Что тяжелее алюминий или титан
Elton-zoloto.ru

Драгоценные металлы

Что тяжелее алюминий или титан

Алюминий и титан 2020

Алюминий против титана В мире, в котором мы живем, есть множество химических элементов, которые отвечают за состав всех неживых вещей вокруг нас. Большинство из этих элементов являются естественными, то есть они происходят естественным образом, тогда как остальные являются синтетическими; то есть они не происходят естественным образом и искусственно создаются. Периодическая таблица является очень полезным инструментом при изучении элементов. На самом деле это табличное устройство, которое отображает все химические элементы; организация основана на атомном номере, электронных конфигурациях и некоторых конкретных повторяющихся химических свойствах. Два элемента, которые мы собрали из таблицы для сравнения, – алюминий и титан.

Начнем с того, что алюминий является химическим элементом, который имеет символ Al и находится в группе бора. Он имеет атомный 13, т. Е. Имеет 13 протонов. Алюминий, как многие из нас знают, относится к категории металлов и имеет серебристо-белый вид. Он мягкий и пластичный. После кислорода и кремния алюминий является третьим наиболее распространенным элементом в земной коре. Он составляет почти 8% (по массе) твердой поверхности Земли.

С другой стороны, титан также является химическим элементом, но он не является типичным металлом. Он относится к категории переходных металлов и имеет химический символ Ti. Он имеет атомный номер 22 и имеет серебристый вид. Он известен своей высокой прочностью и низкой плотностью. То, что характеризует титан, является тот факт, что он очень устойчив к коррозии в хлоре, морской воде и водной воге.

Сравним два элемента по их физическим свойствам. Алюминий – ковкий металл и легкий. Приблизительно алюминий имеет плотность, которая составляет примерно одну треть от объема стали. Это означает, что при том же объеме стали и алюминия последний имеет одну треть массы. Эта характеристика очень важна для ряда применений алюминия. Фактически, это качество с низким весом является причиной того, что алюминий настолько широко используется при создании самолетов. Его внешний вид варьируется от серебра до тускло-серого. Его фактический внешний вид зависит от шероховатости поверхности. Это означает, что цвет становится ближе к серебру для более гладкой поверхности. Более того, он не является магнитным и даже не легко воспламеняется. Алюминиевые сплавы широко используются из-за их прочности, которые намного превосходят прочность чистого алюминия.

Титан характеризуется высоким отношением прочности к весу. Он довольно пластичный в среде, свободной от кислорода, и имеет низкую плотность. Титан имеет очень высокую температуру плавления, которая даже больше, чем 1650 градусов по Цельсию или 3000 градусов по Фаренгейту. Это делает его очень полезным в качестве тугоплавкого металла. Он имеет довольно низкую тепловую и электрическую проводимость и является парамагнитным. Коммерческие сорта титана имеют прочность на растяжение около 434 МПа, но менее плотные. По сравнению с алюминием титан примерно на 60% плотнее. Однако он имеет двойную прочность алюминия. Оба имеют очень разную прочность на растяжение.

Резюме различий, выраженных в пунктах

  1. Алюминий представляет собой металл, тогда как титан является переходным металлом
  2. Алюминий имеет атомное число 13 или 13 протонов; Титан имеет атомное число 22 или 22 протонов
  3. Алюминий имеет химический символ Al; Титан имеет химический символ Ti
  4. Алюминий является третьим наиболее распространенным элементом в земной коре, тогда как титан является девятым наиболее распространенным элементом
  5. Алюминий не является магнитным; Титан является парамагнитным
  6. Алюминий дешевле по сравнению с титаном
  7. Характерной особенностью алюминия, который очень важен в его использовании, является его легкий вес и низкая плотность, что на одну треть меньше, чем у стали; характерной особенностью титана, которая важна в его использовании, является его высокая прочность и высокая температура плавления, выше 1650 градусов по Цельсию
  8. Титан имеет двойную прочность алюминия
  9. Титан примерно на 60% плотнее алюминия
  10. Алюминий имеет серебристо-белый внешний вид, который варьируется от серебристого до тускло-серого в зависимости от шероховатости поверхности (обычно больше по сравнению с серебром для более гладких поверхностей), тогда как титан имеет серебряный вид

Карбон,титан или алюминий?

Попробуем взглянуть на выбор велосипедной рамы немного с другой стороны, нежели цена. То есть, рассмотреть материал для ее изготовления, основываясь на физических и прочностных характеристиках материалов.

Для этого обратимся к некоторым терминам и определениям физики твердого тела, а именно теории упругости.

Правильный выбор материала является сложной задачей, однозначное решение которой позволяет оптимизировать технологию изготовления, повысить долговечность конструкции в целом. Сейчас для производства велосипедных рам класса hi- end используются только три конструкционных материала: алюминий, титан и карбон. Первые два – это металлические сплавы, а последний – композиционный материал на основе углеволокна и эпоксидного связующего.

Основной механической характеристикой конструкционного материала является предел прочности. Это отношение значения растягивающей силы непосредственно перед разрывом к наименьшей площади поперечного сечения образца в месте разрыва. Для карбона (на основе углеволокна Т700) эта величина порядка 1500 МПа, для титанового сплава (3 Al/2.5 V) порядка 800 МПа, для алюминия (6061) порядка 60 МПа. В скобках приведены марки, наиболее часто используемые в велосипедной индустрии.

Следующая важная характеристика – предел текучести, напряжение при котором начинает возникать пластическая деформация, другими словами, при разгрузке от которого возникает остаточная деформация заданной величины. Для карбона такие данные не приводятся, для титана порядка 300 МПа, для алюминия порядка 20 МПа.

Ну и в завершение насколько слов о плотности. Чем меньше плотность, тем легче материал. Плотность карбона около 2 г/см3, титана 4,5 г/см3, алюминия 2,7 г/см3.

Из вышесказанного следует, что у каждого материала есть свои сильные и слабые стороны. Однако, для велосипедной специфики нельзя выделить какое то одно определяющее свойство материала. Например, при лучших прочностных/весовых характеристиках, карбон очень хрупкий и боится ударов и царапин. Алюминий легкий, но пластичный и с низкими прочностными свойствами. Титан прочный и упругий, но сравнительно тяжелый.

Истинная картина проясняется, если рассмотреть свойства каждого материала в целом. Тогда бесспорным лидером становится титан. Это обьяснимо.

Причиной разрушения велосипедной рамы являются не чрезмерные нагрузки, а накопление в процессе эксплуатации изделия мелких внутренних повреждений (которые принято называть трещинками или дислокациями), спровоцированное периодическим влиянием внешних сил (напряженного состояния). Определяющей характеристикой металла, так или иначе реагировать на напряженное состояние, является пластичность.

Пластичность металла есть функция его состояния, зависящая от внешних и внутренних факторов, которая выражается в способности твердых тел необратимо менять свою форму без разрушения под действием приложенных сил. Другими словами, существует некоторая максимальная величина нагрузки, при достижении которой происходит разрыв межмолекулярных связей кристаллической решетки металла, что ведет к образованию внутренних дефектов структуры, которые не могут исчезнуть, а могут только накапливаться. Анализ показал, что у большинства конструкционных металлов наиболее типичным является разрушение, которое начинает развиваться задолго до достижения такой максимальной нагрузки. Виной тому циклические нагрузки. При этом пластические деформации и разрушение оказываются связанными настолько тесно, что их можно рассматривать как единый процесс с общей энергией активации.

Установлено, что разрушению материала от усталости (при циклических нагрузках) предшествует накопление локальных микросдвигов и, следовательно, появление пластических деформаций, исчерпание которых приводит к местным разрушениям.

Всё это говорит о том, что пластичные металлы более подвержены накоплению неупругих деформаций (усталости) и следовательно ресурс их значительно ниже.

Физической характеристикой пластичности металла является предел текучести (условный предел текучести). Эта величина определяет усилие при котором в материале появляется пластическая деформация. Чем меньше предел текучести, тем пластичнее материал, а следовательно меньше его ресурс. Предел текучести алюминия в 15 раз меньше, чем у титана!

Ещё одной причиной разрушения конструкционных материалов являются внешние дефекты (царапины). Стойкость материала к царапинам определяется твердостью. Твердость титана по Бриннелю составляет 103 ед., а у алюминия 25 ед., то есть у титана она в 4 раза выше!

У титана, согласно этой характеристике, есть ещё одно большое достоинство – он очень долго сохраняет первоначальный внешний вид и легко его восстанавливает (с помощью дополнительной механической обработки).

Суммируя всё сказанное, получается, что применительно к велосипедной раме титан выглядит материалом практически идеальным. Также это можно сказать про сочетание титана и карбона (углепластика). Однако, дорогой читатель, окончательный выбор всё равно остаётся за Вами.

Читать еще:  Магнитные держатели для сварки

Удельный вес металла. Таблица плотности металлов и сплавов

Таблицы плотности металлов и сплавов

Все металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается удельный вес металлопроката. Все металлические изделия, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных металлов, к примеру, из железа, латуни или алюминия, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Иными словами, отношение объема сплава к его массе – удельная плотность (кг/м3), является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества. Плотность сплава рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.

Удельным весом металла называется отношение веса однородного тела из этого вещества к объему металла, т.е. это плотность, в справочниках измеряется в кг/м3 или г/см3. Отсюда можно вычислить формулу как узнать вес металла. Чтобы это найти нужно умножить справочное значение плотности на объем.

В таблице даны плотности металлов цветных и черного железа. Таблица разделена на группы металлов и сплавов, где под каждым наименованием обозначена марка по ГОСТ и соответствующая ей плотность в г/см3 в зависимости от температуры плавления. Для определения физического значения удельной плотности в кг/м3 нужно табличную величину в г/см3 умножить на 1000. Например, так можно узнать какова плотность железа – 7850 кг/м3.

Наиболее типичным черным металлом является железо. Значение плотности – 7,85 г/см3 можно считать удельным весом черного металла на основе железа. К черным металлам в таблице относятся железо, марганец, титан, никель, хром, ваннадий, вольфрам, молибден, и черные сплавы на их основе, например, нержавеющие стали (плотность 7,7-8,0 г/см3), черные стали (плотность 7,85 г/см3) в основном используют производители металлоконструкций в Украине , чугун (плотность 7,0-7,3 г/см3). Остальные металлы считаются цветными, а также сплавы на их основе. К цветным металлам в таблице относятся следующие виды:

− легкие – магний, алюминий;

− благородные металлы (драгоценные) – платина, золото, серебро и полублагородная медь;

− легкоплавкие металлы – цинк, олово, свинец.

Удельный вес цветных металлов

Таблица. Удельный вес металлов, свойства, обозначения металлов, температура плавления

Наименование металла, обозначение Атомный вес Температура плавления, °C Удельный вес, г/куб.см Цинк Zn (Zinc) 65,37 419,5 7,13 Алюминий Al (Aluminium) 26,9815 659 2,69808 Свинец Pb (Lead) 207,19 327,4 11,337 Олово Sn (Tin) 118,69 231,9 7,29 Медь Cu (Сopper) 63,54 1083 8,96 Титан Ti (Titanium) 47,90 1668 4,505 Никель Ni (Nickel) 58,71 1455 8,91 Магний Mg (Magnesium) 24 650 1,74 Ванадий V (Vanadium) 6 1900 6,11 Вольфрам W (Wolframium) 184 3422 19,3 Хром Cr (Chromium) 51,996 1765 7,19 Молибден Mo (Molybdaenum) 92 2622 10,22 Серебро Ag (Argentum) 107,9 1000 10,5 Тантал Ta (Tantal) 180 3269 16,65 Железо Fe (Iron) 55,85 1535 7,85 Золото Au (Aurum) 197 1095 19,32 Платина Pt (Platina) 194,8 1760 21,45

При прокате заготовок из цветных металлов необходимо еще точно знать их химический состав, поскольку от него зависят их физические свойства.
Например, если в алюминии присутствуют примеси (хотя бы и в пределах 1%) кремния или железа, то пластические характеристики у такого металла будут гораздо хуже.
Другое требование к горячему прокату цветных металлов – это предельно точная выдержка температуры металла. К примеру, цинк требует при прокатке температуры строго 180 градусов — если она будет чуть выше или чуть ниже, капризный металл резко утратит пластичность.
Медь более «лояльна» к температуре (ее можно прокатывать при 850 – 900 градусах), но зато требует, чтобы в плавильной печи непременно была окислительная (с повышенным содержанием кислорода) атмосфера — иначе она становится хрупкой.

Таблица удельного веса сплавов металлов

Удельный вес металлов определяют чаще всего в лабораторных условиях, но в чистом виде они весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов и сплавам черных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.

Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.

В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих марок сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.

Ниже в справочной таблице приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных сплавов металлов. В перечне представлены данные по плотности основных сплавов металлов при температуре среды 20°C.

Список сплавов металлов

Плотность сплавов
(кг/м 3 )

Адмиралтейская латунь – Admiralty Brass (30% цинка, и 1% олова)

Алюминиевая бронза – Aluminum Bronze (3-10% алюминия)

Он вдвое легче, но и вдвое прочнее железа, в 6 раз прочнее алюминия

В земной коре его много -0,63%.

Лишь три технически важных металла – алюминий, железо и магний распространены больше, чем титан. количество титана в земной коре в несколько раз превышает запасы ( меди, цинка, свинца, серебра, золота, платины, хрома, вольфрама, молибдена, никеля , олова, сурьмы) вместе взятых.

Коррозионную прочность титана можно сравнить только с серебром и золотом. На пластинке из титана за 10 лет пребывания в морской воде не появилось и следов коррозии. На его поверхности легко образуется окисная пленка – поэтому высокая коррозионная стойкость.

Ему нипочем океанские глубины, межпланетный вакуум, сверхнизкие температуры космического пространства, жар аэродинамического нагрева.

Титан можно обрабатывать давлением и резанием, сваривать в среде аргона. изготавливать детали литьем, обработка резанием его затруднена.

Титан имеет очень высокую удельную прочность.

* Широкое применение титана сдерживается его высокой стоимостью, которая обусловлена сложностью извлечения его из руд.

* В отличие от многих металлов титан обладает значительным электросопротивлением.если электропроводность серебра принять за 100%. меди 94%, алюминия 60%, железо 15%, титана -3,8%. Это свойство очень важно для радиоэлектроники и электротехники.

Поставляется титан в виде листов, труб, прутков, поковок, штамповок.

Технический титан изготавливается 3-х марок:

* ВТ1-00 ( 99,53% Т )

* ВТ1-0 ( 99,48% Т )

* ВТ1-1 ( 99,44% Т )

Вредными примесями для титана являются : азот, углерод, кислород и водород, они снижают пластичность и свариваемость, повышают твердость, ухудшают сопротивление коррозии.

Технический титан имеет: σ = 300-500 МПА

δ= 20-30%

Чем больше примесей,тем больше прочность и меньше пластичность титана.

Сплавы на основе титана

Для получения сплавов титан легируют алюминием, молибденом, ванадием, марганцем, хромом, железом, ниобием и др.

Удельная прочность титановых сплавов выше, чем у легированных сталей.

Легирующие элементы оказывают большое влияние на температуры полиморфного превращения титана.

* Так, алюминий, кислород, азот – повышают температуру и расширяют – область. их называют -стабилизаторами.

* Молибден, ванадий, марганец, хром, железо –понижают температуру полиморфного превращения. их называют стабилизаторами.

Все промышленные сплавы титана содержат алюминий.

Титан и его сплавы

В соответствии со структурой различают следующие сплавы титана:

1. α-сплавы .Структура их α– твердые растворы л.э. в титане. основной легирующий элемент – алюминий.

ВТ5 –5% алюминия σв = 750-900 Мпа δ =10%

2. α + β -сплавы.Структура их – α иβ твердые растворы. кроме алюминия. они содержат 2-4% стабилизаторов

ВТ6( 6% алюминия, 4% ванадия) σв =900-1070Мпа δ =6-9%

3. β -сплавыструктура их β – твердый раствор. Содержат большое количество стабилизаторов.

ВТ32( 2% алюминия, 8% молибдена, 8% ванадия ,1% хрома, 1% железа )

σв = 800-900 Мпа δ =6-15%

Термическая обработка титановых сплавов

Титановые сплавы в зависимости от состава и назначения можно подвергать:

* -закалке и старению

* Титан и альфа сплавы титанане подвергаются упрочняющей термообработке, их подвергают рекристаллизационному отжигу от температуры 650 -850°, это обеспечивает повышение пластичности.

Читать еще:  Какую температуру выдерживает латунь

* альфа +бетта сплавы титанамогут быть упрочнены закалкой с последующим старением. при быстром охлаждении протекает сдвиговое мартенситное превращение. мартенсит здесь- пересыщенный твердый раствор легирующего элемента в альфа-титане. Температура закалки 750-950 °

Для увеличения износостойкости сплавы титана азотируют.

Применение титановых сплавов

Титановые сплавы как высокопрочные конструкционные материалы широко применяют с следующих областях:

* Авиации и ракетостроении – это корпуса двигателей, обшивки самолетов, баллоны для газов, сопла, диски и лопатки турбин, детали крепежа фюзеляжа. В самолете ТУ 154 несколько тысяч важнейших деталей сделано из сплавов титана

* Морское и речное судостроение – гребные винты, обшивки подводных лодок. судов, торпед

* Химической промышленности – оборудование для таких сред как хлор, кислоты, вентили для агрессивных жидкостей и т.п.

* Криогенной технике

* Сплавы титана обладают эффектом памяти – нитинол – сплавы титана с никелем. Изделие можно изогнуть. скрутить, а потом выпрямить. При нагреве оно воспроизведет свою форму.

Несмотря на то, что сплавы дороги, применение их в промышленности экономически выгодно, так. корпус химического реактора из нержавеющей стали служит 6 месяцев, а из сплавов титана – 10 лет

змеевик медный оцинкованный служит 10 месяцев, а титановый – 10 лет

Применяют и биметаллы сталь- титан

Магний и его сплавы

Магний также, как и алюминий и титан относится к материалам с малой плотностью.

Магний – металл серебристо-белого цвета, (под действием окисления поверхность магния тускнеет и становится матовой) не имеет полиморфных превращений и кристаллизуется в плотноупакованную гексагональную решетку.

* Плотность магния – 1,7 г/смз

* Магний в 1,5 раза легче алюминия, в 4,5 раза – железа, в 5 раз легче.

* Температура плавления магния – 651 °С

Магний обладает способностью легко воспламеняться. Вспыхивая, магний ярким светом, выделяя большое количество тепла.Поэтому магний находит широкое применение в пиротехнике, в военном деле при производстве сигнальных ракет, зажигательных бомб.

Магний нельзя гасить водой, т.к. будет взрыв.

* Легкая воспламеняемость магния способствовала тому, что многие считают, что изделия из магния опасны в пожарном отношении. Это не так.

* Магниевая пыль, стружка, порошок – они действительно опасны, а изделия, слитки – не опасны. чем больше масса, тем тепло быстрее растекается по всей массе материала. Магний имеет очень хорошую теплопроводность.

* Магний плохо сопротивляется коррозии – деталь толщиной 3 см будет полностью “съедена” морем за 3 месяца. Поэтому магний и его сплавы нужно защищать от коррозии.

Магний и его сплавы

Литой магний имеет σв =120Мпа δ =5% 30НВ

Деформированный σв = 250 Мпа δ=10% 50НВ

Технический магний выпускается 3-х марок:

* МГ90 ( 99,9% магния)

* МГ95 (99,95 %)

* МГ96 (99,96%)

Магний может быть использован в химической промышленности, в металлургии как раскислитель, легирующий элемент и т.п.

Как конструкционный материал чистый магний не применяется, а для этой цели используются сплавы магния

Сплавы магния

Достоинством магниевых сплавов является их высокая удельная прочность. σв = 250-400 Мпа. По степени прочности на единицу своего веса они превосходят легированные стали и композиции на основе алюминия, уступая в этом лишь титановым сплавам

Поэтому сплавы магния употребляются для изготовления наиболее металлоемких деталей двигателя, корпуса компрессоров, коробок скоростей, корпуса приборов. В самолетах типа Ту154 насчитывается более 2-х тонн деталей из магниевых сплавов.

Магниевые сплавы очень хорошо поглощают вибрацию

Их удельная вибрационная прочность почти в 100 раз выше, чем у лучших алюминиевых сплавов, в 20 раз лучше, чем у алюминиевых сплавов

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием

Они обладают высокой хладностойкостью. От внезапного похолодания внезапно разрушаются многие конструкции- мосты. магистральные трубопроводы. суда. при морозе сталь делается хрупкой, хладноломкой.

Основным легирующим элементом в магниевых сплавах является алюминий ( до 10%) затем цинк (5-6%), марганец (до 2,5%)

По технологическому признаку сплавы магния можно разделить на 2 группы:

* -литейные –МЛ

* деформированные –МД

Литейные магниевые сплавы – МЛ5,МЛ6,МЛ10 , в их составе магний, алюминий, цинк.

Высокие литейные свойства, применяют для нагруженных крупногабаритных изделий, корпуса, конструкции в автомобилях – особенно гоночных. приборостроении.

Деформируемые магниевые сплавы МА1, МА2 –изготавливаются в виде горячекатанных листов, прутков, профилей, поковок, штамповок.

Сплавы, имеющие гексагональную решетку низкопластичны, поэтому ОМД ведут при повышенных температурах.

Химический состав их близок к литейным.

МА1 имеет σв =210Мпа

Лекция 16

«НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ»

Древние философы разделили весь мир на три царства: минеральное, растительное и животное. Но человек создал еще и четвертое – царство искусственных материалов и, пожалуй, самым удивительным изобретением человека стали пластмассы.

Представьте, что из окружающего нас мира исчезли бы пластмассы.

Тогда не стало бы не только привычных вещей в нашем доме, но и космических полетов, сверхзвуковых самолетов, глубоководных батискафов, современных телевизоров, всякого рода бытовых мелочей – полиэтиленовых мешочков, крышей – всего не перечислишь. Просто говоря, без пластмасс техника и наш быт вернулись бы в начало двадцатого века.

О значении пластмасс в развитии материального производства красноречиво говорит тот факт, что уже в 60-е годы мировой объем производства пластмасс значительно превысил выпуск цветных металлов.

Сейчас пластмассы не просто с успехом заменяют многие металлы, но и сами стали незаменимыми материалами во многих самых различных отраслях техники, пищевой промышленности, строительстве. сельском хозяйстве и т.п.

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-25; Нарушение авторского права страницы

Toyota Altezza ‘SPORT supercharged. › Бортжурнал › Всё, что необходимо знать о металле ТИТАН (Ti)…

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.

Читать еще:  Как правильно заточить цепь для продольного пиления

Физические и механические 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.

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

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector