Karakteristike i svojstva
Titan je kemijski element sa simbolom Ti i atomskim brojem 22. To je sjajni metal srebrne boje, niske gustoće i visoke čvrstoće. Otporan je na koroziju u morskoj vodi i kloru.
Element se nalazi u nizu mineralnih naslaga, uglavnom rutila i ilmenita, koji su rasprostranjeni u kori i litosferi.
Titan se koristi za izradu izdržljivih laganih legura. Dva najkorisnija svojstva metala su otpornost na koroziju i omjer tvrdoće prema gustoći, najviši od bilo kojeg metalnog elementa. U svom nelegiranom stanju, ovaj metal je jak kao neki čelici, ali manje gust.
Fizička svojstva metala
To je snažan metal niske gustoće, prilično rastezljiv (osobito u okruženju bez kisika), sjajne i metaloidno bijele. Relativno visoka točka taljenja više od 1650 ° C (ili 3000 ° F) čini ga korisnim kao vatrostalni metal. On je paramagnetski i ima prilično nisku električnu i toplinsku vodljivost.
Na Mohsovoj skali, tvrdoća titana je 6. Prema ovom pokazatelju, ona je malo inferiorna od kaljenog čelika i volframa.
Komercijalno čisti (99, 2%) titani imaju krajnju vlačnu čvrstoću od oko 434 MPa, što odgovara uobičajenim legurama niskog stupnja čelika, ali je titan mnogo lakši.
Kemijska svojstva titana
Kao i aluminij i magnezij, titan i njegove legure odmah se oksidiraju pri izlaganju zraku. Polako reagira s vodom i zrakom na sobnoj temperaturi, jer formira pasivni oksidni sloj koji štiti masu od daljnje oksidacije.
Atmosferska pasivacija daje titanu odličnu otpornost na koroziju gotovo ekvivalentnu platini. Titan je sposoban izdržati napad razrijeđenih sumpornih i klorovodičnih kiselina, kloridnih otopina i većine organskih kiselina.
Titan je jedan od rijetkih elemenata koji gori u čistom dušiku, reagirajući pri 800 ° C (1470 ° F) da formira titanov nitrid. Zbog njihove visoke reaktivnosti s kisikom, dušikom i nekim drugim plinovima, titanovi se koriste u titanskim sublimacijskim crpkama kao čistači tih plinova. Takve pumpe su jeftine i pouzdano proizvode ekstremno nizak tlak u sustavima ultra visokog vakuuma.
Uobičajeni minerali koji sadrže titan su anataza, brookit, ilmenit, perovskit, rutil i titanit (sfen). Od tih minerala samo su rutil i ilmenit gospodarski važni, ali čak ih je teško pronaći u visokim koncentracijama.
Titan se nalazi u meteoritima i otkriven je na Suncu i M-zvijezdama s površinskom temperaturom od 3200 ° C (5790 ° F).
Trenutno poznati postupci za ekstrakciju titana iz različitih ruda su dugotrajni i skupi.
Proizvodnja i proizvodnja
Trenutno je razvijeno i korišteno oko 50 vrsta titana i legura titana. Danas se prepoznaju 31 titanski metali i legure, od kojih su klase 1-4 komercijalno čiste (nedopirane). Karakteriziraju ih vlačna čvrstoća ovisno o sadržaju kisika, a klasa 1 je naj plastičnija (najniža vlačna čvrstoća sa sadržajem kisika 0, 18%), a klasa 4 je najmanje plastična (maksimalna vlačna čvrstoća sa sadržajem kisika 0, 40%). ).
Preostale klase su legure, od kojih svaka ima specifična svojstva:
- plastičnost;
- snaga;
- otpornost;
- električni otpor;
- specifična otpornost na koroziju i njihove kombinacije.
Osim ovih specifikacija, legure titana se također proizvode kako bi zadovoljile zahtjeve zrakoplovne i vojne opreme (SAE-AMS, MIL-T), ISO standarde i specifikacije za pojedine zemlje, kao i zahtjeve krajnjih korisnika za zrakoplovnu, vojnu, medicinsku i industrijsku primjenu.
Komercijalno čist, ravan proizvod (lim, ploča) može se lako formirati, ali obrada mora uzeti u obzir činjenicu da metal ima “memoriju” i tendenciju povratka. To posebno vrijedi za neke legure visoke čvrstoće.
Titan se često koristi za izradu legura:
- s aluminijem;
- s vanadijem;
- s bakrom (za stvrdnjavanje);
- s željezom;
- s manganom;
- s molibdenom i drugim metalima.
Područja primjene
Titanove legure u obliku ploča, ploča, šipki, žica, odljevaka koriste se u industrijskim, zrakoplovnim, rekreacijskim i tržištima u nastajanju. Titan u prahu koristi se u pirotehnici kao izvor čestica gorućeg gorenja.
Budući da titanske legure imaju visok omjer vlačne čvrstoće prema gustoći, visoku otpornost na koroziju, otpornost na zamor, visoku otpornost na pucanje i sposobnost da izdrže umjereno visoke temperature, koriste se u zrakoplovima, prilikom rezervacije, na brodovima, svemirskim brodovima i raketama.
Za ove primjene, titan je legiran aluminijem, cirkonijem, niklom, vanadijem i drugim elementima za proizvodnju različitih komponenti, uključujući kritične konstrukcijske elemente, požarne zidove, šasije, ispušne cijevi (helikoptere) i hidrauličke sustave. Zapravo, oko dvije trećine proizvedenog metala od titana koristi se u zrakoplovnim motorima i okvirima.
Budući da su titanske legure otporne na koroziju morskom vodom, koriste se za izradu propelerskih osovina, opremanje izmjenjivača topline, itd. Ove se legure koriste u kućištima i komponentama uređaja za promatranje i praćenje oceana za znanost i vojsku.
Specifične slitine koriste se u bušotinama i naftnim bušotinama i hidrometalurgiji nikla zbog njihove visoke čvrstoće. Industrija celuloze i papira koristi titan u procesnoj opremi izloženoj agresivnim medijima kao što su natrijev hipoklorit ili mokri klorni plin (u izbjeljivanju). Ostale primjene uključuju ultrazvučno zavarivanje, valno lemljenje.
Osim toga, ove se legure koriste u automobilima, posebno u automobilskim i motociklističkim utrkama, gdje su mala težina, visoka čvrstoća i krutost iznimno važni.
Titan se koristi u mnogim sportskim predmetima: teniski reketi, golf klubovi, bedemi za lakros; kriket, hokej, lacrosse i nogometne kacige, kao i okviri za bicikle i komponente.
Zbog svoje trajnosti, titan je postao sve popularniji za nakit dizajnera (osobito titanove prstenove). Njegova inertnost čini ga dobrim izborom za osobe s alergijama ili one koji će nositi nakit u okruženju poput bazena. Titan je također legiran zlatom da bi se dobila legura koja se može prodavati kao 24-karatno zlato, jer 1% dopiranog Ti nije dovoljno da zahtijeva niži stupanj. Dobivena legura je približno tvrdoća od 14-karatnog zlata i izdržljivija od čistog 24-karatnog zlata.
Mjere opreza
Titan je netoksičan čak iu velikim dozama . U obliku praha ili u obliku metalnih strugotina, predstavlja ozbiljnu opasnost od požara, a pri zagrijavanju na zraku postoji opasnost od eksplozije.
Svojstva i primjena titanovih legura
U nastavku slijedi pregled najčešćih titanovih legura koje se dijele na klase, njihova svojstva, prednosti i industrijske primjene.
7. razred
Klasa 7 je mehanički i fizički ekvivalentna klasi 2 čistog titana, s iznimkom dodavanja međuproizvoda paladija, što ga čini legurom. Ima izvrsnu zavarljivost i elastičnost, od svih legura ovog tipa najotpornije na koroziju.
Klasa 7 se koristi u kemijskim procesima i komponentama proizvodne opreme.
11. razred
Klasa 11 je vrlo slična klasi 1, s iznimkom dodatka paladija radi povećanja otpornosti na koroziju, što ga čini legurom.
Ostala korisna svojstva uključuju optimalnu duktilnost, čvrstoću, žilavost i odličnu zavarljivost. Ova se legura može koristiti posebno u slučajevima kada korozija uzrokuje probleme:
- kemijska obrada;
- proizvodnja klorata;
- desalinizaciju;
- pomorske primjene.
Ti 6Al-4V, klasa 5
Najčešće se koristi legura Ti 6Al-4V ili titan 5 stupnja. On čini 50% ukupne potrošnje titana u svijetu.
Jednostavnost korištenja leži u mnogim prednostima. Ti 6Al-4V može se toplinski obraditi kako bi se povećala njegova čvrstoća. Ova legura ima visoku čvrstoću s malom masom.
To je najbolja legura za uporabu u nekoliko industrija, kao što su zrakoplovna, medicinska, pomorska i kemijska procesna industrija. Može se koristiti za izradu:
- turbine zrakoplova;
- komponente motora;
- strukturni elementi zrakoplova;
- vijčani spojevi;
- automatske dijelove visokih performansi;
- sportska oprema.
Ti 6AL-4V ELI, klasa 23
Klasa 23 - kirurški titan. Ti 6AL-4V ELI legura ili klasa 23 je inačica Ti 6Al-4V više čistoće. Može se izraditi od svitaka, niti, žica ili ravnih žica. To je najbolji izbor za svaku situaciju kada je potrebna kombinacija visoke čvrstoće, male mase, dobre otpornosti na koroziju i visoke viskoznosti. Ima izvrsnu otpornost na oštećenja.
Može se koristiti u biomedicinskim primjenama kao što su implantabilne komponente zbog svoje biokompatibilnosti, dobre zamorne čvrstoće. Također se može koristiti u kirurškim postupcima za proizvodnju takvih struktura:
- ortopedske igle i vijci;
- stezaljke za ligature;
- kirurški aparati;
- opruge;
- ortodontski aparati;
- kriogene posude;
- uređaji za fiksiranje kostiju.
12. razred
Titan klasa 12 ima izvrsnu kvalitetu zavarivanja. To je legura visoke čvrstoće koja osigurava dobru čvrstoću na visokim temperaturama. Titan iz klase 12 ima karakteristike slične nehrđajućem čeliku serije 300. \ t
Njegova sposobnost stvaranja na različite načine čini ga korisnim u mnogim primjenama. Visoka otpornost na koroziju ove legure također ga čini neprocjenjivim za proizvodnu opremu. Klasa 12 može se koristiti u sljedećim industrijama:
- izmjenjivači topline;
- hidrometalurške primjene;
- kemijska proizvodnja visoke temperature;
- morske i zračne komponente.
Ti 5Al-2, 5Sn
Ti 5Al-2, 5Sn je legura koja može pružiti dobru zavarljivost s otporom. Također ima visoku temperaturnu stabilnost i visoku čvrstoću.
Ti 5Al-2, 5Sn se uglavnom koristi u zrakoplovnoj industriji, kao iu kriogenim postrojenjima.