изделия (листы, ленты, детали и др.) между собой и с другими изделиями? Мы знаем три основных метода соединения металлов — это сварка, пайка и клепка их. Как же ведет себя титан во всех этих операциях? Вспомним, что титан обладает, особенно при повышенных температурах, высокой химической активностью. При взаимодействии с кислородом, азотом, водородом воздуха зона расплавленного металла насыщается этими голами, изменяется микроструктура металла в месте разогрева, может происходить загрязнение посторонними примесями, и сваркой шов будет хрупким, пористым, непрочным. Поэтому обычно методы сварки титановых изделий неприемлемы. Сварка титана требует постоянного и неукоснительного предохранения сварного шва от загрязнения примесями и газами воздуха. Типология сварки титановых изделий предусматривает ее проведение с большой скоростью только в атмосфере инертных газов с применением специальных бескислородных флюсов. Наиболее качественная Сварка производится в специальных обитаемых или необитаемых камерах, зачастую автоматическими методами. Необходим постоянный контроль состава газа, флюсов, температуры, скорости сварки, а также качества шва визуальным, рентгеновским и другими методами. Сварной титановый шов хорошего качества должен иметь золотистый оттенок без всякой побежалости. Особо крупные изделия сваривают в специальных герметично закрытых помещениях, заполненных инертным газом. Работу производит сварщик высокой квалификации, оп работает в скафандре с индивидуальной системой жизнеобеспечения. Небольшие титановые изделия можно соединять методами пайки. Здесь возникают те же проблемы предохранения разогретых спаиваемых чистой от загрязнения газами воздуха и примесями, делающими пайку ненадежной. Кроме того, обычно припои (олово, медь и другие металлы) не пригодны. Используются только серебро и алюминий высокой степени чистоты. Соединения титановых изделий с помощью клейки пли болтов тоже имеют свои особенности. Титановая клепка очень трудоемкий процесс: на нее приходите» тратить вдвое больше времени, чем на алюминиевую. Резьбовое соединение титановых изделий ненадежны, так как титановые гайки и болты при завинчивании начинают налипать и задираться, и оно может не выдержать больших напряжений. Поэтому болты и гайки из титана обязательно покрывают топким слоем серебра или синтетической пленкой из тефлона, а уж потом используют для завинчивания.

Читайте также:  Изготовление мангала разборного своими руками: преимущества, сборка мангала, отделка

Источник: https://markmet.ru/kniga-po-metallurgii/kosmicheskii-metall-vse-o-titane

Теплопроводность, плотность и другие физические свойства титана Ti

Сегодня титан является одним из наиболее популярных металлов. Сплавы титана находят применение во многих отраслях промышленности, а особенно в авиакосмической сфере. Благодаря низкой плотности и другим уникальным свойствам титан применяется, как при изготовлении ортопедических и стоматологических имплантов, так и самолетов последнего поколения и космических кораблей.

Повсеместное применение титана делает его одним из самых востребованных металлов на Земле. Популярность титана обусловлена его высокой сопротивляемости коррозии, по сравнению с другими металлами. Титан очень прочный и легкий металл, его плотность немногим выше плотности алюминия. При одинаковой прочности титановые конструкции легче стальных на 45%.

Титан «работает» в кислых средах, в морской воде, не реагирует с большинством агрессивных веществ. Титан легко сплавляется с алюминием, железом, ванадием, молибденом, образуя прочные и легкие титановые сплавы.

В таблицах приведены следующие теплофизические свойства титана Ti: плотность титана, теплоемкость, температуропроводность, теплопроводность титана, удельное сопротивление, функция Лоренца, коэффициент температурного расширения.

Плотность титана равна 4500 кг/м3 при комнатной температуре. При нагревании титан расширяется и его плотность снижается. Плотность жидкого титана имеет значение 4120 кг/м3. Теплоемкость титана при температуре 27°С составляет величину 530,8 Дж/(кг·град) и при повышении температуры растет.

Свойства титана представлены в зависимости от от температуры, в интервале от 100 до 2000 К.

Теплопроводность титана не высока, ее значение сравнимо с теплопроводностью нержавеющей стали. Теплопроводность титана при комнатной температуре в среднем составляет величину 18 Вт/(м·град). По мере нагревания, теплопроводность титана увеличивается.

Источники: 1. В.Е. Зиновьев. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. 2. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.

Источник: http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/metally-i-splavy/teploprovodnost-i-teplofizicheskie-svojstva-titana

3-3 -Титан

  • Производство сварных конструкций глава 3
  • Двадцатый век ознаменовался созданием
    большого количества новых конструкционных
    материалов, среди которых титан и сплавы
    на его основе занимают одно из ведущих
    мест.
  • Когда говорят о титане как о “новом”
    металле, то имеют в виду промышленное
    использование металлического титана
    в качестве конструкционного материала.

Титан как химический элемент был открыт
английским священником Уильямом Грегором
в 1791 году и долгое время не мог быть
получен в чистом виде из-за его высокой химической активности. В 1875 г. Д.К.

Кириллов
сумел получить металлический титан,
содержащий от десятых долей до двух
процентов примесей, которые делают
титан хрупким, не прочным, не поддающимся
ни пластической, ни механической
обработке. В начале ХХ века химическое
соединение двуокись титана успешно
заменила свинцовые и цинковые белила,
которые были не только экономичными,
но и экологически безопасными.

Двуокись
титана также входит в состав фарфоровых
масс, тугоплавких стекол, керамических
материалов с высокой диэлектрической
проницаемостью. В резиновых смесях она
повышает прочность и термостойкость.

В 1925 году голландцы Ван Аркель и Де Бур
йодидным способом получили титан
высокой степени чистоты – (до 99,9%). Такой
металл обладает очень высокой
пластичностью, он ковался на холоде,
прокатывался в листы, проволоку и даже
в фольгу.

Изучение физико-химических
свойств металлического титана показало,
что он, будучи почти вдвое легче железа,
по прочности превосходит многие стали.
Сравнения с алюминием тоже оказались
в пользу титана: последний всего в
полтора раза тяжелее, но зато более, чем
в шесть раз прочнее алюминия.

Что особенно
важно, титан сохраняет необходимую
прочность при температурах до 600оС.

Все эти характеристики, свидетельствовавшие
об уникальности титана, вызывали широкий
интерес к нему как конструкционному
материалу во многих странах.

В 1940 году В. Кролем (Люксембург) впервые
был разработан процесс, открывший
перспективы производства титанового
сырья в промышленном масштабе.

В нашей стране промышленной выплавке
титановых слитков предшествовали
обширные научные исследования и опытные
работы, проводимые параллельно в
различных академических и отраслевых
научно-исследовательских институтах.

В 1951 г. во Всесоюзном институте авиационных
материалов (ВИАМ) были проведены первые
работы по исследованию возможности
плавки титановой губки в вакуумных
индукционных и дуговых печах. В результате
выполнения большого объема теоретических
и экспериментальных работ, проводимых
с 1952 г. была создана опытно-промышленная
вакуумно-дуговая печь, с помощью которой
были получены титановые слитки.

В этот период в СССР титаном начала
заниматься авиа-ракетно-космическая
промышленность (АРКП), что позволило
создать совершенно новый тип
высокоскоростных стратегических ракет
и самолётов. Вскоре началась работа по
использованию титана в судостроении
(рис. 3.2.).

В 1956-1958 гг. максимальная масса титановых
слитков не превышала 350-400 кг, а общий
объём производства их составляло 1,5 —
2,0 тыс. т в год.

Титановые сплавы неожиданно быстро
вошли в группу наиболее важных
конструкционных материалов. Современное
производство титановых полуфабрикатов
составило 110.000 тонн, а масса слитка
достигает 10 тонн.

Общие сведения о титане и его сплавах.

В периодической системы Менделеева
Д.И. титан расположен в IV
подгруппе. Его физические свойства [1]:

  1. Атомный номер – 22.

  2. Атомный вес – 47,90.

  3. Температура плавления – 16655оС (1938 К).

  4. Скрытая теплота плавления – 21 Дж/моль.

  5. Температура кипения 3500оС (3773 К).

  6. Скрытая теплота испарения при 25оС – 471,4 Дж/моль .

  7. Упругость паров при температуре плавления– 0,06 Па (низкая испаряемость при Ткип) .

  8. У титана две аллотропические модификации:

  •  — модификация, устойчивая от 882оС до температуры плавления;
  •  — модификация существует при температурах ниже 882оС.
  1. Модуль упругости составляет 112500 МПа.

  2. Плотность - титана при 252оС равна 4,505×10 3 кг/м3, -титана при 900оС равна 4,335×10 3 кг/м3.

  3. Удельная теплоемкость при 15оС равна 0,5229×103 Дж/(кг К).

  4. Теплопроводность при 50оС равна 15,46 Вт/(м К) (в 16 раз ниже, чем у алюминия и в 6 раз ниже, чем у железа).

  5. Электросопротивление 42·10-8 — 80·10-8 Ом м – зависит от чистоты титана:

  • иодидного титана – 45·10-8 Ом м;
  • технического титана – 55·10-8 Ом м.

Иодидный титан высокой чистоты –
малопрочный высокопластичный металл:

  • в=215 — 255МПа,
  • 0,2=120 — 170МПа,
  • 5=50 — 60%,
  • =70 — 80%,
  • твердость по Бринеллю НВ1275МПа
  • ударная вязкость ан25×105 Дж/м2.

Из-за низкой прочности иодидный титан
в промышленности практически не
применяется.

Технически чистый титан содержит примеси
железа, кремния, углерода, кислорода,
водорода и азота. Присутствие даже
небольших количеств (0,5 — 0,7% масс. в сумме)
этих элементов значительно повышает
прочность металла и снижает его
пластичность при комнатной температуре.

Физико-механические свойства технически
чистого титана в сравнении с другими
конструкционными металлами приведены
в таблице 3.11.

Коэффициент линейного расширения (КЛР)
титана практические зависит от
легирования. У промышленных сплавов
его значения находятся в пределах от
7,3 до 9,2×10-6 К-1. Однако,
при образовании метастабильных фаз
возможно резкое уменьшение КЛР. Так, у
-сплава возможно
не расширение, а сокращение размеров
при нагреве как следствие процесса
распада твердых растворов.

Титан – немагнитный материал, относится
к классу парамагнетиков.

Титан обладает низким значением
термических напряжений в конструкциях,
работающих при теплосменах, а также
отсутствием явления термической
усталости. Это обусловлено низкими
значениями модуля нормальной упругости
и коэффициента теплового расширения
титана. В то же время низкая теплопроводность
приводит к необходимости применения
специальных мер при проектировании
теплообменной аппаратуры.

Титан обладает низким значением
демфирования колебаний для вибрирующих
элементов, например, турбинных лопаток.

В начальный период становления титана
как конструкционного материала главное
внимание уделялось высокой удельной
прочности, в том числе при повышенных
температурах. Это предопределило широкое
и приоритетное использование титановых
сплавов в авиационной и космической
технике (рис. 3.2).

Впоследствии было обращено также
внимание на сочетание высокой удельной
прочности с абсолютной коррозионной
стойкостью и немагнитностью титановых
сплавов. Следствием этого стало достаточно
широкое применение его в морской технике:
судостроении и инженерных сооружениях
для освоения месторождений углеводородов
на морском шельфе.

Таблица 3.11. Физико-механические свойства
технически чистого титана в сравнении
со сталью

Свойства Технически чистый титан Углеродистая сталь Нержавеющая сталь Х18Н9Т
Плотность, кг/м3 4510 7860 7900
Модуль Юнга Е×10-4, МПа 11 20 20
Предел прочности, МПа 390-540 294 — 324 490
Предел текучести, МПа 294 — 362 175 — 196 147 — 245
Относительное удлинение, % 25 — 30 33 — 35 40
Коэффициент линейного расширения (0 — 100оС) ×10-6, К-1 8,9 11,9 16
Температура плавления, оС (К) 1665 (1938) 1535 (1808) 1500 (1773)
Коэффициент теплопроводности при 20оС, Вт/(м К) 19,2 71,3 15,9
Удельное электросопротивление при 20оС, Ом м, ×10-8 55,4 10 73
Удельная теплоемкость при 50оС, кДж/(кг К) 0,50 0,458 0,502

Для
оборудования морской техники требуется
обеспечение срока безремонтной службы
25 – 30 лет при наработке не менее 100 тыс.
часов. Это может быть достигнуто при
использовании высокоресурсных материалов.
К таким материалам относятся сплавы на
основе титана разработанные в ЦНИИ КМ
«Прометей» специально для морского
применения.

Титан
и его сплавы обладают специфическими
свойствами, которые отвечают предъявленным
требованиям к конструкционным материалам
и дают преимущества перед многими
традиционными материалами:

  • практически абсолютная стойкость во многих коррозионных средах;
  • низкий по сравнению со сталью удельный вес;
  • высокая удельная прочность (рис. 3.3);
  • хорошая свариваемость титана
  • сопротивляемость мало – и многоцикловым нагрузкам;
  • отсутствие хладноломкости;
  • немагнитность;
  • радиационная стойкость.

Сочетание таких характеристик в настоящее
время позволяет судить о титане и его
сплавах, как о наиболее перспективном
материале во многих областях техники.

Титановые сплавы для судостроения
начались разрабатываться параллельно
с освоением и становлением титановой
промышленности. В ходе этого процесса
расширялись представления и углублялись
научные знания о титане, как о новом
конструкционном материале.

Для
судостроительных конструкций разработан
и производится ряд конструкционных
сплавов для:

  • корпусных конструкций – сплавы ПТ-3В, 17, 5В. 5ВА. 37, 23А;
  • судового машиностроения – сплавы ПТ-3М, 19, 14, ТЛ3, ТЛ5;
  • энергетики – сплавы ВТ1-00, ВТ1-0, ПТ1М, ПТ-7М, 27.

Эти титановые сплавы обладают сочетанием
в них достаточно высокой прочности,
удовлетворительным показателям
пластичности, высокой коррозионной
стойкости, сопротивлением распространения
трещин в морской воде, хорошей
свариваемостью и пластичностью (табл.
3.12).

Сочетание таких характеристик в настоящее
время позволяет судить о титане и его
сплавах, как о наиболее перспективном
материале для оффшорной техники.

Титан и его сплавы всегда были и остаются
наиболее дорогими конструкционными
материалами, но соотношение цен между
основными конструкционными материалами
всегда остаются примерно на том же
уровне. Однако применение титана в
мировой практике находит большое место
(рис. 3.7).

Рис. 3.7. Применение конструкционных материалов для изготовления труб конденсаторов

В настоящее время высокая цена их связана
с монополизмом производителя и большим
спросом этих конструкционных материалов
за рубежом.

Спрос на титан у зарубежных
фирм обусловлен не только физико-механическими
свойствами по сравнению с традиционными,
но и экономической целесообразностью
его применения в конструкциях работающих
в особо трудных условиях, где требуется
высокая надёжность и работоспособность.

Выбор материала при проектировании
конструкции его цена играет не маловажную
роль для потребителя. Для него высокая
цена материала говорит, что и конструкция
будет дорогая.

В основном считается, что базовая цена
– это цена стальной конструкции
(рис.3.8). Однако при изготовлении
конструкций требуется не масса материала,
а его объём. Действительно если для
одной и той же конструкции используется
сталь и титан — объём материала будет
одинаков, а вес конструкций из титана
будет в 1,7 раза легче стальной.

Таблица
3.12. Механические свойства полуфабрикатов
из титановых сплавов

Марка сплава Вид полу- фабриката в МПа 0,2 МПа , % , % KCU КДж/м2 в МПа 0,2 МПа
  1. №№
  2. ГОСТ,
  3. ТУ,
  4. ОСТ
не менее
при температуре 20 ОС При повышенных температурах
ВТ1-00 Листы  295 30 ГОСТ 22178
Прутки катаные  265-295 20 40-50 600-1000 ГОСТ 26492
Трубы 295-440 20 ГОСТ 22897 ГОСТ 24890
ВТ1-0 Листы  370 20-30 ГОСТ 22178
Прутки  345 15 36-40 500-700 ГОСТ 26492
Трубы 390-590 15 ГОСТ 22897 ГОСТ 24890
ПТ-1М Трубы 343-570 245-265 22 45 785 при 150 ОС

Источник: https://studfile.net/preview/3209653/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector