ลักษณะทางกายภาพและสมบัติของโลหะที่แข็งที่สุดชนิดหนึ่ง - ไททาเนียม ไททาเนียมเป็นโลหะ คุณสมบัติของไททาเนียม การประยุกต์ใช้ไททาเนียม เกรดและองค์ประกอบทางเคมีของไททาเนียม
1metal.com ตลาดโลหะวิทยา 1metal.com ข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับไทเทเนียมและโลหะผสมของบริษัทยูเครนบนแพลตฟอร์มการซื้อขายโลหะ 1metal.com 4.6 ดาวอิงจาก95
ไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมกระจายอยู่ทั่วไปในเปลือกโลก โดยประกอบด้วยประมาณ 6% และในแง่ของความชุก เป็นอันดับที่สี่รองจากอะลูมิเนียม เหล็ก และแมกนีเซียม อย่างไรก็ตามวิธีการสกัดแบบอุตสาหกรรมได้รับการพัฒนาในยุค 40 ของศตวรรษที่ยี่สิบเท่านั้น ด้วยความก้าวหน้าในด้านการผลิตเครื่องบินและจรวด การผลิตไททาเนียมและโลหะผสมจึงได้รับการพัฒนาอย่างเข้มข้น อันเนื่องมาจากการรวมกันของคุณสมบัติอันมีค่าของไททาเนียม เช่น ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงจำเพาะสูง (สใน /r × g) ความต้านทานการกัดกร่อน ความสามารถในการผลิตในการบำบัดด้วยแรงดันและความสามารถในการเชื่อม ความทนทานต่อความเย็น ความไม่เป็นแม่เหล็ก และคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่มีค่าอื่นๆ จำนวนหนึ่งตามรายการด้านล่าง
ลักษณะสมบัติทางกายภาพและทางกลของไททาเนียม (VT1-00)
| ความหนาแน่น r, กก. / ม. 3 | 4.5 × 10 -3 |
| อุณหภูมิหลอมเหลว ตู่กรุณา , °C | 1668±4 |
| ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น a × 10 –6 , องศา -1 | 8,9 |
| ค่าการนำความร้อน l , W/(m × deg) | 16,76 |
| แรงดึง s ใน MPa | 300–450 |
| ความแข็งแรงของผลผลิตตามเงื่อนไข s 0.2 , MPa | 250–380 |
| ความแรงจำเพาะ (s in /r×g)× 10 –3 , กม. | 7–10 |
| การยืดตัวสัมพัทธ์ d, % | 25–30 |
| การหดตัวสัมพัทธ์ Y , % | 50–60 |
| โมดูลัสความยืดหยุ่นปกติ อี' 10 -3 , MPa | 110,25 |
| โมดูลัสเฉือน จี 10 -3 , MPa | 41 |
| อัตราส่วนปัวซอง ม. | 0,32 |
| ความแข็ง HB | 103 |
| แรงกระแทก KCU, J/cm2 | 120 |
ไททาเนียมมีการดัดแปลงหลายรูปแบบ: a-titanium ที่มีโครงตาข่ายปิดหกเหลี่ยมพร้อมจุด เอ= 0.296 นาโนเมตร กับ= 0.472 นาโนเมตร และการดัดแปลงอุณหภูมิสูงของ b-titanium ด้วยโครงตาข่ายที่มีตัวถังเป็นศูนย์กลางลูกบาศก์โดยมีคาบ เอ\u003d 0.332 nm ที่ 900 ° C อุณหภูมิของ polymorphic a "b-transformation คือ 882 ° C
คุณสมบัติทางกลของไททาเนียมขึ้นอยู่กับเนื้อหาของสิ่งเจือปนในโลหะอย่างมาก มีสิ่งเจือปนคั่นระหว่างหน้า - ออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอน ไฮโดรเจนและสิ่งเจือปนแบบแทนที่ ซึ่งรวมถึงเหล็กและซิลิกอน แม้ว่าสิ่งเจือปนจะเพิ่มความแข็งแรง แต่ก็ลดความเหนียวลงอย่างรวดเร็ว และสิ่งสกปรกที่คั่นระหว่างหน้า โดยเฉพาะก๊าซ ก็ให้ผลด้านลบที่รุนแรงที่สุด ด้วยการแนะนำเพียง 0.003% H, 0.02% N หรือ 0.7% O ไททาเนียมสูญเสียความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกอย่างสมบูรณ์และกลายเป็นเปราะ
อันตรายอย่างยิ่งคือไฮโดรเจนซึ่งเป็นสาเหตุ การแตกตัวของไฮโดรเจนโลหะผสมไททาเนียม ไฮโดรเจนเข้าสู่โลหะระหว่างการหลอมและการแปรรูปในภายหลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในระหว่างการดองของผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป ไฮโดรเจนสามารถละลายได้เพียงเล็กน้อยในเอ-ไททาเนียมและก่อตัวเป็นอนุภาคลาเมลลาร์ไฮไดรด์ ซึ่งลดแรงกระแทกและมีผลลบโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการทดสอบการแตกหักที่ล่าช้า
วิธีทางอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตไททาเนียมประกอบด้วยการเสริมสมรรถนะและคลอรีนของแร่ไททาเนียม ตามด้วยการกู้คืนจากไททาเนียมเตตระคลอไรด์ด้วยแมกนีเซียมโลหะ (วิธีระบายความร้อนด้วยแมกนีเซียม) ได้ด้วยวิธีนี้ ฟองน้ำไทเทเนียม(GOST 17746–79) ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกล เกรดต่อไปนี้ผลิตขึ้น:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-T V (ดูตารางที่ 17.1) ตัวเลขหมายถึงความแข็งบริเนล HB, TB - แข็ง
เพื่อให้ได้ไททาเนียมเสาหิน ฟองน้ำจะถูกบดเป็นผง กดและเผาหรือหลอมใหม่ในเตาอาร์คในบรรยากาศสุญญากาศหรือก๊าซเฉื่อย
คุณสมบัติทางกลของไททาเนียมมีลักษณะเฉพาะด้วยการผสมผสานที่ลงตัวระหว่างความแข็งแกร่งและความเหนียว ตัวอย่างเช่น เกรดไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ VT1-0 มี: s ใน = 375–540 MPa, s 0.2 = 295–410 MPa, d ³ 20% และคุณลักษณะเหล่านี้ไม่ได้ด้อยกว่าเหล็กกล้าที่ทนต่อการกัดกร่อนของคาร์บอนและ Cr-Ni จำนวนหนึ่ง
ความเหนียวสูงของไททาเนียมเมื่อเทียบกับโลหะอื่นๆ ที่มีโครงข่าย hcp (Zn, Mg, Cd) อธิบายได้จากระบบสลิปและการจับคู่จำนวนมากเนื่องจากมีอัตราส่วนเพียงเล็กน้อย กับ/เอ= 1.587. เห็นได้ชัดว่านี่เป็นสาเหตุของการต้านทานความเย็นสูงของไททาเนียมและโลหะผสม (ดูรายละเอียดในบทที่ 13)
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 250 ° C ความแข็งแรงของไททาเนียมจะลดลงเกือบ 2 เท่า อย่างไรก็ตาม Ti-alloy ที่ทนความร้อนมีค่าความแข็งแรงจำเพาะในช่วงอุณหภูมิ 300–600 °C ไม่เท่ากัน ที่อุณหภูมิสูงกว่า 600 องศาเซลเซียส ไททาเนียมอัลลอยด์จะด้อยกว่าอัลลอยด์ที่เป็นเหล็กและนิกเกิล
ไททาเนียมมีโมดูลัสความยืดหยุ่นปกติต่ำ ( อี= 110.25 GPa) - น้อยกว่าเหล็กและนิกเกิลเกือบ 2 เท่า ซึ่งทำให้ยากต่อการผลิตโครงสร้างที่แข็งแรง
ไททาเนียมเป็นโลหะที่ทำปฏิกิริยาได้ชนิดหนึ่ง แต่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง เนื่องจากมีการสร้างฟิล์ม TiO 2 แบบพาสซีฟที่เสถียรบนพื้นผิว ซึ่งยึดติดแน่นกับโลหะฐานอย่างแน่นหนา และไม่รวมการสัมผัสโดยตรงกับสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน ความหนาของฟิล์มนี้มักจะถึง 5-6 นาโนเมตร
เนื่องจากฟิล์มออกไซด์ ไทเทเนียมและโลหะผสมไม่กัดกร่อนในบรรยากาศ ในน้ำจืดและน้ำทะเล มีความทนทานต่อการกัดกร่อนของโพรงโพรงอากาศและการกัดกร่อนของความเค้น ตลอดจนกรดอินทรีย์
การผลิตผลิตภัณฑ์จากไททาเนียมและโลหะผสมมีคุณสมบัติทางเทคโนโลยีหลายประการ เนื่องจากไททาเนียมหลอมเหลวมีกิจกรรมทางเคมีสูง การหลอม การหล่อ และการเชื่อมอาร์กจึงเกิดขึ้นในสุญญากาศหรือในบรรยากาศของก๊าซเฉื่อย
ในระหว่างการให้ความร้อนทางเทคโนโลยีและการปฏิบัติงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูงกว่า 550–600 °C จำเป็นต้องใช้มาตรการในการปกป้องไททาเนียมจากการเกิดออกซิเดชันและความอิ่มตัวของก๊าซ (ชั้นอัลฟา) (ดูบทที่ 3)
ไททาเนียมได้รับการประมวลผลอย่างดีด้วยแรงดันในสภาวะร้อนและเย็นเป็นที่น่าพอใจ รีด หลอม ประทับตราได้ง่าย ไททาเนียมและโลหะผสมเชื่อมด้วยความต้านทานและการเชื่อมอาร์กอาร์กอนอย่างดี ทำให้ข้อต่อเชื่อมมีความแข็งแรงและความเหนียวสูง ข้อเสียของไททาเนียมคือการแปรรูปที่ไม่ดีเนื่องจากการเกาะติด การนำความร้อนต่ำ และคุณสมบัติต้านการเสียดสีไม่ดี
วัตถุประสงค์หลักของการผสมไททาเนียมอัลลอยด์คือเพื่อเพิ่มความแข็งแรง ทนความร้อน และทนต่อการกัดกร่อน ประยุกต์กว้างพบโลหะผสมของไททาเนียมที่มีอลูมิเนียม โครเมียม โมลิบดีนัม วาเนเดียม แมงกานีส ดีบุก และองค์ประกอบอื่นๆ องค์ประกอบการผสมมีอิทธิพลอย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงหลายรูปแบบของไทเทเนียม
ตาราง 17.1
เกรด องค์ประกอบทางเคมี (%) และความแข็งของรูพรุนไททาเนียม (GOST 17746–79)
| ติไม่น้อย | ความแข็ง HB, 10/1500/30 ไม่มีอีกแล้ว |
||||||||
ตาราง 17.2
เกรดและองค์ประกอบทางเคมี (%) ของโลหะผสมไททาเนียมดัด (GOST 19807–91)
| สัญกรณ์ | ||||||||||||||
บันทึก. ผลรวมของสิ่งเจือปนอื่นๆ ในโลหะผสมทั้งหมดคือ 0.30% ในโลหะผสม VT1-00 - 0.10%
การก่อตัวของโครงสร้างและด้วยเหตุนี้ คุณสมบัติของไททาเนียมอัลลอยด์จึงได้รับอิทธิพลอย่างเด็ดขาดจากการเปลี่ยนแปลงเฟสที่เกี่ยวข้องกับโพลิมอร์ฟิซึมของไททาเนียม ในรูป 17.1 แสดงไดอะแกรมของไดอะแกรมสถานะ "องค์ประกอบโลหะผสมไททาเนียม" ซึ่งสะท้อนถึงการแบ่งองค์ประกอบโลหะผสมตามลักษณะของอิทธิพลที่มีต่อการเปลี่ยนแปลงหลายรูปแบบของไทเทเนียมเป็นสี่กลุ่ม
เอ - สเตบิไลเซอร์(Al, O, N) ซึ่งเพิ่มอุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงหลายรูปแบบ a «b และขยายช่วงของสารละลายที่เป็นของแข็งตาม a-titanium (รูปที่ 17.1, เอ). เมื่อพิจารณาจากผลกระทบของไนโตรเจนและออกซิเจน อะลูมิเนียมเท่านั้นที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติสำหรับการผสมไททาเนียม เป็นองค์ประกอบโลหะผสมหลักในโลหะผสมไทเทเนียมอุตสาหกรรมทั้งหมด ลดความหนาแน่นและแนวโน้มที่จะเกิดการแตกตัวของไฮโดรเจน และยังเพิ่มความแข็งแรงและโมดูลัสของความยืดหยุ่น โลหะผสมที่มีโครงสร้าง a ที่มั่นคงจะไม่ทำให้แข็งโดยการอบชุบด้วยความร้อน
Isomorphic b-stabilizers (Mo, V, Ni, Ta, ฯลฯ ) ซึ่งลดอุณหภูมิของ "b-transformation และขยายช่วงของการแก้ปัญหาที่เป็นของแข็งตาม b-titanium (รูปที่ 17.1, ข).
สารทำให้คงตัวบีที่ก่อรูปยูเทคตอยด์ (Cr, Mn, Cu เป็นต้น) สามารถสร้างสารประกอบระหว่างโลหะของประเภท TiX กับไททาเนียม ในกรณีนี้ เมื่อเย็นลง เฟส b จะผ่านการแปลงแบบยูเทคตอยด์ b ® a + TiX (รูปที่ 17.1 ใน). ข้างมาก
b-stabilizers ช่วยเพิ่มความแข็งแรง ทนความร้อน และความเสถียรทางความร้อนของไททาเนียมอัลลอยด์ ซึ่งช่วยลดความเหนียวได้ (รูปที่ 17.2) นอกจากนี้ โลหะผสมที่มี (a + b) และโครงสร้างหลอก b สามารถชุบแข็งได้โดยการอบชุบด้วยความร้อน (การชุบแข็ง + การเสื่อมสภาพ)
องค์ประกอบที่เป็นกลาง (Zr, Sn) ไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงหลายรูปแบบและไม่เปลี่ยนองค์ประกอบเฟสของโลหะผสมไททาเนียม (รูปที่ 17.1, จี).
Polymorphic b ® a -transformation สามารถเกิดขึ้นได้สองวิธี ด้วยการระบายความร้อนช้าและการเคลื่อนที่ของอะตอมสูง มันเกิดขึ้นตามกลไกการแพร่กระจายตามปกติด้วยการก่อตัวของโครงสร้างหลายหน้าของสารละลายเอที่เป็นของแข็ง ด้วยการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว - โดยกลไกมาร์เทนซิติกแบบไม่กระจายที่มีการก่อตัวของโครงสร้างมาร์เทนซิติกแบบจุดเดียว ซึ่งแสดงเป็น ¢ หรือด้วยระดับการผสมที่สูงกว่า - a ¢ ¢ โครงสร้างผลึกของ a , a ¢ , ¢ ¢ แทบจะเป็นประเภทเดียวกัน (HCP) อย่างไรก็ตาม ตาข่ายของ ¢ และ ¢ ¢ ผิดเพี้ยนมากกว่า และระดับการบิดเบือนจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นขององค์ประกอบการผสมที่เพิ่มขึ้น มีหลักฐาน [1] ว่าโครงตาข่ายของเฟส a ¢ ¢ เป็นออร์โธฮอมบิกมากกว่ารูปหกเหลี่ยม เมื่อเฟสแก่ชรา ¢ และ ¢ ¢ แยกจากเฟส b หรือเฟสระหว่างโลหะ
ข้าว. 17.1. ไดอะแกรมสถานะของระบบ "องค์ประกอบ Ti-alloying" (แบบแผน):
เอ) "Ti-a-stabilizers";
ข) “ Ti-isomorphic b-stabilizers”;
ใน) "b-stabilizers ที่สร้าง Ti-eutectoid";
จี) "องค์ประกอบที่เป็นกลาง"
ข้าว. 17.2. อิทธิพลขององค์ประกอบการผสมที่มีต่อคุณสมบัติทางกลของไททาเนียม
ไทเทเนียมมาร์เทนไซต์ต่างจากเหล็กกล้าคาร์บอนซึ่งเป็นสารละลายคั่นระหว่างหน้าและมีความแข็งแรงสูงและเปราะบาง ไทเทเนียมมาร์เทนไซต์เป็นสารละลายทดแทน และการดับของโลหะผสมไทเทเนียมสำหรับมาร์เทนไซต์ ¢ นำไปสู่การชุบแข็งเล็กน้อยและไม่มีการลดลงอย่างรวดเร็วของความเป็นพลาสติก .
การแปลงเฟสที่เกิดขึ้นระหว่างการเย็นตัวช้าและเร็วของโลหะผสมไททาเนียมที่มีเนื้อหาต่าง ๆ ของ b-stabilizers รวมถึงโครงสร้างที่ได้จะแสดงในแผนภาพทั่วไป (รูปที่ 17.3) ใช้ได้กับ isomorphic b-stabilizers (รูปที่ 17.1, ข) และสำหรับการประมาณค่า b-stabilizers ที่สร้างยูเทคตอยด์ (รูปที่ 17.1 ใน) เนื่องจากการสลายตัวของยูเทคตอยด์ในโลหะผสมเหล่านี้ช้ามากและสามารถละเลยได้
ข้าว. 17.3. รูปแบบของการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบเฟสของโลหะผสม "Ti-b-stabilizer" ขึ้นอยู่กับความเร็ว
เย็นและแข็งตัวจาก b-region
ด้วยการระบายความร้อนช้าในโลหะผสมไททาเนียม ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารทำให้คงตัว b สามารถรับโครงสร้างได้: a, a + b หรือ b ตามลำดับ
ในระหว่างการดับเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนซิติกในช่วงอุณหภูมิ M n -M k (แสดงเป็นเส้นประในรูปที่ 17.3) ควรแยกโลหะผสมสี่กลุ่มออก
กลุ่มแรกรวมถึงโลหะผสมที่มีความเข้มข้นขององค์ประกอบที่ทำให้เสถียร b สูงถึง C 1 นั่นคือโลหะผสมที่เมื่อดับจากภูมิภาค b มีเฉพาะโครงสร้าง ¢ (a ¢ ¢) หลังจากดับโลหะผสมเหล่านี้จากอุณหภูมิ (a + b) - ภูมิภาคในช่วงตั้งแต่การแปลงโพลิมอร์ฟิคถึง ตู่ 1 โครงสร้างเป็นส่วนผสมของเฟส a ¢ (a ¢ ¢) a และ b และหลังจากดับจากอุณหภูมิที่ต่ำกว่า ตู่ cr พวกเขามีโครงสร้าง (a + b)
กลุ่มที่สองประกอบด้วยโลหะผสมที่มีความเข้มข้นขององค์ประกอบโลหะผสมตั้งแต่ C 1 ถึง C cr ซึ่งเมื่อดับจากภูมิภาค b การเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนซิติกจะไม่เกิดขึ้นจนจบและมีโครงสร้าง a ¢ (a ¢ ¢ ) และ ข. โลหะผสมของหมู่นี้ภายหลังดับจากอุณหภูมิจากการแปลงพหุสัณฐานเป็น ตู่ kr มีโครงสร้าง a ¢ (a ¢ ¢) a และ b และมีอุณหภูมิต่ำกว่า ตู่ cr - โครงสร้าง (a + b)
การชุบแข็งของโลหะผสมของกลุ่มที่สามด้วยความเข้มข้นของธาตุ b-stabilizing จาก C cr ถึง C 2 จากอุณหภูมิในบริเวณ b-region หรือจากอุณหภูมิจากการแปลงแบบ polymorphic เป็น ตู่ 2 มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของส่วนของเฟส b เป็นเฟส w และโลหะผสมประเภทนี้หลังจากการดับจะมีโครงสร้าง (b + w) โลหะผสมของกลุ่มที่สามหลังจากการชุบแข็งจากอุณหภูมิที่ต่ำกว่า ตู่ 2 มีโครงสร้าง (b + a)
โลหะผสมของกลุ่มที่สี่หลังจากการดับจากอุณหภูมิที่สูงกว่าการเปลี่ยนแปลงแบบพหุสัณฐานมีโครงสร้าง b เพียงอย่างเดียว และจากอุณหภูมิที่ต่ำกว่าการเปลี่ยนแปลงเชิงพหุสัณฐาน - (b + a)
ควรสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลง b ® b + w สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในระหว่างการดับของโลหะผสมที่มีความเข้มข้นของ (С cr –С 2) และในช่วงอายุของโลหะผสมที่มีความเข้มข้นมากกว่า C 2 ที่มีเฟส b ที่ metastable . ไม่ว่าในกรณีใดการปรากฏตัวของ w-phase นั้นเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาเพราะมันจะเปราะบางอย่างมาก โลหะผสมไททาเนียม. ระบบบำบัดความร้อนที่แนะนำไม่รวมการมีอยู่ของโลหะผสมอุตสาหกรรมหรือลักษณะที่ปรากฏภายใต้สภาวะการทำงาน
สำหรับไททาเนียมอัลลอยด์ จะมีการใช้การอบชุบด้วยความร้อนประเภทต่อไปนี้: การหลอม การชุบแข็งและการเสื่อมสภาพ ตลอดจนการบำบัดด้วยความร้อนด้วยสารเคมี (ไนไตรดิง การทำให้เป็นซิลิโคน การออกซิเดชัน เป็นต้น)
การหลอมจะดำเนินการสำหรับโลหะผสมไททาเนียมทั้งหมดเพื่อให้การก่อตัวของโครงสร้างสมบูรณ์ ปรับระดับความแตกต่างของโครงสร้างและความเข้มข้น ตลอดจนคุณสมบัติทางกล อุณหภูมิการหลอมควรสูงกว่าอุณหภูมิการหลอมซ้ำ แต่ต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นสถานะ b ( ตู่ pp) เพื่อป้องกันการเจริญเติบโตของเมล็ดพืช นำมาใช้ การอบอ่อนแบบธรรมดา แบบดับเบิ้ลหรือไอโซเทอร์มอล(เพื่อรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างและคุณสมบัติ) ไม่สมบูรณ์(เพื่อบรรเทาความเครียดภายใน)
การชุบแข็งและการเสื่อมสภาพ (การชุบแข็งด้วยความร้อน) ใช้ได้กับไททาเนียมอัลลอยด์ที่มีโครงสร้าง (a + b) หลักการของการชุบแข็งด้วยความร้อนคือการได้ระยะ metastable b , a ¢ , a ¢ ¢ ระหว่างการดับและการสลายตัวที่ตามมาด้วยการปล่อยอนุภาค a - และ b -phase ที่กระจัดกระจายในระหว่างการบ่มโดยประดิษฐ์ ในกรณีนี้ เอฟเฟกต์การเสริมความแข็งแกร่งจะขึ้นอยู่กับชนิด ปริมาณ และองค์ประกอบของเฟสที่แพร่กระจายได้ เช่นเดียวกับความละเอียดของอนุภาคเฟส a และ b ที่เกิดขึ้นหลังการเสื่อมสภาพ
การบำบัดด้วยความร้อนด้วยเคมีจะดำเนินการเพื่อเพิ่มความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอ ความต้านทานต่อ "อาการชัก" เมื่อทำงานภายใต้สภาวะเสียดสี ความแข็งแรงเมื่อยล้า รวมทั้งปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน ทนความร้อนและทนความร้อน ไนไตรดิ้ง ซิลิกอนไนซ์ และโลหะกระจายบางชนิดมีการใช้งานจริง
ไททาเนียมอัลลอยด์ เมื่อเทียบกับไททาเนียมทางเทคนิค มีความแข็งแรงสูงกว่า รวมทั้งที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่ยังคงความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อนสูงเพียงพอ
ตราสินค้าและองค์ประกอบทางเคมีของภายในประเทศ
โลหะผสม (GOST 19807–91) แสดงไว้ในตาราง 17.2.
ตามเทคโนโลยีการผลิต ไททาเนียมอัลลอยด์แบ่งออกเป็น หล่อและหล่อ; ตามระดับคุณสมบัติทางกล - สำหรับโลหะผสม ความแข็งแรงต่ำและความเหนียวสูง, กลาง มีความแข็งแรงสูง; ตามเงื่อนไขการใช้งาน - on ทนความเย็น ทนความร้อน ทนต่อการกัดกร่อน . ตามความสามารถในการชุบแข็งโดยการอบชุบด้วยความร้อน แบ่งออกเป็น ชุบแข็งและ ไม่แข็งกระด้างตามโครงสร้างในสถานะอบอ่อน - เป็น -, หลอก -, (a + b) -, หลอก-b - และ b-โลหะผสม (ตารางที่ 17.3)
ไททาเนียมอัลลอยด์แต่ละกลุ่มมีค่าสัมประสิทธิ์การรักษาเสถียรภาพตามเงื่อนไขแตกต่างกัน Kbซึ่งแสดงอัตราส่วนของเนื้อหาขององค์ประกอบโลหะผสมที่มีความเสถียร b ต่อเนื้อหาในโลหะผสมขององค์ประกอบที่สำคัญ กับ cr. เมื่อโลหะผสมมีองค์ประกอบที่ทำให้เสถียร b หลายตัว พวกมัน Kbสรุป.
< 700 MPa กล่าวคือ: a - โลหะผสมของเกรด VT1-00, VT1-0 (ไทเทเนียมทางเทคนิค) และโลหะผสม OT4-0, OT4-1 (ระบบ Ti-Al-Mn), AT3 (ระบบ Ti-Al พร้อมการเพิ่ม Cr เล็กน้อย , Fe, Si, B) เกี่ยวข้องกับโลหะผสมปลอมที่มีเฟส b จำนวนเล็กน้อย คุณสมบัติด้านความแข็งแรงของโลหะผสมเหล่านี้สูงกว่าไทเทเนียมบริสุทธิ์เนื่องจากมีสิ่งเจือปนในโลหะผสม VT1-00 และ VT1-0 และการผสมเล็กน้อยด้วย a- และ b-stabilizers ในโลหะผสม OT4-0, OT4-1, AT3
โลหะผสมเหล่านี้มีความโดดเด่นด้วยความเหนียวสูงทั้งในสภาวะร้อนและเย็น ซึ่งทำให้ได้ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปทุกประเภท: ฟอยล์ แถบ แผ่น แผ่น แผ่นตีขึ้นรูป การปั๊มขึ้นรูป โปรไฟล์ ท่อ ฯลฯ คุณสมบัติทางกลของ ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปจากโลหะผสมเหล่านี้แสดงอยู่ในแท็บ 17.4–17.6.
ตาราง 17.3
การจำแนกไททาเนียมอัลลอยด์ตามโครงสร้าง
| กลุ่มล้อแม็ก | เกรดโลหะผสม |
| VT1-00, VT1-0, VT5, VT5-1, PT-7M |
|
| หลอก-a-alloys | OT4-0, OT4-1, OT4, VT20, AT3 |
| (a + b) -คลาสมาร์เทนซิติก ( Kb= 0,3–0,9) | VT6S, VT6, VT14, VT8, VT9, PT-3V, VT3-1, AT3 |
| (a + b) - อัลลอยด์คลาสทรานซิชัน ( Kb= 1,0–1,4) | |
| หลอก-b-โลหะผสม ( Kb= 1,5–2,4) | VT35*, VT32*, VT15 |
| b-โลหะผสม ( Kb= 2,5–3,0) |
* โลหะผสมทดลอง
ตาราง 17.4
คุณสมบัติทางกลของแผ่นโลหะผสมไททาเนียม (GOST 22178–76)
| เกรดไทเทเนียม | เงื่อนไขตัวอย่าง | ความหนาของแผ่น | แรงดึง s ใน MPa | การยืดตัวสัมพัทธ์, d, % |
| อบอ่อน | ||||
| เซนต์ 6.0–10.5 | ||||
| เซนต์ 6.0–10.5 | ||||
| อบอ่อน | ||||
| เซนต์ 6.0–10.5 | ||||
| เซนต์ 6.0–10.5 | ||||
| เซนต์ 6.0–10.5 | ||||
| 885 (885–1080) | ||||
| อบอ่อน | 885 (885–1050) | |||
| เซนต์ 5.0–10.5 | 835 (835–1050) | |||
| อารมณ์และ | ||||
| เซนต์ 7.0–10.5 | ||||
| อบอ่อน | 930 (930–1180) | |||
| เซนต์ 4.0–10.5 | ||||
| อบอ่อน | 980 (980–1180) | |||
| เซนต์ 4.0–10.5 | ||||
บันทึก. ตัวเลขในวงเล็บใช้สำหรับแผ่นที่มีผิวสำเร็จสูง
ตาราง 17.5
คุณสมบัติทางกลของแท่งที่ทำจากโลหะผสมไททาเนียม (GOST 26492–85)
| เกรดโลหะผสม | สถานะ | เส้นผ่านศูนย์กลางบาร์ | ขีดจำกัด | ญาติ | ญาติ | เครื่องเพอร์คัชชัน |
| อบอ่อน | ||||||
| อบอ่อน | ||||||
| อบอ่อน | 885 (905–1050) | |||||
| 835 (835–1050) | ||||||
| แข็งและแก่ | ||||||
| อบอ่อน | ||||||
| แข็งและแก่ | ||||||
| อบอ่อน | 930 (980–1230) | |||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (980–1230) | ||||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (1030–1230) | ||||||
| 930 (980–1230) | ||||||
| อบอ่อน | 885 (885–1080) | |||||
| 865 (865–1080) | ||||||
| แข็งและแก่ | ||||||
| อบอ่อน | 885 (930–1130) | |||||
| 885 (885–1130) | ||||||
| 1030 (1080–1230) | ||||||
| 1030 (1080–1280) | ||||||
บันทึก. ข้อมูลในวงเล็บมีไว้สำหรับแถบคุณภาพสูง
ตาราง 17.6
คุณสมบัติทางกลของแผ่นโลหะผสมไทเทเนียม (GOST 23755–79)
| เกรดโลหะผสม | สถานะ | ความหนาของแผ่น, | แรงดึง s ใน MPa | การยืดตัวสัมพัทธ์ d, % | การหดตัวสัมพัทธ์ y , % | แรงกระแทก KCU, J/cm2 |
| ปราศจาก | ||||||
| อบอ่อน | ||||||
| อบอ่อน | ||||||
| แข็งและแก่ | ||||||
| อบอ่อน | ||||||
| โดยไม่ต้องอบร้อน | ||||||
การตีขึ้นรูป, การปั๊มปริมาตรและแผ่น, การรีด, การอัดจะดำเนินการในสภาวะร้อนตามโหมดที่ระบุในตาราง 17.7. การรีดขั้นสุดท้าย การปั๊มแผ่น การวาด และการดำเนินการอื่นๆ จะดำเนินการในสภาวะเย็น
โลหะผสมและผลิตภัณฑ์เหล่านี้ต้องผ่านการหลอมตามโหมดที่ระบุในตารางเท่านั้น 17.8. การหลอมที่ไม่สมบูรณ์ใช้เพื่อบรรเทาความเครียดภายในที่เกิดจากการตัดเฉือน การปั๊มแผ่น การเชื่อม ฯลฯ
โลหะผสมเหล่านี้เชื่อมได้ดีด้วยการเชื่อมแบบฟิวชัน (อาร์กอนอาร์ค อาร์คใต้น้ำ อิเล็กโตรแลกก) และหน้าสัมผัส (สปอต โรลเลอร์) ในการเชื่อมแบบฟิวชัน ความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อมเกือบจะเท่ากันกับของโลหะฐาน
โลหะผสมเหล่านี้มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงในหลายตัวกลาง (น้ำทะเล คลอไรด์ ด่าง กรดอินทรีย์ ฯลฯ) ยกเว้นสารละลายของ HF, H 2 SO 4 , HCl และอื่นๆ
แอปพลิเคชัน. โลหะผสมเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุโครงสร้างสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป ชิ้นส่วน และโครงสร้างเกือบทุกประเภท รวมทั้งแบบเชื่อม การใช้งานที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือในด้านวิศวกรรมการบินและอวกาศ ในวิศวกรรมเคมี ในวิศวกรรมแช่แข็ง (ตารางที่ 17.9) เช่นเดียวกับในหน่วยและโครงสร้างที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 300–350 ° C
กลุ่มนี้รวมถึงโลหะผสมที่มีความต้านทานแรงดึงใน = 750–1000 MPa กล่าวคือ: a - โลหะผสมของเกรด VT5 และ VT5-1; โลหะผสมเทียมเกรด OT4, VT20; (a + b) -โลหะผสมของเกรด PT3V เช่นเดียวกับ VT6, VT6S, VT14 ในสถานะอบอ่อน
โลหะผสม VT5, VT5-1, OT4, VT20, PT3V, VT6S ที่มี b-phase จำนวนเล็กน้อย (2–7% ของ b-phase ในสภาวะสมดุล) ไม่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนและใช้ ในสภาวะอบอ่อน บางครั้งใช้ล้อแม็ก VT6S ในสถานะชุบแข็งด้วยความร้อน โลหะผสม VT6 และ VT14 ใช้ทั้งในอบอ่อนและในสถานะชุบแข็งด้วยความร้อน ในกรณีหลัง ความแข็งแรงจะสูงกว่า 1,000 MPa และจะได้รับการพิจารณาในส่วนโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง
โลหะผสมที่อยู่ระหว่างการพิจารณาพร้อมกับความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้นจะคงสภาพความเหนียวที่น่าพอใจในสภาวะเย็นและความเหนียวที่ดีในสภาวะร้อน ซึ่งทำให้สามารถรับผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปได้ทุกประเภท: แผ่น แถบ โปรไฟล์ การตีขึ้นรูป การปั๊ม , ท่อ ฯลฯ ข้อยกเว้นคือโลหะผสม VT5 ซึ่งไม่ได้ผลิตแผ่นและแผ่นเนื่องจากปั้นทางเทคโนโลยีต่ำ โหมดการบำบัดด้วยแรงดันร้อนแสดงไว้ในตาราง 17.7.
โลหะผสมประเภทนี้มีส่วนสำคัญในการผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปที่ใช้ในงานวิศวกรรมเครื่องกล ลักษณะทางกลของผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปหลักแสดงไว้ในตาราง 17.4–17.6.
โลหะผสมที่มีความแข็งแรงปานกลางทั้งหมดเชื่อมได้ดีด้วยการเชื่อมทุกประเภทที่ใช้กับไททาเนียม ความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อมที่ทำโดยการเชื่อมแบบฟิวชั่นนั้นใกล้เคียงกับความแข็งแรงและความเหนียวของโลหะพื้นฐาน (สำหรับโลหะผสม VT20 และ VT6S อัตราส่วนนี้คือ 0.9–0.95) หลังการเชื่อม แนะนำให้ใช้การหลอมที่ไม่สมบูรณ์เพื่อลดความเครียดจากการเชื่อมภายใน (ตารางที่ 17.8)
ความสามารถในการแปรรูปของโลหะผสมเหล่านี้ดี ความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวส่วนใหญ่นั้นคล้ายคลึงกับไทเทเนียมทางเทคนิค VT1-0
ตาราง 17.7
โหมดการขึ้นรูปร้อนของโลหะผสมไททาเนียม
| เกรดโลหะผสม | โหมดหลอมโลหะ | โหมดการตีขึ้นรูปก่อน | โหมดปั๊มกด | โหมดตอกตะปู | โหมด |
|||||||||
| อุณหภูมิ | ความหนา, | อุณหภูมิ | อุณหภูมิ | อุณหภูมิ | อุณหภูมิ |
|||||||||
| ตอนจบ | ตอนจบ | ตอนจบ | ตอนจบ |
|||||||||||
| ทั้งหมด | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 850 | 40–50** | |||||||||||||
| ทั้งหมด | ||||||||||||||
* ระดับการเสียรูปสำหรับการทำความร้อนหนึ่งครั้ง %
** การเสียรูปในภูมิภาค (a + b)
*** การเสียรูปใน b-region
ตาราง 17.8
โหมดการหลอมสำหรับโลหะผสมไททาเนียม
| เกรดโลหะผสม | อุณหภูมิการหลอม, ° С | บันทึก |
|
| แผ่น | แท่ง, การตีขึ้นรูป, ปั๊ม, |
||
| 445–585 ° C* |
|||
| 445–585 ° C* |
|||
| 480–520 ° C* |
|||
| 520–560 ° C* |
|||
| 545–585 ° C* |
|||
| การอบอ่อนด้วยอุณหภูมิความร้อน: ให้ความร้อนที่ 870–9200°C, เก็บความเย็นไว้ที่ 600–650°C, ทำความเย็นด้วยเตาเผาหรือถ่ายโอนไปยังเตาอื่น, พักไว้ 2 ชั่วโมง, ระบายความร้อนด้วยอากาศ |
|||
| การอบอ่อนสองครั้งโดยถือที่อุณหภูมิ 550–600 ° C เป็นเวลา 2-5 ชั่วโมง การอบอ่อนที่ 850 ° C อนุญาตให้ระบายความร้อนด้วยอากาศสำหรับชิ้นส่วนไฟฟ้า |
|||
| 550–650 ° C* |
|||
| อนุญาตให้หลอมตามโหมด: 1) ให้ความร้อนสูงถึง 850 ° C, จับ, ทำความเย็นด้วยเตาเผาสูงถึง 750 ° C, ค้างไว้ 3.5 ชั่วโมง, ระบายความร้อนในอากาศ; 2) ให้ความร้อนสูงถึง 8000°C พักไว้ 30 นาที ระบายความร้อนด้วยเตาอบที่สูงถึง 5000°C แล้วจึงใส่ในอากาศ |
|||
| การหลอมสองครั้ง, การเปิดรับแสงที่ 570–600 ° C - 1 ชม. อนุญาตให้หลอมโดยใช้อุณหภูมิความร้อนสูงสุด 920–950 °C, จับ, ทำความเย็นด้วยเตาเผาหรือถ่ายโอนไปยังเตาอื่นที่อุณหภูมิ 570–600 °C, ค้างไว้ 1 ชั่วโมง, ระบายความร้อนในอากาศ |
|||
| การอบอ่อนสองครั้ง เปิดรับแสงที่ 530–580 °C - 2–12 ชม. อนุญาตให้อบอ่อนด้วยความร้อนที่อุณหภูมิ 950–980 °С, จับ, ทำความเย็นด้วยเตาเผาหรือถ่ายโอนไปยังเตาอื่นที่อุณหภูมิ 530–580 °С, ค้างไว้ 2–12 ชั่วโมง, ระบายความร้อนในอากาศ |
|||
| 550–650 ° C* |
|||
| อนุญาตให้หลอมโดยใช้อุณหภูมิความร้อนสูงถึง 790–8100°C, จับ, ทำความเย็นด้วยเตาหลอม หรือถ่ายโอนไปยังเตาอื่นที่อุณหภูมิสูงถึง 640–660°C, พักไว้ 30 นาที, ระบายความร้อนในอากาศ |
|||
| อนุญาตให้หลอมชิ้นส่วนแผ่นที่ 650–750 ° C (600–650 ° C)* |
|||
| (ขึ้นอยู่กับส่วนและชนิดของผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป) | ระบายความร้อนด้วยเตาอบที่อัตรา 2-4 °C/นาที ถึง 450 °C จากนั้นนำไปอบในอากาศ การอบอ่อนสองครั้ง, การเปิดรับแสงที่ 500–650 ° C เป็นเวลา 1-4 ชั่วโมง อนุญาตให้หลอมสองครั้งสำหรับชิ้นส่วนที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 300 ° C และระยะเวลาสูงสุด 2,000 ชั่วโมง |
||
| (545–585°C*) |
|||
* อุณหภูมิการหลอมที่ไม่สมบูรณ์
ตาราง 17.9
ลักษณะทางกลของโลหะผสมไททาเนียมที่อุณหภูมิต่ำ
| s ใน (MPa) ที่อุณหภูมิ° С | d (%) ที่อุณหภูมิ° С | KCU, J / cm 2 ที่อุณหภูมิ° C |
||||||
แอปพลิเคชัน. โลหะผสมเหล่านี้ได้รับการแนะนำสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์โดยการปั๊มแผ่น (OT4, VT20) สำหรับชิ้นส่วนเชื่อมและส่วนประกอบ สำหรับชิ้นส่วนที่เชื่อมด้วยตราประทับ (VT5, VT5-1, VT6S, VT20) เป็นต้น โลหะผสม VT6S ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับ การผลิตภาชนะและภาชนะรับความดัน ชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่ทำจากโลหะผสม OT4, VT5 สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงถึง 400 ° C และในระยะเวลาอันสั้น - สูงถึง 750 ° C จากโลหะผสม VT5-1, VT20 - เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงถึง 450–500 ° C และในช่วงเวลาสั้น ๆ - สูงถึง 800–850 ° C แนะนำให้ใช้โลหะผสม VT5-1, OT4, VT6S ในเครื่องทำความเย็น และเทคโนโลยีการแช่แข็ง (ตารางที่ 17.9)
กลุ่มนี้รวมถึงโลหะผสมที่มีความต้านทานแรงดึง s > 1,000 MPa กล่าวคือ (a + b) - โลหะผสมของเกรด VT6, VT14, VT3-1, VT22 โลหะผสมเหล่านี้มีความแข็งแรงสูงโดยการชุบแข็งด้วยความร้อน (การชุบแข็ง + การเสื่อมสภาพ) ข้อยกเว้นคือโลหะผสมสูง VT22 ซึ่งแม้ในสถานะอบอ่อนก็มี s B > 1,000 MPa
โลหะผสมเหล่านี้พร้อมกับความแข็งแรงสูงยังคงรักษาความดี (VT6) และความเหนียวทางเทคโนโลยีที่น่าพอใจ (VT14, VT3-1, VT22) ในสถานะร้อน ซึ่งทำให้สามารถรับผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปต่างๆ จากพวกเขา: แผ่น (ยกเว้น VT3- 1), แท่ง, แผ่น, การตีขึ้นรูป, ปั๊ม, โปรไฟล์ ฯลฯ โหมดการขึ้นรูปร้อนแสดงไว้ในตาราง 17.7. โลหะผสม VT6 และ VT14 ในสถานะอบอ่อน (ใน » 850 MPa) สามารถนำไปหล่อขึ้นรูปเย็นด้วยการเสียรูปเล็กน้อย ลักษณะทางกลของผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปหลักในสภาวะอบอ่อนและชุบแข็งแสดงไว้ในตาราง 17.4–17.6.
แม้จะมีโครงสร้างแบบเฮเทอโรฟาซิก แต่โลหะผสมที่อยู่ในการพิจารณามีความสามารถในการเชื่อมที่น่าพอใจสำหรับการเชื่อมทุกประเภทที่ใช้สำหรับไททาเนียม เพื่อให้แน่ใจว่าระดับความแข็งแรงและความเหนียวที่ต้องการ จำเป็นต้องมีการหลอมแบบสมบูรณ์ และสำหรับโลหะผสม VT14 (ที่มีความหนาของส่วนที่เชื่อม 10–18 มม.) ขอแนะนำให้ทำการชุบแข็งตามด้วยการบ่ม ในกรณีนี้ ความแข็งแรงของรอยเชื่อม (การเชื่อมแบบฟิวชัน) อย่างน้อย 0.9 ของความแข็งแรงของโลหะฐาน ความเหนียวของรอยเชื่อมใกล้เคียงกับความเหนียวของโลหะฐาน
ความสามารถในการแปรรูปเป็นที่น่าพอใจ การตัดเฉือนโลหะผสมสามารถทำได้ทั้งในสภาวะอบอ่อนและชุบแข็งด้วยความร้อน
โลหะผสมเหล่านี้มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงในสภาวะอบอ่อนและชุบแข็งด้วยความร้อนในบรรยากาศที่ชื้น น้ำทะเล และในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอื่นๆ เช่น ไททาเนียมเชิงพาณิชย์
การรักษาความร้อน . อัลลอย VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 ผ่านการชุบแข็งและการเสื่อมสภาพ (ดูด้านบน) โหมดการทำความร้อนที่แนะนำสำหรับการชุบแข็งและการเสื่อมสภาพสำหรับผลิตภัณฑ์เสาหิน ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป และชิ้นส่วนเชื่อมแสดงไว้ในตาราง 17.10.
การทำความเย็นในระหว่างการดับจะดำเนินการในน้ำและหลังจากอายุมากขึ้น - ในอากาศ มีการชุบแข็งอย่างสมบูรณ์สำหรับชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะผสม VT6, VT6S ที่มีหน้าตัดสูงสุด 40–45 มม. และโลหะผสม VT3-1, VT14, VT22 - สูงสุด 60 มม.
เพื่อให้แน่ใจว่ามีการผสมผสานที่ลงตัวระหว่างความแข็งแรงและความเหนียวของโลหะผสมที่มีโครงสร้าง (a + b) หลังจากการชุบแข็งและการเสื่อมสภาพ จำเป็นต้องทำให้โครงสร้างของโลหะผสมเท่ากันหรือ "สานตะกร้า" ก่อนชุบแข็งด้วยความร้อน ตัวอย่างของโครงสร้างจุลภาคเริ่มต้นซึ่งให้คุณสมบัติที่น่าพอใจแสดงไว้ในรูปที่ 17.4 (ประเภท 1–7)
ตาราง 17.10
โหมดการอบชุบด้วยความร้อนของโลหะผสมไทเทเนียม
| เกรดโลหะผสม | อุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงหลายรูปแบบ ตู่หน้า, ° С | อุณหภูมิ | อุณหภูมิ | ระยะเวลา |
โครงสร้าง acicular เริ่มต้นของโลหะผสมที่มีขอบเขตเกรนหลักของเฟส b (ประเภท 8–9) ในระหว่างการให้ความร้อนสูงเกินไปหลังจากการดับและอายุหรือการหลอมจะนำไปสู่การแต่งงาน - ความแข็งแรงและความเหนียวลดลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงโลหะผสมที่ให้ความร้อน (a + b) กับอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิการแปลงแบบพหุสัณฐาน เนื่องจากไม่สามารถแก้ไขโครงสร้างที่ร้อนเกินไปโดยการอบชุบด้วยความร้อน
แนะนำให้ทำความร้อนในระหว่างการอบชุบในเตาไฟฟ้าที่มีการควบคุมอุณหภูมิอัตโนมัติและการลงทะเบียน เพื่อป้องกันการก่อตัวของตะกรัน ความร้อนของชิ้นส่วนและแผ่นสำเร็จรูปจะต้องดำเนินการในเตาเผาที่มีบรรยากาศป้องกันหรือด้วยการใช้สารเคลือบป้องกัน
เมื่อให้ความร้อนชิ้นส่วนแผ่นบางเพื่อการชุบแข็ง เพื่อให้อุณหภูมิเท่ากันและลดการแปรปรวนของชิ้นส่วนนั้น ให้วางแผ่นเหล็กหนา 30-40 มม. ลงบนพื้นเตาเผา สำหรับการชุบแข็งชิ้นส่วนที่มีโครงสร้างซับซ้อนและชิ้นส่วนที่มีผนังบาง อุปกรณ์ล็อคจะใช้เพื่อป้องกันการบิดงอและสายจูง
หลังจากการแปรรูปที่อุณหภูมิสูง (ดับหรือหลอม) ในเตาเผาที่ไม่มีบรรยากาศป้องกัน ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปที่ไม่ต้องผ่านกรรมวิธีเพิ่มเติมจะต้องผ่านการเป่าด้วยทรายหรือขัดคอรันดัม และผลิตภัณฑ์แผ่นจะต้องถูกดองด้วย
แอปพลิเคชัน. โลหะผสมไททาเนียมความแข็งแรงสูงใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่สำคัญ: โครงสร้างแบบเชื่อม (VT6, VT14), กังหัน (VT3-1), ชุดเชื่อมตราประทับ (VT14), ชิ้นส่วนรับน้ำหนักสูง และโครงสร้างประทับตรา (VT22) โลหะผสมเหล่านี้สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 400 °C เป็นเวลานานและสูงถึง 750 °C ในช่วงเวลาสั้น ๆ
คุณสมบัติของไททาเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูงในฐานะวัสดุโครงสร้างคือความไวที่เพิ่มขึ้นต่อหัววัดความเค้น ดังนั้น เมื่อออกแบบชิ้นส่วนจากโลหะผสมเหล่านี้ จึงจำเป็นต้องคำนึงถึงข้อกำหนดหลายประการ (คุณภาพพื้นผิวที่ดีขึ้น เพิ่มรัศมีการเปลี่ยนภาพจากส่วนหนึ่งไปยังส่วนอื่น ฯลฯ) ซึ่งคล้ายกับที่มีอยู่เมื่อเหล็กกล้าความแข็งแรงสูง ใช้แล้ว.
คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของไททาเนียม การได้มาซึ่งไททาเนียม
การใช้ไททาเนียมในรูปบริสุทธิ์และในรูปของโลหะผสม การใช้ไททาเนียมในรูปของสารประกอบ ฤทธิ์ทางสรีรวิทยาของไททาเนียม
ส่วนที่ 1 ประวัติและการเกิดของไททาเนียมในธรรมชาติ
ไททัน -นี้องค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองของกลุ่มที่สี่ ซึ่งเป็นช่วงที่สี่ของระบบธาตุเคมีของ D. I. Mendeleev โดยมีเลขอะตอม 22 สารอย่างง่ายไททาเนียม (หมายเลข CAS: 7440-32-6) เป็นโลหะเงินเบา -สีขาว. มันมีอยู่ในการดัดแปลงผลึกสองแบบ: α-Ti ที่มีตาข่ายปิดล้อมหกเหลี่ยม, β-Ti พร้อมการบรรจุที่ศูนย์กลางร่างกายเป็นลูกบาศก์ อุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงหลายรูปแบบ α↔β คือ 883 °C จุดหลอมเหลว 1660±20 °C
ประวัติและการมีอยู่ตามธรรมชาติของไททาเนียม
ไททันได้รับการตั้งชื่อตามตัวอักษรกรีกโบราณไททันส์ นักเคมีชาวเยอรมัน Martin Klaproth ตั้งชื่อด้วยวิธีนี้ด้วยเหตุผลส่วนตัวของเขา ซึ่งแตกต่างจากชาวฝรั่งเศสที่พยายามตั้งชื่อตามลักษณะทางเคมีของธาตุ แต่ในขณะนั้นไม่ทราบคุณสมบัติของธาตุจึงได้ชื่อดังกล่าว เลือก
ไททาเนียมเป็นองค์ประกอบที่ 10 ในแง่ของจำนวนที่มีอยู่บนโลกของเรา ปริมาณไททาเนียมในเปลือกโลกคือ 0.57% โดยน้ำหนัก และ 0.001 มิลลิกรัมต่อน้ำทะเล 1 ลิตร เงินฝากไทเทเนียมตั้งอยู่ในอาณาเขตของ: สาธารณรัฐแอฟริกาใต้ ยูเครน รัสเซีย คาซัคสถาน ญี่ปุ่น ออสเตรเลีย อินเดีย ศรีลังกา บราซิล และเกาหลีใต้
ในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพ ไททาเนียมเป็นโลหะสีเงินอ่อน นอกจากนี้ยังมีความหนืดสูงในระหว่างการตัดเฉือนและมีแนวโน้มที่จะเกาะติดกับเครื่องมือตัด ดังนั้นจึงใช้สารหล่อลื่นพิเศษหรือการฉีดพ่นเพื่อลดผลกระทบนี้ ที่อุณหภูมิห้องจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มโปร่งแสงของ TiO2 ออกไซด์เนื่องจากทนต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวส่วนใหญ่ยกเว้นอัลคาไล ฝุ่นไททาเนียมมีความสามารถในการระเบิด โดยมีจุดวาบไฟ 400 °C ขี้เลื่อยไททาเนียมติดไฟได้
ในการผลิตไททาเนียมบริสุทธิ์หรือโลหะผสม ในกรณีส่วนใหญ่ ไททาเนียมไดออกไซด์จะใช้กับสารประกอบจำนวนเล็กน้อยที่รวมอยู่ในนั้น ตัวอย่างเช่น รูไทล์เข้มข้นที่ได้จากการเสริมแร่ไททาเนียม แต่ปริมาณสำรองของ rutile นั้นน้อยมาก และด้วยเหตุนี้จึงใช้ rutile สังเคราะห์หรือไททาเนียมที่เรียกว่าตะกรัน ซึ่งได้รับระหว่างการประมวลผลของ ilmenite เข้มข้น
ผู้ค้นพบไทเทเนียมถือเป็นพระภิกษุชาวอังกฤษ วิลเลียม เกรเกอร์ วัย 28 ปี ในปี ค.ศ. 1790 ขณะทำการสำรวจแร่ในเขตการปกครองของเขา เขาได้ให้ความสนใจกับความชุกและคุณสมบัติที่ผิดปกติของทรายสีดำในหุบเขา Menaken ทางตะวันตกเฉียงใต้ของอังกฤษ และเริ่มสำรวจมัน ในทราย นักบวชพบเม็ดแร่สีดำมันวาวซึ่งดึงดูดด้วยแม่เหล็กธรรมดา ได้รับในปี 1925 โดย Van Arkel และ de Boer โดยวิธีไอโอไดด์ ไททาเนียมที่บริสุทธิ์ที่สุดกลายเป็นโลหะที่มีความเหนียวและเทคโนโลยีที่มีมากมาย คุณสมบัติอันทรงคุณค่าซึ่งดึงดูดความสนใจของนักออกแบบและวิศวกรที่หลากหลาย ในปี ค.ศ. 1940 Croll ได้เสนอวิธีการให้ความร้อนด้วยแมกนีเซียมในการสกัดไททาเนียมออกจากแร่ ซึ่งยังคงเป็นวิธีหลักในปัจจุบัน ในปี 1947 ไททาเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ 45 กก. แรกถูกผลิตขึ้น
ไททาเนียมมีเลขอะตอม 22 ในตารางธาตุของเมนเดเลเยฟ มวลอะตอมไทเทเนียมธรรมชาติซึ่งคำนวณจากผลการศึกษาไอโซโทปของมันคือ 47.926 ดังนั้นนิวเคลียสของอะตอมไททาเนียมที่เป็นกลางจึงมีโปรตอน 22 ตัว จำนวนนิวตรอน กล่าวคือ อนุภาคที่ไม่มีประจุเป็นกลาง แตกต่างกัน: บ่อยกว่า 26 ตัว แต่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 24 ถึง 28 ดังนั้น จำนวนของไอโซโทปไททาเนียมจึงแตกต่างกัน โดยรวมแล้วตอนนี้รู้จักไอโซโทป 13 ไอโซโทปขององค์ประกอบหมายเลข 22 ไททาเนียมธรรมชาติประกอบด้วยส่วนผสมของไอโซโทปที่เสถียรห้าไอโซโทปไททาเนียม -48 เป็นตัวแทนอย่างกว้างขวางที่สุดส่วนแบ่งในแร่ธรรมชาติคือ 73.99% ไทเทเนียมและองค์ประกอบอื่น ๆ ของกลุ่มย่อย IVB นั้นคล้ายกันมากในคุณสมบัติกับองค์ประกอบของกลุ่มย่อย IIIB (กลุ่ม Scandium) แม้ว่าจะแตกต่างจากหลังในความสามารถในการแสดงความจุขนาดใหญ่ ความคล้ายคลึงกันของไททาเนียมกับสแกนเดียม อิตเทรียม เช่นเดียวกับองค์ประกอบของกลุ่มย่อย VB - วานาเดียมและไนโอเบียม ก็แสดงให้เห็นเช่นกันว่าไททาเนียมมักพบในแร่ธาตุธรรมชาติร่วมกับองค์ประกอบเหล่านี้ ด้วยฮาโลเจนโมโนวาเลนต์ (ฟลูออรีน โบรมีน คลอรีน และไอโอดีน) สามารถสร้างสารประกอบได-ไตร- และเตตร้าได้ โดยมีกำมะถันและองค์ประกอบของกลุ่ม (ซีลีเนียม เทลลูเรียม) - โมโนและไดซัลไฟด์ พร้อมออกซิเจน - ออกไซด์ ไดออกไซด์ และไตรออกไซด์ .
ไทเทเนียมยังสร้างสารประกอบที่มีไฮโดรเจน (ไฮไดรด์) ไนโตรเจน (ไนไตรด์) คาร์บอน (คาร์ไบด์) ฟอสฟอรัส (ฟอสไฟด์) สารหนู (อาร์ไซด์) รวมถึงสารประกอบที่มีโลหะหลายชนิด - สารประกอบระหว่างโลหะ ไททาเนียมไม่เพียงแต่สร้างรูปแบบที่เรียบง่ายแต่ยังมีสารประกอบเชิงซ้อนอีกมากมายซึ่งเป็นที่รู้จักในสารประกอบที่มีสารอินทรีย์หลายชนิด ดังจะเห็นได้จากรายชื่อสารประกอบที่ไททาเนียมสามารถเข้าร่วมได้ สารประกอบนี้มีฤทธิ์ทางเคมีอย่างมาก และในขณะเดียวกัน ไททาเนียมเป็นหนึ่งในโลหะไม่กี่ชนิดที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงเป็นพิเศษ โดยจะคงอยู่ชั่วนิรันดร์ในอากาศ ในน้ำเย็นและเดือด ทนทานต่อน้ำทะเลได้ดี ในสารละลายของเกลือหลายชนิด สารอนินทรีย์และอินทรีย์ กรด ในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อนในน้ำทะเล มันเหนือโลหะทั้งหมด ยกเว้นโลหะชั้นสูง - ทอง แพลตตินั่ม ฯลฯ เหล็กกล้าไร้สนิม นิกเกิล ทองแดง และโลหะผสมอื่น ๆ ส่วนใหญ่ ในน้ำ ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ไททาเนียมบริสุทธิ์จะไม่ถูกกัดกร่อน ต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียมและการกัดกร่อนที่เกิดจากการผสมผสานระหว่างผลกระทบทางเคมีและทางกลกับโลหะ ในแง่นี้ ไม่ด้อยกว่าเกรดที่ดีที่สุดของเหล็กกล้าไร้สนิม โลหะผสมที่มีทองแดง และวัสดุโครงสร้างอื่นๆ ไททาเนียมยังต้านทานการกัดกร่อนจากความล้าได้ดี ซึ่งมักจะแสดงออกมาในรูปของการละเมิดความสมบูรณ์และความแข็งแรงของโลหะ (การแตกร้าว ศูนย์การกัดกร่อนเฉพาะที่ ฯลฯ) พฤติกรรมของไททาเนียมในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงหลายอย่าง เช่น ไนโตรเจน ไฮโดรคลอริก ซัลฟิวริก "กรดกัดทอง" และกรดและด่างอื่นๆ เป็นเรื่องน่าประหลาดใจและน่าชื่นชมสำหรับโลหะชนิดนี้
ไททาเนียมเป็นโลหะที่ทนไฟได้มาก เชื่อกันมานานแล้วว่ามันละลายที่ 1800 ° C แต่ในช่วงกลางทศวรรษที่ 50 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Diardorf และ Hayes ได้กำหนดจุดหลอมเหลวของธาตุไทเทเนียมบริสุทธิ์ มีค่าเท่ากับ 1668 ± 3 ° C ในแง่ของการหักเหของแสงไทเทเนียมนั้นด้อยกว่าโลหะเช่นทังสเตนแทนทาลัมไนโอเบียมรีเนียมโมลิบดีนัมแพลทินอยด์เซอร์โคเนียมและในโลหะโครงสร้างหลักเท่านั้น คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของไททาเนียมในฐานะโลหะคือลักษณะทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์และ คุณสมบัติทางเคมี: ความหนาแน่นต่ำ, ความแข็งแรงสูง, ความแข็ง ฯลฯ สิ่งสำคัญคือคุณสมบัติเหล่านี้จะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิสูง
ไททาเนียมเป็นโลหะน้ำหนักเบา ความหนาแน่นที่ 0°C เพียง 4.517 g/cm8 และที่ 100°C จะมีค่า 4.506 g/cm3 ไททาเนียมอยู่ในกลุ่มของโลหะที่มีความถ่วงจำเพาะน้อยกว่า 5 g/cm3 ซึ่งรวมถึงโลหะอัลคาไลทั้งหมด (โซเดียม แคเดียม ลิเธียม รูบิเดียม ซีเซียม) ที่มีความถ่วงจำเพาะ 0.9–1.5 g/cm3 แมกนีเซียม (1.7 ก./ซม. 3) อะลูมิเนียม (2.7 ก./ซม.3) และอื่นๆ ไททาเนียมมีมากกว่า หนักกว่าอลูมิเนียม 1.5 เท่า และแน่นอนว่าสูญเสียมันไป แต่เบากว่าเหล็ก 1.5 เท่า (7.8 g/cm3) อย่างไรก็ตาม การทาน แรงดึงดูดเฉพาะตำแหน่งตรงกลางระหว่างอะลูมิเนียมกับเหล็ก ไททาเนียมมีคุณสมบัติเชิงกลเหนือกว่าหลายเท่า) ไททาเนียมมีความแข็งมาก: แข็งกว่าอลูมิเนียม 12 เท่า แข็งกว่าเหล็กและทองแดง 4 เท่า ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของโลหะคือความแข็งแรงของผลผลิต ยิ่งสูงเท่าไหร่ ชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะนี้ก็จะยิ่งต้านทานโหลดการทำงานได้ดีขึ้น ความแข็งแรงของผลผลิตของไทเทเนียมนั้นสูงกว่าอะลูมิเนียมเกือบ 18 เท่า ความแข็งแรงจำเพาะของโลหะผสมไททาเนียมสามารถเพิ่มขึ้น 1.5–2 เท่า คุณสมบัติทางกลสูงของมันจะถูกเก็บรักษาไว้อย่างดีที่อุณหภูมิสูงถึงหลายร้อยองศา ไททาเนียมบริสุทธิ์เหมาะสำหรับการแปรรูปทุกประเภทในสภาวะร้อนและเย็น: สามารถหลอมได้เหมือนเหล็ก ดึงและแม้แต่ทำเป็นลวด รีดเป็นแผ่น เทป และฟอยล์ที่มีความหนาสูงสุด 0.01 มม.
ไททาเนียมมีความต้านทานไฟฟ้าสูงซึ่งแตกต่างจากโลหะส่วนใหญ่: หากค่าการนำไฟฟ้าของเงินมีค่าเท่ากับ 100 ค่าการนำไฟฟ้าของทองแดงจะเท่ากับ 94 อะลูมิเนียมคือ 60 เหล็กและแพลตตินัมเท่ากับ -15 และไททาเนียมมีเพียง 3.8 ไททาเนียมเป็นโลหะพาราแมกเนติก ไม่ถูกแม่เหล็กเหมือนเหล็กในสนามแม่เหล็ก แต่ไม่ถูกผลักออกมาเหมือนทองแดง ความไวต่อแม่เหล็กอ่อนมาก คุณสมบัตินี้สามารถใช้ในการก่อสร้างได้ ไททาเนียมมีค่าการนำความร้อนค่อนข้างต่ำเพียง 22.07 W / (mK) ซึ่งต่ำกว่าค่าการนำความร้อนของเหล็กประมาณ 3 เท่า ต่ำกว่าแมกนีเซียม 7 เท่า ต่ำกว่าอลูมิเนียมและทองแดง 17-20 เท่า ดังนั้นสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงความร้อนเชิงเส้นของไททาเนียมจึงต่ำกว่าวัสดุโครงสร้างอื่นๆ ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส ต่ำกว่าเหล็ก 1.5 เท่า 2 สำหรับทองแดง และเกือบ 3 สำหรับอะลูมิเนียม ดังนั้นไททาเนียมจึงเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ไม่ดี
ทุกวันนี้ ไททาเนียมอัลลอยใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีการบิน ไททาเนียมอัลลอยด์ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในระดับอุตสาหกรรมในการสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นสำหรับเครื่องบิน การใช้ไททาเนียมในการออกแบบเครื่องยนต์ไอพ่นทำให้สามารถลดน้ำหนักได้ 10...25% โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ดิสก์และใบพัดคอมเพรสเซอร์ ส่วนไอดี ใบพัด และตัวยึดทำจากไททาเนียมอัลลอยด์ ไททาเนียมอัลลอยด์ขาดไม่ได้สำหรับเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียง การเติบโตของความเร็วในการบิน อากาศยานทำให้อุณหภูมิของผิวหนังสูงขึ้น อันเป็นผลมาจากการที่โลหะผสมอะลูมิเนียมไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของเทคโนโลยีการบินสำหรับความเร็วเหนือเสียงอีกต่อไป อุณหภูมิผิวในกรณีนี้สูงถึง 246...316 °C ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ไททาเนียมอัลลอยด์กลายเป็นวัสดุที่ยอมรับได้มากที่สุด ในยุค 70 การใช้โลหะผสมไททาเนียมสำหรับโครงเครื่องบินของเครื่องบินพลเรือนเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในเครื่องบินระยะกลาง TU-204 น้ำหนักรวมชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะผสมไททาเนียมคือ 2570 กก. การใช้ไททาเนียมในเฮลิคอปเตอร์ค่อยๆ ขยายตัวขึ้น โดยเฉพาะในส่วนของระบบโรเตอร์หลัก ระบบขับเคลื่อน และระบบควบคุม สถานที่สำคัญถูกครอบครองโดยโลหะผสมไททาเนียมในวิทยาศาสตร์จรวด
เนื่องจากน้ำทะเลมีความต้านทานการกัดกร่อนสูง ไททาเนียมและโลหะผสมจึงถูกนำมาใช้ในการต่อเรือสำหรับการผลิตใบพัด การชุบผิวเรือ เรือดำน้ำ ตอร์ปิโด ฯลฯ เปลือกไม่ติดกับไททาเนียมและโลหะผสมซึ่งเพิ่มความต้านทานของเรืออย่างรวดเร็วเมื่อเคลื่อนที่ ค่อยๆ ขยายขอบเขตของการใช้ไทเทเนียม ไททาเนียมและโลหะผสมใช้ในอุตสาหกรรมเคมี ปิโตรเคมี เยื่อกระดาษและกระดาษและอาหาร โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก วิศวกรรมไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีนิวเคลียร์ การชุบด้วยไฟฟ้า ในการผลิตอาวุธ สำหรับการผลิตแผ่นเกราะ เครื่องมือผ่าตัด รากฟันเทียมแบบผ่าตัด โรงกลั่นน้ำทะเล ชิ้นส่วนรถแข่ง อุปกรณ์กีฬา (ไม้กอล์ฟ อุปกรณ์ปีนเขา) ชิ้นส่วนนาฬิกา และแม้กระทั่งเครื่องประดับ ไนไตรดิ้งของไททาเนียมนำไปสู่การก่อตัวของฟิล์มสีทองบนพื้นผิวซึ่งไม่ได้ด้อยไปกว่าทองคำแท้ในด้านความงาม
การค้นพบ TiO2 เกิดขึ้นเกือบจะพร้อมกันและเป็นอิสระโดยชาวอังกฤษ W. Gregor และนักเคมีชาวเยอรมัน M. G. Klaproth W. Gregor ศึกษาองค์ประกอบของทรายแม่เหล็กเฟอร์รูจินัส (Creed, Cornwall, England, 1791) แยก "โลก" ใหม่ (ออกไซด์) ของโลหะที่ไม่รู้จักซึ่งเขาเรียกว่า menaken ในปี ค.ศ. 1795 นักเคมีชาวเยอรมันชื่อ Klaproth ได้ค้นพบองค์ประกอบใหม่ในแร่ rutile และตั้งชื่อมันว่าไททาเนียม อีกสองปีต่อมา Klaproth ยอมรับว่า rutile และ menaken earth เป็นออกไซด์ขององค์ประกอบเดียวกัน โดยที่ชื่อ "titanium" ที่ Klaproth เสนอให้ยังคงอยู่ 10 ปีผ่านไป การค้นพบไททาเนียมเกิดขึ้นเป็นครั้งที่สาม นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส L. Vauquelin ค้นพบไททาเนียมในแอนาเทสและพิสูจน์ว่ารูไทล์และอะนาเทสเป็นไททาเนียมออกไซด์เหมือนกัน
ตัวอย่างแรกของโลหะไททาเนียมได้รับในปี พ.ศ. 2368 โดย J. Ya. Berzelius เนื่องจากกิจกรรมทางเคมีที่สูงของไทเทเนียมและความซับซ้อนของการทำให้บริสุทธิ์ Dutch A. van Arkel และ I. de Boer จึงได้รับตัวอย่าง Ti บริสุทธิ์ในปี 1925 โดยการสลายตัวด้วยความร้อนของไอไทเทเนียมไอโอไดด์ TiI4
ไททาเนียมมีมากเป็นอันดับที่ 10 ในธรรมชาติ ปริมาณในเปลือกโลกคือ 0.57% โดยมวล ในน้ำทะเล 0.001 มก. / ล. 300 กรัม/ตันในหิน ultrabasic, 9 กก./ตัน ในหินพื้นฐาน, 2.3 กก./ตัน ในหินกรด, 4.5 กก./ตัน ในดินเหนียวและหินดินดาน ในเปลือกโลก ไททาเนียมเกือบจะเป็นเทตระวาเลนท์และมีอยู่ในสารประกอบออกซิเจนเท่านั้น มันไม่ได้เกิดขึ้นในรูปแบบอิสระ ไททาเนียมภายใต้สภาวะของสภาพดินฟ้าอากาศและการตกตะกอนมีความสัมพันธ์ทางธรณีเคมีกับ Al2O3 มีความเข้มข้นในแร่บอกไซต์ของเปลือกโลกที่ผุกร่อนและในตะกอนดินเหนียวในทะเล การถ่ายโอนไททาเนียมดำเนินการในรูปของชิ้นส่วนเชิงกลของแร่ธาตุและในรูปของคอลลอยด์ TiO2 มากถึง 30% โดยน้ำหนักสะสมในดินเหนียวบางชนิด แร่ธาตุไททาเนียมมีความทนทานต่อสภาพดินฟ้าอากาศและมีความเข้มข้นสูงในตัวจัดวาง แร่ธาตุมากกว่า 100 ชนิดที่ประกอบด้วยไททาเนียมเป็นที่รู้จัก สิ่งสำคัญที่สุดคือ: rutile TiO2, ilmenite FeTiO3, titanomagnetite FeTiO3 + Fe3O4, perovskite CaTiO3, titanite CaTiSiO5 มีแร่ไททาเนียมหลัก - ilmenite-titanomagnetite และ placer - rutile-ilmenite-zircon
แร่หลัก: ilmenite (FeTiO3), rutile (TiO2), titanite (CaTiSiO5)
ในปี 2545 90% ของไททาเนียมที่ขุดได้ถูกใช้เพื่อการผลิตไททาเนียมไดออกไซด์ TiO2 การผลิตไททาเนียมไดออกไซด์ของโลกอยู่ที่ 4.5 ล้านตันต่อปี ปริมาณสำรองที่ได้รับการยืนยันของไทเทเนียมไดออกไซด์ (ไม่มีรัสเซีย) อยู่ที่ประมาณ 800 ล้านตัน สำหรับปี 2549 จากการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐตามการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐฯ ในแง่ของไทเทเนียมไดออกไซด์และไม่รวมรัสเซีย ปริมาณสำรองของแร่อิลเมไนต์อยู่ที่ 603-673 ล้านตัน และรูไทล์ - 49.7- 52.7 ล้านตัน ดังนั้นในอัตราการผลิตปัจจุบันปริมาณสำรองไทเทเนียมที่พิสูจน์แล้วของโลก (ไม่รวมรัสเซีย) จะเพียงพอสำหรับมากกว่า 150 ปี
รัสเซียมีปริมาณสำรองไทเทเนียมที่ใหญ่เป็นอันดับสองของโลกรองจากจีน ฐานทรัพยากรแร่ของไททาเนียมในรัสเซียประกอบด้วยแหล่งแร่ 20 แห่ง (ซึ่ง 11 แห่งเป็นแหล่งหลักและ 9 แห่งเป็นลุ่มน้ำ) ซึ่งกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วประเทศ แหล่งสำรวจที่ใหญ่ที่สุด (Yaregskoye) ตั้งอยู่ห่างจากเมือง Ukhta (สาธารณรัฐ Komi) 25 กม. ปริมาณสำรองของแร่อยู่ที่ประมาณ 2 พันล้านตันแร่ โดยมีปริมาณไทเทเนียมไดออกไซด์เฉลี่ยประมาณ 10%
ผู้ผลิตไทเทเนียมรายใหญ่ที่สุดในโลกคือบริษัท VSMPO-AVISMA ของรัสเซีย
ตามกฎแล้ว วัสดุเริ่มต้นสำหรับการผลิตไททาเนียมและสารประกอบของไททาเนียมคือไททาเนียมไดออกไซด์ที่มีสารเจือปนค่อนข้างน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันสามารถเป็นรูไทล์เข้มข้นที่ได้รับในระหว่างการทำให้บริสุทธิ์ของแร่ไททาเนียม อย่างไรก็ตามปริมาณสำรองของ rutile ในโลกมี จำกัด มากและมักใช้ rutile สังเคราะห์หรือไททาเนียมซึ่งได้รับระหว่างการประมวลผลของ ilmenite เข้มข้น เพื่อให้ได้ตะกรันไททาเนียม ilmenite เข้มข้นจะลดลงในเตาอาร์คไฟฟ้า ในขณะที่เหล็กถูกแยกออกเป็นเฟสโลหะ (เหล็กหล่อ) และไททาเนียมออกไซด์และสิ่งสกปรกจะไม่ลดลงในเฟสของตะกรัน ตะกรันที่อุดมไปด้วยถูกประมวลผลโดยวิธีคลอไรด์หรือกรดซัลฟิวริก
ในรูปบริสุทธิ์และในรูปของโลหะผสม
อนุสาวรีย์ไทเทเนียมถึง Gagarin บน Leninsky Prospekt ในมอสโก
โลหะใช้ใน: อุตสาหกรรมเคมี (เครื่องปฏิกรณ์, ท่อ, ปั๊ม, อุปกรณ์ท่อ), อุตสาหกรรมทหาร (เกราะ, เกราะและอุปสรรคไฟในการบิน, เปลือกใต้น้ำ), กระบวนการทางอุตสาหกรรม (โรงงานกลั่นน้ำทะเล, กระบวนการเยื่อกระดาษและกระดาษ), อุตสาหกรรมยานยนต์ , อุตสาหกรรมการเกษตร, อุตสาหกรรมอาหาร, เครื่องประดับเจาะ, อุตสาหกรรมการแพทย์ (ขาเทียม, กระดูกพรุน), เครื่องมือทันตกรรมและเอ็นโดดอนต์, รากฟันเทียม, สินค้ากีฬา, เครื่องประดับ (Alexander Khomov), โทรศัพท์มือถือ, โลหะผสมเบา ฯลฯ เป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญที่สุด ในเครื่องบิน จรวด การต่อเรือ
การหล่อไททาเนียมจะดำเนินการในเตาสูญญากาศในแม่พิมพ์กราไฟท์ นอกจากนี้ยังใช้การหล่อการลงทุนแบบสุญญากาศ เนื่องจากปัญหาทางเทคโนโลยี จึงมีการนำไปใช้ในการหล่องานศิลปะในระดับที่จำกัด ประติมากรรมไททาเนียมหล่อชิ้นแรกในโลกคืออนุสาวรีย์ของยูริ กาการินบนจัตุรัสที่ตั้งชื่อตามเขาในมอสโก
ไททาเนียมเป็นโลหะผสมที่เพิ่มขึ้นในโลหะผสมหลายชนิดและโลหะผสมพิเศษส่วนใหญ่
นิทินอล (นิกเกิล-ไททาเนียม) เป็นโลหะผสมหน่วยความจำรูปทรงที่ใช้ในยาและเทคโนโลยี
อะลูมิเนียมอะลูมิเนียมมีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันและทนความร้อนสูง ซึ่งส่งผลให้ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและยานยนต์เป็นวัสดุโครงสร้าง
ไททาเนียมเป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในปั๊มสุญญากาศสูง
ไททาเนียมไดออกไซด์สีขาว (TiO2) ใช้ในสี (เช่น ไททาเนียมสีขาว) เช่นเดียวกับในการผลิตกระดาษและพลาสติก วัตถุเจือปนอาหาร E171
สารประกอบออร์กาโนไททาเนียม (เช่น เตตระบิวทอกซีไททาเนียม) ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมเคมีและสี
สารประกอบไททาเนียมอนินทรีย์ใช้ในอุตสาหกรรมเคมี อิเล็กทรอนิกส์ ใยแก้วเป็นสารเติมแต่งหรือสารเคลือบ
ไททาเนียมคาร์ไบด์ ไททาเนียมไดโบไรด์ ไททาเนียมคาร์โบไนไตรด์เป็นส่วนประกอบสำคัญของวัสดุแข็งพิเศษสำหรับการแปรรูปโลหะ
ไททาเนียมไนไตรด์ใช้เคลือบเครื่องมือ โดมโบสถ์ และในการผลิตเครื่องประดับเครื่องแต่งกายเพราะ มีสีเหมือนทอง
แบเรียมไททาเนต BaTiO3, ตะกั่วไททาเนต PbTiO3 และไททาเนตอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งเป็นเฟอร์โรอิเล็กทริก
มีโลหะผสมไททาเนียมจำนวนมากที่มีโลหะต่างกัน องค์ประกอบของการผสมถูกแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม ขึ้นอยู่กับผลกระทบที่มีต่ออุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงหลายรูปแบบ ได้แก่ สารเพิ่มความคงตัวแบบเบตา สารทำให้คงตัวอัลฟ่า และสารเพิ่มความแข็งที่เป็นกลาง อดีตลดอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงหลังเพิ่มขึ้นและหลังไม่ส่งผลกระทบต่อมัน แต่นำไปสู่การแข็งตัวของสารละลายของเมทริกซ์ ตัวอย่างของสารเพิ่มความคงตัวอัลฟ่า: อะลูมิเนียม ออกซิเจน คาร์บอน ไนโตรเจน สารเพิ่มความคงตัวของเบต้า: โมลิบดีนัม, วานาเดียม, เหล็ก, โครเมียม, นิกเกิล สารทำให้แข็งเป็นกลาง: เซอร์โคเนียม, ดีบุก, ซิลิกอน ในทางกลับกันความคงตัวของเบต้าแบ่งออกเป็น beta-isomorphic และ beta-eutectoid-forming โลหะผสมไทเทเนียมที่พบมากที่สุดคือโลหะผสม Ti-6Al-4V (ใน การจำแนกภาษารัสเซีย- BT6).
60% - ทาสี;
20% - พลาสติก;
13% - กระดาษ;
7% - วิศวกรรมเครื่องกล
กิโลกรัมละ 15-25 เหรียญขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์
ความบริสุทธิ์และเกรดของไทเทเนียมหยาบ (ฟองน้ำไทเทเนียม) มักถูกกำหนดโดยความแข็ง ซึ่งขึ้นอยู่กับเนื้อหาของสิ่งสกปรก แบรนด์ที่พบบ่อยที่สุดคือ TG100 และ TG110
ราคาเฟอร์โรไททาเนียม (ไททาเนียมขั้นต่ำ 70%) ณ วันที่ 22/12/2010 อยู่ที่ 6.82 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม เมื่อวันที่ 01.01.2010 ราคาอยู่ที่ระดับ $5.00 ต่อกิโลกรัม
ในรัสเซีย ราคาไทเทเนียมเมื่อต้นปี 2555 อยู่ที่ 1200-1500 รูเบิล/กก.
ข้อดี:
ความหนาแน่นต่ำ (4500 กก. / ลบ.ม. ) ช่วยลดมวลของวัสดุที่ใช้
ความแข็งแรงทางกลสูง ควรสังเกตว่าที่อุณหภูมิสูง (250-500 °C) ไททาเนียมอัลลอยด์มีความแข็งแรงเหนือกว่าอะลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงและแมกนีเซียมอัลลอยด์
ความต้านทานการกัดกร่อนสูงผิดปกติเนื่องจากความสามารถของไททาเนียมในการสร้างฟิล์ม TiO2 ออกไซด์ที่ต่อเนื่องบาง (5-15 ไมครอน) บนพื้นผิวซึ่งยึดติดกับมวลโลหะอย่างแน่นหนา
ความแข็งแรงจำเพาะ (อัตราส่วนของความแข็งแรงและความหนาแน่น) ของโลหะผสมไททาเนียมที่ดีที่สุดถึง 30-35 หรือมากกว่า ซึ่งเกือบสองเท่าของความแข็งแรงจำเพาะของเหล็กอัลลอยด์
ข้อเสีย:
ต้นทุนการผลิตสูง ไททาเนียมมีราคาแพงกว่าเหล็ก อลูมิเนียม ทองแดง แมกนีเซียม
ปฏิกิริยาเชิงโต้ตอบที่อุณหภูมิสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานะของเหลว กับก๊าซทั้งหมดที่ประกอบเป็นบรรยากาศ อันเป็นผลมาจากการที่ไททาเนียมและโลหะผสมของไททาเนียมสามารถละลายได้ในสุญญากาศหรือในสภาพแวดล้อมของก๊าซเฉื่อยเท่านั้น
ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการผลิตของเสียไททาเนียม
คุณสมบัติต้านการเสียดสีต่ำเนื่องจากไททาเนียมเกาะติดกับวัสดุหลายชนิด ไททาเนียมที่จับคู่กับไททาเนียมจะไม่เกิดแรงเสียดทาน
แนวโน้มสูงของไททาเนียมและโลหะผสมหลายชนิดต่อการแตกตัวของไฮโดรเจนและการกัดกร่อนของเกลือ
ความสามารถในการแปรรูปต่ำคล้ายกับของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก
ปฏิกิริยาสูง แนวโน้มที่จะเติบโตของเกรนที่อุณหภูมิสูงและการเปลี่ยนแปลงเฟสในระหว่างรอบการเชื่อมทำให้เกิดปัญหาในการเชื่อมไททาเนียม
ส่วนหลักของไททาเนียมใช้ไปกับความต้องการของเทคโนโลยีการบินและจรวดและการต่อเรือทางทะเล ไททาเนียม (ferrotitanium) ใช้เป็นสารเติมแต่งในการเจือปนกับเหล็กกล้าคุณภาพสูงและเป็นสารขจัดออกซิไดซ์ ไทเทเนียมทางเทคนิคใช้สำหรับการผลิตถัง, เครื่องปฏิกรณ์เคมี, ท่อส่ง, ข้อต่อ, ปั๊ม, วาล์ว และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง กริดและส่วนอื่นๆ ของอุปกรณ์สูญญากาศไฟฟ้าที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงทำจากไททาเนียมขนาดกะทัดรัด
ในแง่ของการใช้งานเป็นวัสดุโครงสร้าง ไทเทเนียมอยู่ในอันดับที่ 4 รองจาก Al, Fe และ Mg เท่านั้น อะลูมิเนียมอะลูมิเนียมมีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันและทนความร้อนสูง ซึ่งส่งผลให้ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและยานยนต์เป็นวัสดุโครงสร้าง ความปลอดภัยทางชีวภาพของไททาเนียมทำให้เป็นวัสดุที่ยอดเยี่ยมสำหรับอุตสาหกรรมอาหารและการผ่าตัดสร้างใหม่
ไททาเนียมและโลหะผสมใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมเนื่องจากมีความแข็งแรงเชิงกลสูง ซึ่งคงรักษาไว้ที่อุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อน ทนความร้อน ความแข็งแรงจำเพาะ ความหนาแน่นต่ำ และคุณสมบัติที่มีประโยชน์อื่นๆ ค่าใช้จ่ายสูงของไททาเนียมและอัลลอยด์ในหลายกรณีถูกชดเชยด้วยประสิทธิภาพที่สูงกว่า และในบางกรณี ไททาเนียมเป็นวัสดุชนิดเดียวที่สามารถผลิตอุปกรณ์หรือโครงสร้างที่สามารถทำงานได้ภายใต้สภาวะที่กำหนด
ไททาเนียมอัลลอยด์มีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีการบิน โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ได้ดีไซน์ที่เบาที่สุดรวมกับความแข็งแกร่งที่ต้องการ ไททาเนียมมีน้ำหนักเบาเมื่อเทียบกับโลหะอื่นๆ แต่ในขณะเดียวกันก็สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูง ไททาเนียมอัลลอยด์ใช้ทำผิวหนัง ชิ้นส่วนยึด ชุดกำลัง ชิ้นส่วนแชสซี และยูนิตต่างๆ นอกจากนี้ วัสดุเหล่านี้ยังใช้ในการสร้างเครื่องยนต์เครื่องบินไอพ่น สิ่งนี้ช่วยให้คุณลดน้ำหนักได้ 10-25% ไททาเนียมอัลลอยด์ใช้ในการผลิตดิสก์และใบพัดคอมเพรสเซอร์ ช่องรับอากาศ ชิ้นส่วนใบพัด และตัวยึด
ไททาเนียมและโลหะผสมยังใช้ในวิทยาศาสตร์จรวดอีกด้วย ในมุมมองของการทำงานระยะสั้นของเครื่องยนต์และการเคลื่อนตัวอย่างรวดเร็วของชั้นบรรยากาศหนาแน่นในวิทยาศาสตร์จรวด ปัญหาของความล้า ความคงทนคงที่ และการคืบคลานบางส่วนจะถูกลบออก
ไทเทเนียมทางเทคนิคไม่เหมาะสำหรับการใช้งานด้านการบินเนื่องจากมีความต้านทานความร้อนสูงไม่เพียงพอ แต่เนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อนสูงเป็นพิเศษ ในบางกรณีจึงขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมเคมีและการต่อเรือ ดังนั้นจึงใช้ในการผลิตคอมเพรสเซอร์และปั๊มสำหรับสูบจ่ายสารที่มีฤทธิ์รุนแรง เช่น กำมะถันและ กรดไฮโดรคลอริกและเกลือ ท่อส่ง วาล์ว หม้อนึ่งความดัน ภาชนะต่างๆ ตัวกรอง ฯลฯ ไทเทเนียมเท่านั้นที่มีความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อม เช่น คลอรีนเปียก สารละลายคลอรีนที่เป็นน้ำและเป็นกรด ดังนั้นอุปกรณ์สำหรับอุตสาหกรรมคลอรีนจึงทำจากโลหะนี้ ไททาเนียมใช้ในการผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน เช่น ในกรดไนตริก (ไม่ใช่ควัน) ในการต่อเรือ ไททาเนียมใช้สำหรับการผลิตใบพัด การชุบเรือ เรือดำน้ำ ตอร์ปิโด ฯลฯ เปลือกไม่ติดกับไททาเนียมและโลหะผสมซึ่งเพิ่มความต้านทานของเรืออย่างรวดเร็วเมื่อเคลื่อนที่
ไททาเนียมอัลลอยด์มีแนวโน้มว่าจะนำไปใช้ในการใช้งานอื่นๆ มากมาย แต่การใช้เทคโนโลยีนั้นถูกจำกัดด้วยต้นทุนที่สูงและการขาดแคลนไททาเนียม
สารประกอบไททาเนียมยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ ไทเทเนียมคาร์ไบด์มีความแข็งสูงและใช้ในการผลิตเครื่องมือตัดและวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ไททาเนียมไดออกไซด์สีขาว (TiO2) ใช้ในสี (เช่น ไททาเนียมสีขาว) เช่นเดียวกับในการผลิตกระดาษและพลาสติก สารประกอบออร์กาโนไททาเนียม (เช่น เตตระบิวทอกซีไททาเนียม) ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมเคมีและสี สารประกอบไททาเนียมอนินทรีย์ใช้ในอุตสาหกรรมเคมี อิเล็กทรอนิกส์ ไฟเบอร์กลาสเป็นสารเติมแต่ง ไททาเนียมไดโบไรด์เป็นส่วนประกอบสำคัญของวัสดุโลหะการแข็งพิเศษ ไททาเนียมไนไตรด์ใช้สำหรับเคลือบเครื่องมือ
ด้วยราคาไทเทเนียมที่สูงอยู่แล้ว ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการผลิตยุทโธปกรณ์ทางทหาร ซึ่งบทบาทหลักไม่ได้อยู่ที่ต้นทุน แต่เป็นลักษณะทางเทคนิค อย่างไรก็ตาม กรณีของการใช้คุณสมบัติเฉพาะของไททาเนียมสำหรับความต้องการทางแพ่งเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว เมื่อราคาของไททาเนียมลดลงและการผลิตเพิ่มขึ้น การใช้โลหะนี้ในวัตถุประสงค์ทางการทหารและพลเรือนจะขยายตัวมากขึ้นเรื่อยๆ
การบิน. ความถ่วงจำเพาะต่ำและความแข็งแรงสูง (โดยเฉพาะที่อุณหภูมิสูง) ของไททาเนียมและโลหะผสมทำให้เป็นวัสดุการบินที่มีคุณค่าสูง ในด้านการสร้างเครื่องบินและการผลิตเครื่องยนต์อากาศยาน ไททาเนียมเข้ามาแทนที่อะลูมิเนียมและสแตนเลสมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อลูมิเนียมจะสูญเสียความแข็งแรงไปอย่างรวดเร็ว ในทางกลับกัน ไททาเนียมมีข้อได้เปรียบด้านความแข็งแกร่งที่ชัดเจนที่อุณหภูมิสูงถึง 430 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิที่สูงขึ้นตามลำดับนี้เกิดขึ้นที่ความเร็วสูงเนื่องจากการให้ความร้อนตามหลักอากาศพลศาสตร์ ข้อดีของการเปลี่ยนเหล็กด้วยไททาเนียมในการบินคือการลดน้ำหนักโดยไม่สูญเสียความแข็งแรง การลดน้ำหนักโดยรวมด้วยประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิสูงทำให้สามารถบรรทุกสินค้า พิสัยบิน และความคล่องแคล่วของเครื่องบินเพิ่มขึ้น สิ่งนี้อธิบายถึงความพยายามที่มุ่งขยายการใช้ไททาเนียมในการก่อสร้างเครื่องบินในการผลิตเครื่องยนต์ การสร้างลำตัว การผลิตสกิน และแม้แต่รัด
ในการสร้างเครื่องยนต์ไอพ่น ไทเทเนียมส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการผลิตใบพัดคอมเพรสเซอร์ จานกังหัน และชิ้นส่วนอื่นๆ ที่มีการประทับตรา ที่นี่ ไททาเนียมกำลังเข้ามาแทนที่เหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กกล้าอัลลอยด์ที่อบชุบด้วยความร้อน การลดน้ำหนักเครื่องยนต์หนึ่งกิโลกรัมช่วยประหยัดน้ำหนักรวมของเครื่องบินได้มากถึง 10 กก. เนื่องจากการลดน้ำหนักของลำตัว ในอนาคต มีการวางแผนที่จะใช้แผ่นไททาเนียมสำหรับการผลิตปลอกหุ้มสำหรับห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์
ในการก่อสร้างเครื่องบิน ไททาเนียมถูกใช้อย่างแพร่หลายสำหรับชิ้นส่วนลำตัวที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง แผ่นไททาเนียมใช้สำหรับการผลิตปลอกหุ้ม ปลอกป้องกันสายเคเบิล และตัวนำสำหรับขีปนาวุธทุกชนิด ส่วนประกอบที่ทำให้แข็งทื่อ โครงลำตัว ซี่โครง ฯลฯ ทำจากแผ่นไททาเนียมอัลลอยด์
Shrouds, flaps, ปลอกสายเคเบิล และตัวนำทางแบบโพรเจกไทล์ทำจากไททาเนียมที่ไม่เป็นโลหะ โลหะผสมไทเทเนียมใช้สำหรับการผลิตโครงลำตัว เฟรม ท่อส่ง และแผงกันไฟ
ไททาเนียมถูกใช้มากขึ้นในการสร้างเครื่องบิน F-86 และ F-100 ในอนาคต ไททาเนียมจะถูกนำมาใช้ทำประตูลงจอด, ท่อไฮโดรลิก, ท่อไอเสียและหัวฉีด, สแปร์, ลิ้นปีกนก, สตรัทพับ และอื่นๆ
ไททาเนียมสามารถใช้ทำแผ่นเกราะ ใบพัด และกล่องใส่กระสุนได้
ปัจจุบันไททาเนียมถูกใช้ในการสร้างเครื่องบินทหาร Douglas X-3 สำหรับผิวหนัง, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 และ Boeing B-52
ไททาเนียมยังใช้ในการสร้างเครื่องบินพลเรือน DC-7 บริษัท Douglas ได้เปลี่ยนอลูมิเนียมอัลลอยด์และสแตนเลสเป็นไทเทเนียมในการผลิตส่วนหน้าของเครื่องยนต์และแผงกันไฟ ส่งผลให้น้ำหนักของโครงสร้างเครื่องบินลดลงได้ประมาณ 90 กก. ปัจจุบันน้ำหนักของชิ้นส่วนไทเทเนียมในเครื่องบินลำนี้คือ 2% และคาดว่าตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้นเป็น 20% ของน้ำหนักรวมของเครื่องบิน
การใช้ไททาเนียมทำให้สามารถลดน้ำหนักของเฮลิคอปเตอร์ได้ แผ่นไททาเนียมใช้สำหรับพื้นและประตู น้ำหนักของเฮลิคอปเตอร์ลดลงอย่างมาก (ประมาณ 30 กก.) เป็นผลจากการเปลี่ยนเหล็กอัลลอยด์ด้วยไททาเนียมเพื่อหุ้มใบมีดของโรเตอร์
กองทัพเรือ ความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียมและโลหะผสมทำให้ไททาเนียมเป็นวัสดุที่มีค่าสูงในทะเล กองทัพเรือสหรัฐฯ กำลังตรวจสอบความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียมอย่างครอบคลุมต่อการสัมผัสกับก๊าซไอเสีย ไอน้ำ น้ำมัน และน้ำทะเล ความแข็งแรงจำเพาะสูงของไททาเนียมมีความสำคัญเกือบเท่ากันในกิจการทหารเรือ
ความถ่วงจำเพาะต่ำของโลหะ รวมกับความต้านทานการกัดกร่อน เพิ่มความคล่องแคล่วและระยะของเรือ และยังลดต้นทุนในการบำรุงรักษาชิ้นส่วนวัสดุและการซ่อมแซม
การใช้งานไทเทเนียมในกองทัพเรือ ได้แก่ ท่อไอเสียสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลใต้น้ำ ดิสก์อุปกรณ์ ท่อผนังบางสำหรับคอนเดนเซอร์ และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าไททาเนียมซึ่งแตกต่างจากโลหะอื่น ๆ สามารถเพิ่มอายุของท่อเก็บเสียงไอเสียบนเรือดำน้ำได้ สำหรับแผ่นเกจที่สัมผัสกับน้ำเกลือ น้ำมันเบนซิน หรือน้ำมัน ไททาเนียมจะให้ความทนทานที่ดีกว่า กำลังตรวจสอบความเป็นไปได้ของการใช้ไททาเนียมในการผลิตท่อแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งควรจะทนทานต่อการกัดกร่อนในน้ำทะเลที่ล้างท่อจากภายนอก และในขณะเดียวกันก็ทนต่อผลกระทบของคอนเดนเสทไอเสียที่ไหลอยู่ภายในท่อเหล่านั้น กำลังพิจารณาถึงความเป็นไปได้ในการผลิตเสาอากาศและส่วนประกอบของการติดตั้งเรดาร์จากไททาเนียม ซึ่งจำเป็นต้องทนทานต่อผลกระทบของก๊าซไอเสียและน้ำทะเล ไททาเนียมยังสามารถใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ เช่น วาล์ว ใบพัด ชิ้นส่วนกังหัน เป็นต้น
ปืนใหญ่. เห็นได้ชัดว่าผู้บริโภคไทเทเนียมที่มีศักยภาพมากที่สุดอาจเป็นปืนใหญ่ ซึ่งขณะนี้การวิจัยอย่างเข้มข้นกำลังดำเนินการเกี่ยวกับต้นแบบต่างๆ อย่างไรก็ตาม ในพื้นที่นี้ การผลิตเฉพาะชิ้นส่วนและชิ้นส่วนที่ทำจากไททาเนียมเป็นมาตรฐาน การใช้ไททาเนียมค่อนข้างจำกัดในปืนใหญ่ที่มีขอบเขตการวิจัยขนาดใหญ่ อธิบายได้ด้วยต้นทุนที่สูง
ชิ้นส่วนต่างๆ ของอุปกรณ์ปืนใหญ่ได้รับการตรวจสอบจากมุมมองของความเป็นไปได้ที่จะแทนที่วัสดุทั่วไปด้วยไททาเนียม ซึ่งจะทำให้ราคาไททาเนียมลดลง ความสนใจหลักอยู่ที่ชิ้นส่วนที่จำเป็นต้องลดน้ำหนัก (ชิ้นส่วนที่ถือด้วยมือและขนส่งทางอากาศ)
แผ่นฐานมอร์ตาร์ทำจากไททาเนียมแทนเหล็ก ด้วยการเปลี่ยนดังกล่าวและหลังจากการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง แทนที่จะเป็นแผ่นเหล็กจากสองส่วนที่มีน้ำหนักรวม 22 กก. จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างชิ้นส่วนหนึ่งที่มีน้ำหนัก 11 กก. ด้วยการเปลี่ยนนี้ ทำให้สามารถลดจำนวนพนักงานบริการจากสามเป็นสองได้ ความเป็นไปได้ของการใช้ไททาเนียมในการผลิตอุปกรณ์ป้องกันเปลวไฟของปืนกำลังถูกพิจารณา
กำลังทดสอบแท่นยึดปืน แคร่ตลับหมึก และกระบอกรีคอยล์ที่ผลิตด้วยไททาเนียม ไททาเนียมสามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตขีปนาวุธนำวิถีและขีปนาวุธ
การศึกษาครั้งแรกของไททาเนียมและโลหะผสมของมันแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการผลิตแผ่นเกราะจากพวกมัน การเปลี่ยนเกราะเหล็ก (หนา 12.7 มม.) ด้วยเกราะไททาเนียมที่มีความต้านทานกระสุนปืนเท่ากัน (หนา 16 มม.) ทำให้สามารถลดน้ำหนักได้มากถึง 25% ตามการศึกษาเหล่านี้
ไททาเนียมอัลลอยด์คุณภาพสูงให้ความหวังในการเปลี่ยนแผ่นเหล็กด้วยแผ่นไทเทเนียมที่มีความหนาเท่ากัน ซึ่งช่วยลดน้ำหนักได้มากถึง 44% งานอุตสาหกรรมไททาเนียมจะช่วยเพิ่มความคล่องตัว เพิ่มระยะการขนส่งและความทนทานของปืน ระดับสมัยใหม่การพัฒนาการขนส่งทางอากาศทำให้เห็นข้อดีของรถหุ้มเกราะเบาและยานพาหนะอื่นๆ ที่ทำจากไททาเนียมอย่างชัดเจน กรมปืนใหญ่ ตั้งใจที่จะให้ทหารราบมีหมวก ดาบปลายปืน เครื่องยิงลูกระเบิดมือ และ มือพ่นไฟทำจากไททาเนียม โลหะผสมไทเทเนียมถูกนำมาใช้ครั้งแรกในปืนใหญ่สำหรับการผลิตลูกสูบของปืนอัตโนมัติบางรุ่น
ขนส่ง. ประโยชน์หลายประการของการใช้ไททาเนียมในการผลิตวัสดุหุ้มเกราะมีผลกับรถยนต์ด้วยเช่นกัน
การเปลี่ยนวัสดุโครงสร้างที่ใช้ในปัจจุบันโดยผู้ประกอบการด้านวิศวกรรมการขนส่งด้วยไททาเนียมควรนำไปสู่การลดการใช้เชื้อเพลิง เพิ่มความสามารถในการบรรทุก เพิ่มขีดจำกัดความล้าของชิ้นส่วนกลไกข้อเหวี่ยง ฯลฯ รถไฟมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะลดน้ำหนักที่ตายแล้ว น้ำหนักรวมของสต็อกที่ลดลงอย่างมากเนื่องจากการใช้ไททาเนียมจะช่วยประหยัดการยึดเกาะ ลดขนาดของคอและกล่องเพลา
น้ำหนักก็มีความสำคัญสำหรับรถพ่วงเช่นกัน ยานพาหนะ. ในที่นี้ การเปลี่ยนเหล็กด้วยไททาเนียมในการผลิตเพลาและล้อจะเพิ่มความสามารถในการบรรทุกด้วย
โอกาสทั้งหมดเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ด้วยการลดราคาไทเทเนียมจาก 15 เป็น 2-3 ดอลลาร์ต่อปอนด์ของผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปไททาเนียม
อุตสาหกรรมเคมี ในการผลิตอุปกรณ์สำหรับอุตสาหกรรมเคมี ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะมีความสำคัญสูงสุด การลดน้ำหนักและเพิ่มความแข็งแรงของอุปกรณ์ก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน ตามหลักเหตุผล ควรสันนิษฐานว่าไททาเนียมสามารถให้ประโยชน์หลายประการในการผลิตอุปกรณ์สำหรับการขนส่งกรด ด่าง และเกลืออนินทรีย์จากไทเทเนียม ความเป็นไปได้เพิ่มเติมสำหรับการใช้ไททาเนียมกำลังเกิดขึ้นในการผลิตอุปกรณ์ เช่น แท็งก์ เสา ตัวกรอง และกระบอกสูบแรงดันสูงทุกชนิด
การใช้ท่อไทเทเนียมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของคอยล์ร้อนในหม้อนึ่งความดันในห้องปฏิบัติการและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การใช้งานของไททาเนียมสำหรับการผลิตกระบอกสูบซึ่งก๊าซและของเหลวถูกเก็บไว้ภายใต้แรงกดดันเป็นเวลานานนั้นพิสูจน์ได้จากการใช้ในการวิเคราะห์จุลภาคของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้แทนหลอดแก้วที่หนักกว่า (แสดงในส่วนบนของภาพ) เนื่องจากความหนาของผนังที่เล็กและความถ่วงจำเพาะต่ำ หลอดนี้สามารถชั่งน้ำหนักบนเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ที่มีขนาดเล็กกว่าและละเอียดอ่อนกว่าได้ การผสมผสานระหว่างความเบาและความต้านทานการกัดกร่อนช่วยปรับปรุงความแม่นยำของการวิเคราะห์ทางเคมี
แอพพลิเคชั่นอื่นๆ. การใช้ไททาเนียมเป็นสิ่งที่สมควรในอุตสาหกรรมอาหาร น้ำมัน และไฟฟ้า ตลอดจนสำหรับการผลิตเครื่องมือผ่าตัดและในการผ่าตัด
โต๊ะเตรียมอาหาร โต๊ะนึ่ง ทำจากไททาเนียม มีคุณภาพเหนือกว่าผลิตภัณฑ์เหล็ก
ในอุตสาหกรรมการขุดเจาะน้ำมันและก๊าซ การต่อสู้กับการกัดกร่อนมีความสำคัญอย่างยิ่ง ดังนั้นการใช้ไททาเนียมจะทำให้สามารถเปลี่ยนแท่งอุปกรณ์ที่สึกกร่อนได้น้อยลง ในการผลิตแบบเร่งปฏิกิริยาและสำหรับการผลิตท่อส่งน้ำมัน ควรใช้ไททาเนียมซึ่งคงคุณสมบัติทางกลไว้ที่อุณหภูมิสูงและมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี
ในอุตสาหกรรมไฟฟ้า ไททาเนียมสามารถใช้เป็นเกราะป้องกันสายเคเบิลได้ เนื่องจากมีความแข็งแรงจำเพาะที่ดี ต้านทานไฟฟ้าสูงและมีคุณสมบัติไม่เป็นแม่เหล็ก
ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เริ่มมีการใช้รัดของรูปแบบเดียวหรือแบบอื่นที่ทำจากไททาเนียม การขยายการใช้ไททาเนียมเป็นไปได้มากขึ้นสำหรับการผลิตเครื่องมือผ่าตัด สาเหตุหลักมาจากความทนทานต่อการกัดกร่อน เครื่องมือไทเทเนียมนั้นเหนือกว่าเครื่องมือผ่าตัดทั่วไปเมื่อต้มหรือนึ่งซ้ำหลายครั้ง
ในด้านการผ่าตัด ไทเทเนียมพิสูจน์แล้วว่าดีกว่า Vitallium และ Stainless Steel การปรากฏตัวของไททาเนียมในร่างกายเป็นที่ยอมรับได้ แผ่นและสกรูที่ทำจากไททาเนียมสำหรับยึดกระดูกอยู่ในร่างกายของสัตว์เป็นเวลาหลายเดือน และกระดูกก็งอกขึ้นเป็นเกลียวของสกรูและเข้าไปในรูในจาน
ข้อดีของไททาเนียมอยู่ที่เนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อถูกสร้างขึ้นบนจาน
ผลิตภัณฑ์ไททาเนียมประมาณครึ่งหนึ่งที่ผลิตในโลกมักจะถูกส่งไปยังอุตสาหกรรมเครื่องบินพลเรือน แต่การลดลงหลังจากเหตุการณ์โศกนาฏกรรมที่รู้จักกันดีทำให้ผู้เข้าร่วมในอุตสาหกรรมจำนวนมากมองหาแอปพลิเคชันใหม่สำหรับไทเทเนียม วัสดุนี้แสดงถึงส่วนแรกของการเลือกสิ่งพิมพ์ในสื่อโลหะวิทยาต่างประเทศที่อุทิศให้กับโอกาสของไททาเนียมในสภาพที่ทันสมัย ตามที่หนึ่งในผู้ผลิตไททาเนียม RT1 ชั้นนำของอเมริการะบุว่าจากปริมาณการผลิตไททาเนียมทั้งหมดในระดับโลกที่ระดับ 50-60 พันตันต่อปี ส่วนของการบินและอวกาศมีการบริโภคมากถึง 40 รายการ การใช้งานในอุตสาหกรรมและการใช้งาน บัญชีสำหรับ 34 และพื้นที่ทหาร 16 และประมาณ 10 บัญชีสำหรับการใช้ไททาเนียมในสินค้าอุปโภคบริโภค การใช้งานในอุตสาหกรรมของไททาเนียมรวมถึงกระบวนการทางเคมี อุตสาหกรรมพลังงาน น้ำมันและก๊าซ โรงงานผลิตน้ำทะเล การใช้งานที่ไม่ใช่ด้านการบินทางทหารนั้นรวมถึงการใช้งานในปืนใหญ่และยานเกราะต่อสู้เป็นหลัก ภาคส่วนที่มีการใช้ไทเทเนียมเป็นจำนวนมาก ได้แก่ อุตสาหกรรมยานยนต์ สถาปัตยกรรมและการก่อสร้าง สินค้ากีฬา และเครื่องประดับ แท่งไทเทเนียมเกือบทั้งหมดผลิตในสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และ CIS - ยุโรป คิดเป็นสัดส่วนเพียง 3.6 ของปริมาณทั่วโลก ตลาดระดับภูมิภาคสำหรับการใช้ขั้นสุดท้ายของไททาเนียมมีความแตกต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดของความคิดริเริ่มคือญี่ปุ่น โดยที่ภาคการบินและอวกาศของพลเรือนมีสัดส่วนเพียง 2-3 อย่าง โดยใช้ไททาเนียมทั้งหมด 30 เม็ดในอุปกรณ์และองค์ประกอบโครงสร้างของโรงงานเคมี ประมาณ 20 ของความต้องการทั้งหมดในญี่ปุ่นมาจาก พลังงานนิวเคลียร์และในโรงไฟฟ้าเชื้อเพลิงแข็ง ส่วนที่เหลืออยู่ในสถาปัตยกรรม การแพทย์ และการกีฬา ภาพตรงข้ามมีให้เห็นในสหรัฐอเมริกาและยุโรปโดยเฉพาะ สำคัญมากมีการบริโภคในภาคการบินและอวกาศ - 60-75 และ 50-60 สำหรับแต่ละภูมิภาคตามลำดับ ในสหรัฐอเมริกา ตลาดปลายทางที่เข้มแข็งตามธรรมเนียม ได้แก่ เคมีภัณฑ์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์อุตสาหกรรม ในขณะที่ในยุโรปส่วนแบ่งที่ใหญ่ที่สุดอยู่ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ และอุตสาหกรรมการก่อสร้าง การพึ่งพาอุตสาหกรรมการบินและอวกาศอย่างหนักเป็นปัญหาที่มีมายาวนานสำหรับอุตสาหกรรมไทเทเนียม ซึ่งกำลังพยายามขยายการใช้งานไทเทเนียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่ตกต่ำในปัจจุบัน การบินพลเรือนในระดับโลก จากการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐฯ ระบุว่า ในช่วงไตรมาสแรกของปี 2546 การนำเข้าฟองน้ำไทเทเนียมลดลงอย่างมาก โดยมีเพียง 1,319 ตัน ซึ่งน้อยกว่า 3431 ตันในช่วงเวลาเดียวกันของปี 2545 อยู่ที่ 62 ตัน ภาคการบินและอวกาศจะเป็นหนึ่งในตลาดชั้นนำสำหรับไทเทเนียมเสมอ แต่เราในอุตสาหกรรมไทเทเนียมต้องเผชิญหน้ากับความท้าทายและทำทุกอย่างที่ทำได้เพื่อให้แน่ใจว่าอุตสาหกรรมของเราจะไม่เกิดการพัฒนาและวงจรถดถอยในภาคการบินและอวกาศ ผู้ผลิตชั้นนำของอุตสาหกรรมไทเทเนียมบางรายมองเห็นโอกาสที่เพิ่มขึ้นในตลาดที่มีอยู่ ซึ่งหนึ่งในนั้นคือตลาดอุปกรณ์และวัสดุใต้น้ำ Martin Proko ผู้จัดการฝ่ายขายและการกระจายของ RT1 กล่าวว่าไททาเนียมได้ถูกนำมาใช้ในการผลิตพลังงานและการใช้งานใต้น้ำมาเป็นเวลานานตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษ 1980 แต่ในช่วงห้าปีที่ผ่านมา พื้นที่เหล่านี้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องโดยมีการเติบโตที่สอดคล้องกันใน ช่องทางการตลาด ในภาคใต้ทะเล การเติบโตส่วนใหญ่มาจากการขุดเจาะที่ความลึกมากขึ้น โดยที่ไทเทเนียมเป็นวัสดุที่เหมาะสมที่สุด วัฏจักรชีวิตใต้น้ำคือห้าสิบปี ซึ่งสอดคล้องกับระยะเวลาปกติของโครงการใต้น้ำ เราได้ระบุพื้นที่ที่อาจมีการใช้ไททาเนียมเพิ่มขึ้นแล้ว Bob Funnell ผู้จัดการฝ่ายขายของ Howmet Ti-Cast ตั้งข้อสังเกตว่าสถานะปัจจุบันของตลาดสามารถมองเห็นได้ว่าเป็นโอกาสในการเติบโตในด้านใหม่ๆ เช่น ชิ้นส่วนที่หมุนได้สำหรับเทอร์โบชาร์จเจอร์ของรถบรรทุก จรวด และปั๊ม
หนึ่งในโครงการที่กำลังดำเนินการอยู่ของเราคือการพัฒนาระบบปืนใหญ่เบา BAE Butitzer XM777 ที่มีลำกล้อง 155 มม. Nowmet จะจัดหาชุดประกอบไททาเนียมโครงสร้าง 17 ชิ้นจากทั้งหมด 28 ชิ้นสำหรับแท่นยึดปืนแต่ละชุด นาวิกโยธิน สหรัฐอเมริกามีกำหนดเริ่มในเดือนสิงหาคม 2547 ด้วยน้ำหนักปืนรวม 9,800 ปอนด์ หรือประมาณ 4.44 ตัน ไททาเนียมมีน้ำหนักประมาณ 2,600 ปอนด์หรือประมาณ 1.18 ตันของไททาเนียมในการออกแบบ - ใช้โลหะผสม 6A14U ที่มีการหล่อจำนวนมาก Frank Hrster หัวหน้าฝ่ายระบบสนับสนุนการยิงกล่าว BAE Sy81et8. ระบบ XM777 นี้จะมาแทนที่ระบบ M198 Newitzer ปัจจุบัน ซึ่งมีน้ำหนักประมาณ 17,000 ปอนด์และประมาณ 7.71 ตัน มีการวางแผนการผลิตจำนวนมากสำหรับช่วงปี 2549 ถึง 2553 โดยจะมีการส่งมอบไปยังสหรัฐอเมริกา บริเตนใหญ่ และอิตาลีในขั้นต้น แต่โครงการอาจขยายออกไปสำหรับการส่งมอบไปยังประเทศสมาชิก NATO John Barber of Timet ชี้ให้เห็นว่าตัวอย่างยุทโธปกรณ์ทางทหารที่ใช้ไททาเนียมจำนวนมากในการก่อสร้าง ได้แก่ รถถัง Abramé และยานรบ Bradley ในช่วงสองปีที่ผ่านมา โครงการร่วมระหว่าง NATO สหรัฐอเมริกา และสหราชอาณาจักรกำลังดำเนินการเพื่อกระชับการใช้ไททาเนียมในอาวุธและระบบป้องกัน ตามที่ระบุไว้มากกว่าหนึ่งครั้ง ไททาเนียมเหมาะมากสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ อย่างไรก็ตาม ส่วนแบ่งของทิศทางนี้ค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัว - ประมาณ 1 ของปริมาณการใช้ไทเทเนียมทั้งหมด หรือ 500 ตันต่อปี ตามรายงานของอิตาลี บริษัท Poggipolini ผู้ผลิตส่วนประกอบไทเทเนียมและชิ้นส่วนสำหรับ Formula-1 และรถจักรยานยนต์แข่ง Daniele Stoppolini หัวหน้าฝ่ายวิจัยและพัฒนาของบริษัทนี้ เชื่อว่าความต้องการไทเทเนียมในปัจจุบันในตลาดนี้อยู่ที่ระดับ 500 ตัน โดยมีการใช้วัสดุนี้เป็นจำนวนมากในการสร้างวาล์ว สปริง ระบบไอเสีย ระบบเกียร์ เพลา สลักเกลียว อาจเพิ่มขึ้นถึงระดับเกือบไม่ถึง 16,000 ตันต่อปี เขาเสริมว่าบริษัทของเขาเพิ่งเริ่มพัฒนาการผลิตสลักเกลียวไทเทเนียมแบบอัตโนมัติเพื่อลดต้นทุนการผลิต ในความเห็นของเขา ปัจจัยจำกัดอันเนื่องมาจากการใช้ไททาเนียมไม่ได้ขยายตัวอย่างมีนัยสำคัญในอุตสาหกรรมยานยนต์ คืออุปสงค์ที่คาดเดาไม่ได้และความไม่แน่นอนของอุปทานของวัตถุดิบ ในขณะเดียวกัน ช่องว่างที่มีศักยภาพขนาดใหญ่สำหรับไทเทเนียมยังคงอยู่ในอุตสาหกรรมยานยนต์ โดยผสมผสานคุณลักษณะด้านน้ำหนักและความแข็งแรงที่เหมาะสมที่สุดสำหรับคอยล์สปริงและระบบไอเสีย โชคไม่ดีที่ในตลาดอเมริกา การใช้ไททาเนียมอย่างกว้างขวางในระบบเหล่านี้มีเฉพาะรถกึ่งสปอร์ตเชฟโรเลต คอร์เวทท์ Z06 รุ่นพิเศษเท่านั้น ซึ่งไม่มีทางอ้างว่าเป็นรถยนต์ขนาดใหญ่ได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความท้าทายอย่างต่อเนื่องของการประหยัดเชื้อเพลิงและความต้านทานการกัดกร่อน แนวโน้มสำหรับไทเทเนียมในพื้นที่นี้จึงยังคงอยู่ สำหรับการอนุมัติในตลาดที่ไม่ใช่การบินและอวกาศและการใช้งานที่ไม่ใช่ทางทหาร เมื่อเร็ว ๆ นี้การร่วมทุนของ UNITI ได้ถูกสร้างขึ้นในชื่อของมัน คำว่า unity ถูกเล่น - unity และ Ti - การกำหนดไททาเนียมในตารางธาตุซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโลก ผู้ผลิตไทเทเนียมชั้นนำ - American Allegheny Technologies และ Russian VSMPO-Avisma คาร์ล มูลตัน ประธานบริษัทใหม่กล่าวว่า ตลาดเหล่านี้ถูกกีดกันโดยเจตนา ในขณะที่เราตั้งใจจะทำให้บริษัทใหม่เป็นซัพพลายเออร์ชั้นนำในอุตสาหกรรมที่ใช้ชิ้นส่วนและส่วนประกอบไทเทเนียม ซึ่งส่วนใหญ่เป็นปิโตรเคมีและการผลิตไฟฟ้า นอกจากนี้ เราตั้งใจที่จะทำการตลาดอย่างจริงจังในด้านอุปกรณ์แยกเกลือออกจากน้ำทะเล ยานพาหนะ สินค้าอุปโภคบริโภค และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฉันเชื่อว่าโรงงานผลิตของเราช่วยเสริมซึ่งกันและกันได้ดี - VSMPO มีความสามารถที่โดดเด่นสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย Allegheny มีประเพณีที่ยอดเยี่ยมในการผลิตผลิตภัณฑ์แผ่นรีดไททาเนียมเย็นและร้อน ส่วนแบ่งตลาดผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมทั่วโลกของ UNITI คาดว่าจะอยู่ที่ 45 ล้านปอนด์ หรือประมาณ 20,411 ตัน ตลาดอุปกรณ์การแพทย์ถือได้ว่าเป็นตลาดที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง - ตาม British Titanium International Group ปริมาณไททาเนียมประจำปีทั่วโลกในรากฟันเทียมและอวัยวะเทียมต่างๆ ประมาณ 1,000 ตัน และตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้นตามความเป็นไปได้ของการผ่าตัดที่จะทดแทน ข้อต่อของมนุษย์หลังจากเกิดอุบัติเหตุหรือได้รับบาดเจ็บ นอกจากข้อดีที่เห็นได้ชัดของความยืดหยุ่น ความแข็งแรง ความเบา ไทเทเนียมยังเข้ากันได้ดีกับร่างกายในแง่ชีวภาพเนื่องจากไม่มีการกัดกร่อนต่อเนื้อเยื่อและของเหลวในร่างกายมนุษย์ ในทางทันตกรรม การใช้ขาเทียมและรากฟันเทียมก็พุ่งสูงขึ้นเช่นกัน - สามครั้งในช่วงสิบปีที่ผ่านมา ตามที่สมาคมทันตกรรมอเมริกันระบุว่าส่วนใหญ่เกิดจากลักษณะของไททาเนียม แม้ว่าการใช้ไททาเนียมในสถาปัตยกรรมจะมีอายุมากกว่า 25 ปี แต่การใช้ไททาเนียมอย่างแพร่หลายในพื้นที่นี้เริ่มเฉพาะใน ปีที่แล้ว. การขยายสนามบินอาบูดาบีในสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ ซึ่งมีกำหนดแล้วเสร็จในปี 2549 จะใช้ไทเทเนียมประมาณ 680 ตันสูงถึง 1.5 ล้านปอนด์ โครงการสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างจำนวนมากที่ใช้ไททาเนียมมีการวางแผนที่จะดำเนินการไม่เพียงแต่ในประเทศที่พัฒนาแล้วของสหรัฐอเมริกา, แคนาดา, บริเตนใหญ่, เยอรมนี, สวิตเซอร์แลนด์, เบลเยียม, สิงคโปร์ แต่ยังรวมถึงในอียิปต์และเปรูด้วย
ปัจจุบันกลุ่มตลาดสินค้าอุปโภคบริโภคเป็นส่วนที่เติบโตเร็วที่สุดของตลาดไททาเนียม ในขณะที่ 10 ปีที่แล้วส่วนนี้เป็นเพียง 1-2 ของตลาดไททาเนียม แต่ปัจจุบันได้เติบโตขึ้นเป็น 8-10 ของตลาด โดยรวมแล้ว การบริโภคไททาเนียมในอุตสาหกรรมสินค้าอุปโภคบริโภคขยายตัวประมาณสองเท่าของตลาดไททาเนียมทั้งหมด การใช้ไททาเนียมในการเล่นกีฬาเป็นเวลานานที่สุดและมีส่วนแบ่งการใช้ไททาเนียมในสินค้าอุปโภคบริโภคมากที่สุด เหตุผลสำหรับความนิยมของไทเทเนียมในอุปกรณ์กีฬานั้นง่าย - ช่วยให้คุณได้อัตราส่วนของน้ำหนักและความแข็งแกร่งที่เหนือกว่าโลหะอื่นๆ การใช้ไททาเนียมในรถจักรยานเริ่มขึ้นเมื่อประมาณ 25-30 ปีที่แล้ว และถือเป็นการใช้ไททาเนียมครั้งแรกในอุปกรณ์กีฬา ส่วนใหญ่ใช้ท่อโลหะผสม Ti3Al-2.5V ASTM เกรด 9 ส่วนอื่น ๆ ที่ทำจากโลหะผสมไททาเนียม ได้แก่ เบรก เฟืองและสปริงที่นั่ง การใช้ไทเทเนียมในการผลิตไม้กอล์ฟเริ่มขึ้นในช่วงปลายยุค 80 และต้นยุค 90 โดยผู้ผลิตไม้กอล์ฟในญี่ปุ่น ก่อนปี 2537-2538 การใช้งานไทเทเนียมนี้แทบไม่เป็นที่รู้จักในสหรัฐอเมริกาและยุโรป สิ่งนั้นเปลี่ยนไปเมื่อคัลลาเวย์เปิดตัวแท่งไททาเนียม Ruger Titanium ที่เรียกว่า Great Big Bertha เนื่องจากประโยชน์ที่เห็นได้ชัดและการตลาดที่รอบคอบจากคัลลาเวย์ ไม้กอล์ฟไททาเนียมจึงกลายเป็นที่นิยมในทันที ภายในระยะเวลาสั้นๆ ไม้กอล์ฟไททาเนียมได้เปลี่ยนจากอุปกรณ์พิเศษและราคาแพงของนักกอล์ฟกลุ่มเล็กๆ มาเป็นที่นักกอล์ฟส่วนใหญ่ใช้กันอย่างแพร่หลายในขณะที่ยังคงมีราคาแพงกว่าไม้กอล์ฟเหล็ก ผมขอกล่าวถึงหลักในความคิดของผมว่าแนวโน้มในการพัฒนาตลาดกอล์ฟนั้นได้เปลี่ยนจากเทคโนโลยีชั้นสูงไปสู่การผลิตจำนวนมากในระยะเวลาอันสั้น 4-5 ปี ตามเส้นทางอุตสาหกรรมอื่นๆ ที่มีแรงงานสูง ต้นทุนต่างๆ เช่น การผลิตเสื้อผ้า ของเล่น และเครื่องใช้ไฟฟ้า การผลิตไม้กอล์ฟได้เข้าสู่ประเทศที่มีแรงงานถูกที่สุดก่อนในไต้หวัน จากนั้นไปจีน และตอนนี้โรงงานต่างๆ กำลังถูกสร้างขึ้นในประเทศที่มีแรงงานถูกกว่า เช่น เวียดนาม และประเทศไทยใช้ไททาเนียมสำหรับผู้ขับขี่อย่างแน่นอน โดยคุณภาพที่เหนือกว่าให้ความได้เปรียบที่ชัดเจนและให้ราคาที่สูงกว่า อย่างไรก็ตาม ไททาเนียมยังไม่พบว่ามีการใช้อย่างแพร่หลายในไม้กอล์ฟรุ่นต่อๆ มา เนื่องจากราคาที่เพิ่มขึ้นอย่างมากไม่ได้รับการสนับสนุนจากการปรับปรุงที่สอดคล้องกันในเกม ในปัจจุบัน ไดรเวอร์ส่วนใหญ่ถูกผลิตขึ้นด้วยพื้นผิวกระแทกที่ตีขึ้นรูป หล่อด้านล่าง เมื่อเร็ว ๆ นี้ Professional Golf Association ROA อนุญาตให้เพิ่มขีด จำกัด บนของปัจจัยผลตอบแทนที่เรียกว่าซึ่งเกี่ยวข้องกับผู้ผลิตไม้กอล์ฟทั้งหมดจะพยายามเพิ่มคุณสมบัติของสปริงของพื้นผิวที่โดดเด่น ในการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องลดความหนาของพื้นผิวกระแทกและใช้โลหะผสมที่แข็งแรงกว่า เช่น SP700, 15-3-3-3 และ VT-23 ตอนนี้ เรามาเน้นที่การใช้ไททาเนียมและโลหะผสมกับอุปกรณ์กีฬาอื่นๆ กัน ท่อสำหรับรถแข่งและชิ้นส่วนอื่นๆ ทำจากโลหะผสม ASTM เกรด 9 Ti3Al-2.5V แผ่นไทเทเนียมจำนวนมหาศาลถูกนำมาใช้อย่างน่าประหลาดใจในการผลิตมีดดำน้ำ ผู้ผลิตส่วนใหญ่ใช้โลหะผสม Ti6Al-4V แต่โลหะผสมนี้ไม่ได้ให้ความทนทานของขอบใบมีดเหมือนกับโลหะผสมที่แข็งแรงกว่าอื่นๆ ผู้ผลิตบางรายเปลี่ยนไปใช้โลหะผสม BT23
ราคาขายปลีกของมีดดำน้ำไทเทเนียมอยู่ที่ประมาณ 70-80 ดอลลาร์ เกือกม้าไททาเนียมหล่อให้น้ำหนักที่ลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับเหล็กกล้า ในขณะที่ให้ความแข็งแรงที่จำเป็น น่าเสียดายที่การใช้ไททาเนียมนี้ไม่เกิดขึ้นเนื่องจากเกือกม้าไททาเนียมเป็นประกายและทำให้ม้าตกใจ ไม่กี่คนจะตกลงที่จะใช้เกือกม้าไททาเนียมหลังจากการทดลองครั้งแรกไม่สำเร็จ Titanium Beach ซึ่งตั้งอยู่ในนิวพอร์ตบีช รัฐแคลิฟอร์เนีย นิวพอร์ตบีช แคลิฟอร์เนีย ได้พัฒนาใบมีดอัลลอยด์ Ti6Al-4V น่าเสียดาย ปัญหาอีกอย่างคือความทนทานของขอบใบมีด ฉันคิดว่าผลิตภัณฑ์นี้มีโอกาสที่จะมีชีวิตอยู่หากผู้ผลิตใช้โลหะผสมที่แข็งแรงกว่าเช่น 15-3-3-3 หรือ BT-23 ไทเทเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการปีนเขาและเดินป่า สำหรับสิ่งของเกือบทั้งหมดที่นักปีนเขาและนักปีนเขาพกติดตัวไปด้วยในขวดแบบสะพายหลัง ถ้วยราคาปลีก 20-30 ดอลลาร์ ชุดทำอาหารราคาขายปลีกประมาณ 50 ดอลลาร์สหรัฐฯ ภาชนะใส่อาหารส่วนใหญ่ทำจากไททาเนียมบริสุทธิ์เกรด 1 และ 2 ในเชิงพาณิชย์ อุปกรณ์ปีนเขาและเดินป่า ได้แก่ เตาขนาดกะทัดรัด ที่วางเต็นท์และแท่นยึด ขวานน้ำแข็ง และสกรูน้ำแข็ง ผู้ผลิตอาวุธเพิ่งเริ่มผลิตปืนพกไทเทเนียมสำหรับทั้งการยิงกีฬาและการบังคับใช้กฎหมาย
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเป็นตลาดที่ค่อนข้างใหม่และเติบโตอย่างรวดเร็วสำหรับไทเทเนียม ในหลายกรณี การใช้ไททาเนียมในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไม่เพียงเพราะคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมเท่านั้น แต่ยังเนื่องมาจากรูปลักษณ์ที่สวยงามของผลิตภัณฑ์อีกด้วย ไททาเนียมเกรด 1 บริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์ใช้ทำเคสสำหรับคอมพิวเตอร์แล็ปท็อป โทรศัพท์มือถือ พลาสมาจอแบน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ การใช้ไททาเนียมในโครงสร้างลำโพงให้คุณสมบัติทางเสียงที่ดีกว่า เนื่องจากไททาเนียมมีน้ำหนักเบากว่าเหล็ก ส่งผลให้มีความไวของเสียงเพิ่มขึ้น นาฬิกาไททาเนียมซึ่งเปิดตัวครั้งแรกโดยผู้ผลิตในญี่ปุ่น ปัจจุบันเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ไททาเนียมสำหรับผู้บริโภคที่มีราคาไม่แพงและเป็นที่รู้จักมากที่สุด ปริมาณการใช้ไททาเนียมของโลกในการผลิตเครื่องประดับแบบดั้งเดิมและที่เรียกว่าเครื่องประดับวัดได้หลายสิบตัน คุณจะพบไททาเนียมมากขึ้นเรื่อยๆ แหวนแต่งงานและแน่นอนว่าผู้ที่สวมเครื่องประดับบนร่างกายจำเป็นต้องใช้ไททาเนียม ไททาเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตรัดและฟิตติ้งสำหรับการเดินเรือ ซึ่งการผสมผสานระหว่างความทนทานต่อการกัดกร่อนและความแข็งแรงสูงเป็นสิ่งสำคัญมาก Atlas Ti ซึ่งตั้งอยู่ในลอสแองเจลิสเป็นผู้ผลิตผลิตภัณฑ์เหล่านี้ในโลหะผสม VTZ-1 มากมาย การใช้ไททาเนียมในการผลิตเครื่องมือเริ่มขึ้นในสหภาพโซเวียตในช่วงต้นทศวรรษ 80 เมื่อตามคำแนะนำของรัฐบาลได้มีการสร้างเครื่องมือที่เบาและสะดวกเพื่ออำนวยความสะดวกในการทำงานของคนงาน Verkhne-Saldinskoye Metal Processing Production Association ซึ่งเป็นผู้ผลิตไททาเนียมยักษ์ใหญ่ของสหภาพโซเวียตในขณะนั้นได้ผลิตพลั่วไทเทเนียม ที่ดึงตะปู ที่ยึด ขวานและกุญแจ
ต่อมาผู้ผลิตเครื่องมือของญี่ปุ่นและอเมริกาเริ่มใช้ไทเทเนียมในผลิตภัณฑ์ของตน เมื่อไม่นานมานี้ VSMPO ได้เซ็นสัญญากับ Boeing ในการจัดหาแผ่นไทเทเนียม สัญญานี้มีผลดีอย่างมากต่อการพัฒนาการผลิตไททาเนียมในรัสเซียอย่างไม่ต้องสงสัย ไททาเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์เป็นเวลาหลายปี ข้อดีคือ ความแข็งแรง ทนต่อการกัดกร่อน และที่สำคัญที่สุดคือ บางคนแพ้นิกเกิล ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของเหล็กกล้าไร้สนิม ในขณะที่ไม่มีใครแพ้ไททาเนียม โลหะผสมที่ใช้เป็นไททาเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์และ Ti6-4Eli ไททาเนียมใช้ในการผลิตเครื่องมือผ่าตัด อวัยวะเทียมภายในและภายนอก รวมถึงเครื่องมือที่สำคัญ เช่น ลิ้นหัวใจ ไม้ค้ำยันและเก้าอี้รถเข็นทำจากไททาเนียม การใช้ไททาเนียมในงานศิลปะมีมาตั้งแต่ปี 1967 เมื่ออนุสาวรีย์ไททาเนียมแห่งแรกถูกสร้างขึ้นในกรุงมอสโก
ในขณะนี้ มีการสร้างอนุสาวรีย์ไททาเนียมและอาคารจำนวนมากในเกือบทุกทวีป รวมถึงอาคารที่มีชื่อเสียง เช่น พิพิธภัณฑ์กุกเกนไฮม์ ซึ่งสร้างโดยสถาปนิก Frank Gehry ในเมืองบิลเบา วัสดุนี้เป็นที่นิยมอย่างมากในหมู่นักศิลปะในเรื่องสี ลักษณะ ความแข็งแรง และความทนทานต่อการกัดกร่อน ด้วยเหตุผลเหล่านี้ ไททาเนียมจึงถูกใช้เป็นของที่ระลึกและร้านขายเครื่องประดับเครื่องแต่งกาย ซึ่งประสบความสำเร็จในการแข่งขันกับโลหะมีค่า เช่น เงินและแม้แต่ทองคำ . จากข้อมูลของ Martin Proko แห่ง RTi ราคาเฉลี่ยของฟองน้ำไทเทเนียมในสหรัฐอเมริกาอยู่ที่ 3.80 ต่อปอนด์ ในรัสเซียอยู่ที่ 3.20 ต่อปอนด์ นอกจากนี้ ราคาของโลหะยังขึ้นอยู่กับวัฏจักรของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศเชิงพาณิชย์เป็นอย่างมาก Markus Holz กรรมการผู้จัดการของ German Deutshe Titan เปิดเผยว่า การพัฒนาโครงการต่างๆ จำนวนมากสามารถเร่งความเร็วได้อย่างมาก หากสามารถหาวิธีลดต้นทุนการผลิตไทเทเนียมและการแปรรูป การแปรรูปเศษเหล็ก และเทคโนโลยีการถลุงแร่ British Titanium ตกลงว่าการขยายผลิตภัณฑ์ไททาเนียมถูกระงับด้วยต้นทุนการผลิตที่สูง และจำเป็นต้องทำการปรับปรุงหลายอย่างก่อนที่จะสามารถผลิตไททาเนียมจำนวนมากได้ เทคโนโลยีสมัยใหม่.
ขั้นตอนหนึ่งในทิศทางนี้คือการพัฒนากระบวนการที่เรียกว่า FFC ซึ่งเป็นกระบวนการอิเล็กโทรไลต์ใหม่สำหรับการผลิตโลหะไททาเนียมและโลหะผสมซึ่งมีต้นทุนต่ำกว่ามาก จากข้อมูลของ Daniele Stoppolini กลยุทธ์โดยรวมในอุตสาหกรรมไทเทเนียมจำเป็นต้องมีการพัฒนาโลหะผสมที่เหมาะสมที่สุด เทคโนโลยีการผลิตสำหรับตลาดใหม่แต่ละแห่ง และการใช้ไทเทเนียม
แหล่งที่มา
วิกิพีเดีย - สารานุกรมเสรี WikiPedia
metotech.ru - Metotechnics
housetop.com - บ้านท็อป
atomsteel.com – เทคโนโลยีอะตอม
domremstroy.ru - DomRemStroy
เนื่องจากไททาเนียมเป็นโลหะที่มีความแข็งดี แต่มีความแข็งแรงต่ำ โลหะผสมจากไททาเนียมจึงแพร่หลายมากขึ้นในการผลิตภาคอุตสาหกรรม โลหะผสมที่มีโครงสร้างเกรนต่างกันในโครงสร้างและประเภทของผลึกขัดแตะต่างกัน
สามารถรับได้โดยจัดให้มีระบบอุณหภูมิบางอย่างในกระบวนการผลิต และด้วยการเพิ่มองค์ประกอบการผสมต่างๆ ลงในไททาเนียม ทำให้สามารถรับโลหะผสมที่มีลักษณะการทำงานและเทคโนโลยีที่สูงขึ้นได้
เมื่อเพิ่ม องค์ประกอบการผสมและ หลากหลายชนิดผลึกขัดแตะในโครงสร้างที่ใช้ไททาเนียมสามารถหาได้สูงกว่าโลหะบริสุทธิ์ ความต้านทานความร้อนและความแข็งแรง. ในเวลาเดียวกัน โครงสร้างที่ได้นั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยความหนาแน่นต่ำ คุณสมบัติต้านการกัดกร่อนที่ดีและความเป็นพลาสติกที่ดี ซึ่งจะขยายขอบเขตการใช้งาน
ลักษณะของไททาเนียม
ไททาเนียมเป็นโลหะเบาที่ผสมผสาน ความแข็งสูงและความแข็งแรงต่ำซึ่งทำให้การประมวลผลยุ่งยาก อุณหภูมิหลอมเหลวของวัสดุนี้โดยเฉลี่ย 1665 องศาเซลเซียส. วัสดุมีลักษณะเฉพาะที่มีความหนาแน่นต่ำ (4.5 ก./ซม.3) และมีความสามารถในการป้องกันการกัดกร่อนได้ดี
ฟิล์มออกไซด์ที่มีความหนาหลายนาโนเมตรเกิดขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุซึ่ง ไม่รวมกระบวนการกัดกร่อนไททาเนียมในทะเลและน้ำจืด บรรยากาศ การเกิดออกซิเดชันโดยกรดอินทรีย์ กระบวนการเกิดโพรงอากาศ และในโครงสร้างภายใต้ความตึงเครียด
ในสภาวะปกติวัสดุไม่มีความต้านทานความร้อนมีลักษณะเป็นปรากฏการณ์การคืบที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม ในสภาวะที่หนาวเย็นและเย็นจัด วัสดุมีลักษณะความแข็งแรงสูง
ไททาเนียมมีโมดูลัสความยืดหยุ่นต่ำ ซึ่งจำกัดการใช้ในการผลิตโครงสร้างที่ต้องการความแข็งแกร่ง ในสภาวะบริสุทธิ์ โลหะมีคุณสมบัติป้องกันรังสีสูงและไม่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก
ไททาเนียมมีคุณสมบัติเป็นพลาสติกที่ดีและ ง่ายต่อการประมวลผลที่อุณหภูมิห้องขึ้นไป ตะเข็บเชื่อมที่ทำจากไททาเนียมและสารประกอบมีความเหนียวและแข็งแรง อย่างไรก็ตาม วัสดุนี้มีลักษณะเฉพาะด้วยกระบวนการดูดซับก๊าซอย่างเข้มข้นเมื่ออยู่ในสถานะทางเคมีที่ไม่เสถียรซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ไททาเนียมขึ้นอยู่กับก๊าซที่รวมกันทำให้เกิดสารประกอบไฮไดรด์ออกไซด์และคาร์ไบด์ซึ่งมีผลเสียต่อคุณสมบัติทางเทคโนโลยี
วัสดุมีลักษณะเฉพาะ การแปรรูปไม่ดีอันเป็นผลจากการนำไปปฏิบัติภายในระยะเวลาอันสั้น ยึดติดกับเครื่องมือซึ่งทำให้ทรัพยากรลดลง การตัดเฉือนไททาเนียมด้วยการตัดสามารถทำได้โดยใช้ระบบทำความเย็นแบบเข้มข้นที่อัตราป้อนสูง ที่ความเร็วการตัดเฉือนต่ำ และระยะกินลึกที่มีนัยสำคัญ นอกจากนี้ยังเลือกเหล็กความเร็วสูงเป็นเครื่องมือในการแปรรูป
วัสดุมีลักษณะเฉพาะด้วยกิจกรรมทางเคมีสูง ซึ่งนำไปสู่การใช้ก๊าซเฉื่อยเมื่อหลอม หล่อไททาเนียม หรือการเชื่อมอาร์ก
ระหว่างการใช้งาน ผลิตภัณฑ์ไททาเนียมต้องได้รับการปกป้องจากการดูดซับก๊าซที่อาจเกิดขึ้นได้ในกรณีที่อุณหภูมิในการทำงานสูงขึ้น
โลหะผสมไททาเนียม
โครงสร้างที่ใช้ไททาเนียมด้วยการเพิ่มองค์ประกอบการผสมเช่น:
โครงสร้างที่ได้จากการเสียรูปของโลหะผสมของกลุ่มไททาเนียมนั้นใช้สำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการแปรรูปทางกล
ด้วยความแข็งแกร่งพวกเขาแยกแยะ:
- วัสดุที่มีความแข็งแรงสูงซึ่งมีความแข็งแรงมากกว่า 1,000MPa
- โครงสร้างที่มีความแข็งแรงปานกลางในช่วงค่า 500 ถึง 1,000 MPa
- วัสดุแรงต่ำ มีความแข็งแรงต่ำกว่า 500MPa
ตามพื้นที่ใช้งาน:
- โครงสร้างที่มีความต้านทานการกัดกร่อน
- วัสดุก่อสร้าง
- โครงสร้างทนความร้อน
- โครงสร้างที่มีความต้านทานความหนาวเย็นสูง
ประเภทของโลหะผสม
ตามองค์ประกอบการผสมที่รวมอยู่ในองค์ประกอบนั้นโลหะผสมหกประเภทหลักมีความโดดเด่น
โลหะผสมประเภท α-alloys
โลหะผสมประเภท α-alloysขึ้นอยู่กับไททาเนียมที่มีการประยุกต์ใช้สำหรับอัลลอยด์ อลูมิเนียม ดีบุก เซอร์โคเนียม ออกซิเจนลักษณะ เชื่อมได้ดี ลดจุดเยือกแข็งของไททาเนียมและเพิ่มความลื่นไหล. คุณสมบัติเหล่านี้อนุญาตให้ใช้สิ่งที่เรียกว่า α-alloys เพื่อให้ได้ชิ้นงานที่มีรูปร่างหรือเมื่อหล่อชิ้นส่วน. ผลิตภัณฑ์ที่เป็นผลจากประเภทนี้มีความคงตัวทางความร้อนสูง ซึ่งช่วยให้สามารถใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่สำคัญ ทำงานในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูงถึง 400 องศาเซลเซียส.
ด้วยองค์ประกอบอัลลอยด์ที่น้อยที่สุด สารประกอบนี้จึงเรียกว่าไททาเนียมทางเทคนิค มีความคงตัวทางความร้อนที่ดีและมีลักษณะการเชื่อมที่ดีเยี่ยมเมื่อทำงานเชื่อมกับเครื่องจักรต่างๆ วัสดุมีลักษณะที่น่าพอใจสำหรับความเป็นไปได้ของการตัด ไม่แนะนำให้เพิ่มความแข็งแรงของโลหะผสมประเภทนี้โดยใช้การอบชุบด้วยความร้อน วัสดุประเภทนี้จะใช้หลังจากการหลอม โลหะผสมที่มีเซอร์โคเนียมมีต้นทุนสูงสุดและสามารถผลิตได้สูง
รูปแบบของการส่งมอบโลหะผสมจะแสดงในรูปแบบของลวด, ท่อ, เหล็กเส้น, การตีขึ้นรูป วัสดุที่ใช้มากที่สุดของคลาสนี้คือโลหะผสม VT5-1โดดเด่นด้วยความแข็งแรงปานกลาง ทนความร้อนได้สูงถึง 450 ° C และประสิทธิภาพการทำงานที่ยอดเยี่ยมเมื่อทำงานที่อุณหภูมิต่ำและต่ำมาก โลหะผสมนี้ไม่ได้รับการฝึกฝนให้เสริมความแข็งแรงด้วยวิธีการทางความร้อน อย่างไรก็ตาม การใช้งานที่อุณหภูมิต่ำต้องใช้วัสดุอัลลอยด์ในปริมาณขั้นต่ำ
โลหะผสมประเภท β-โลหะผสม
โลหะผสมประเภทβที่ได้จากการผสมไททาเนียม วาเนเดียม, โมลิบดีนัม, นิกเกิล,ในกรณีนี้ โครงสร้างที่ได้จะมีลักษณะเฉพาะ เพิ่มความแรงในช่วงตั้งแต่อุณหภูมิห้องจนถึงอุณหภูมิติดลบเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสม α เมื่อใช้พวกมัน ความต้านทานความร้อนของวัสดุจะเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ความเสถียรของอุณหภูมิ การลดการใช้พลาสติกลักษณะของโลหะผสมของกลุ่มนี้
เพื่อให้ได้คุณสมบัติที่มั่นคง โลหะผสมของกลุ่มนี้จะต้อง เจือด้วยปริมาณมากองค์ประกอบที่ระบุ จากต้นทุนที่สูงของวัสดุเหล่านี้ โครงสร้างของกลุ่มนี้ยังไม่ได้รับการจำหน่ายทางอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง โลหะผสมของกลุ่มนี้มีลักษณะความต้านทานต่อการคืบคลานความเป็นไปได้ในการเพิ่มความแข็งแรง วิธีทางที่แตกต่างความเป็นไปได้ของการประมวลผลทางกล อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอุณหภูมิในการทำงานสูงขึ้นถึง 300 องศาเซลเซียสโลหะผสมของกลุ่มนี้ได้มา ความเปราะบาง.
หลอก α-alloys
หลอก α-alloys, ซึ่งส่วนใหญ่เป็นส่วนผสมของ ส่วนประกอบ α-phase ที่มีองค์ประกอบเพิ่มขึ้นถึง 5% ของกลุ่ม β. การปรากฏตัวของเฟส β ในโลหะผสมช่วยเพิ่มข้อดีขององค์ประกอบการผสมของกลุ่ม α คุณสมบัติของความเป็นพลาสติก การเพิ่มความต้านทานความร้อนของโลหะผสมกลุ่มนี้ทำได้โดยใช้อะลูมิเนียม ซิลิกอน และเซอร์โคเนียมองค์ประกอบสุดท้ายในรายการมีผลดีต่อการละลายของเฟส β ในโครงสร้างโลหะผสม อย่างไรก็ตามโลหะผสมเหล่านี้ก็มี ข้อจำกัดในหมู่ที่ดี การดูดซับไฮโดรเจนโดยไททาเนียมและการก่อตัวของไฮไดรด์ โดยมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดการแตกตัวของไฮโดรเจน ไฮโดรเจนถูกตรึงในสารประกอบในรูปของไฮไดรด์ซึ่งช่วยลดความหนืดและลักษณะเฉพาะของพลาสติกของโลหะผสมและมีส่วนทำให้ความเปราะบางของข้อต่อเพิ่มขึ้น หนึ่งในวัสดุที่พบมากที่สุดในกลุ่มนี้คือ ไททาเนียมอัลลอย ยี่ห้อ VT18ซึ่งทนความร้อนได้ถึง 600 องศาเซลเซียส มีลักษณะเป็นพลาสติกที่ดี คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้สามารถใช้วัสดุสำหรับ การผลิตชิ้นส่วนคอมเพรสเซอร์ในอุตสาหกรรมอากาศยาน. การอบชุบด้วยความร้อนของวัสดุรวมถึงการหลอมที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียสด้วยการระบายความร้อนด้วยอากาศเพิ่มเติมหรือการอบอ่อนสองเท่า ซึ่งช่วยให้ต้านทานการฉีกขาดเพิ่มขึ้น 15%
หลอกβ-โลหะผสม
หลอกβ-โลหะผสมมีลักษณะเฉพาะด้วยการมีอยู่หลังจากการดับหรือการทำให้เป็นมาตรฐานโดยมีเพียงเฟสβ ในสภาวะหลอมเหลว โครงสร้างของโลหะผสมเหล่านี้ แสดงโดยเฟส α ที่มีส่วนประกอบการผสมจำนวนมากของกลุ่ม β. โลหะผสมเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะ ดัชนีความแข็งแรงจำเพาะสูงสุดในบรรดาสารประกอบไททาเนียมมีความเสถียรทางความร้อนต่ำ นอกจากนี้ โลหะผสมของกลุ่มนี้ยังมีความเปราะบางเล็กน้อยเมื่อสัมผัสกับไฮโดรเจน แต่มีความไวสูงต่อเนื้อหาของคาร์บอนและออกซิเจน ซึ่งส่งผลต่อการลดคุณสมบัติความเหนียวและเหนียวของโลหะผสม โลหะผสมเหล่านี้มีลักษณะการเชื่อมที่ไม่ดี มีลักษณะทางกลที่หลากหลายเนื่องจากองค์ประกอบต่างกันและ เสถียรภาพต่ำที่ทำงาน ที่อุณหภูมิสูง. รูปแบบของการปล่อยโลหะผสมจะแสดงด้วยแผ่น การตีขึ้นรูป แท่ง และแถบโลหะ โดยแนะนำให้ใช้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิไม่เกิน 350 องศาเซลเซียส ตัวอย่างของโลหะผสมดังกล่าวคือ BT 35ซึ่งมีลักษณะเด่นคือการบำบัดด้วยแรงดันเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิ หลังจากการชุบแข็ง วัสดุมีลักษณะเป็นพลาสติกสูงและมีความสามารถในการเปลี่ยนรูปในสภาวะเย็น การดำเนินการตามอายุของโลหะผสมนี้ทำให้เกิดการชุบแข็งหลายครั้งเมื่อมีความหนืดสูง
โลหะผสมประเภท α+β
โลหะผสมประเภท α+βด้วยการรวมที่เป็นไปได้ของสารประกอบระหว่างโลหะจะมีลักษณะเปราะน้อยลงเมื่อสัมผัสกับไฮไดรต์เมื่อเทียบกับโลหะผสมของกลุ่ม 1 และ 3 นอกจากนี้ ยังมีลักษณะเฉพาะด้วยความสามารถในการผลิตที่มากขึ้นและความสะดวกในการแปรรูปโดยใช้วิธีการต่างๆ เมื่อเทียบกับโลหะผสมในกลุ่ม α เมื่อทำการเชื่อมโดยใช้วัสดุประเภทนี้ จำเป็นต้องมีการหลอมหลังจากการดำเนินการเสร็จสิ้นเพื่อเพิ่มความเหนียวของรอยเชื่อม วัสดุของกลุ่มนี้ทำในลักษณะของแถบ แผ่นโลหะ การตีขึ้นรูป การปั๊มและแท่ง วัสดุที่พบมากที่สุดในกลุ่มนี้คือ โลหะผสม VT6มีลักษณะการเสียรูปที่ดีในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน ลดความน่าจะเป็นที่จะเกิดการแตกตัวของไฮโดรเจน จากวัสดุนี้ ผลิตชิ้นส่วนลูกปืนอากาศยานและผลิตภัณฑ์ทนความร้อนสำหรับคอมเพรสเซอร์เครื่องยนต์ในการบิน มีการใช้โลหะผสม VT6 ที่ผ่านการอบอ่อนหรือชุบแข็งด้วยความร้อน ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนของโปรไฟล์ผนังบางหรือช่องว่างของแผ่นจะถูกอบที่อุณหภูมิ 800 ° C จากนั้นทำให้เย็นลงในอากาศหรือทิ้งไว้ในเตาเผา
ไททาเนียมอัลลอยด์ขึ้นอยู่กับสารประกอบระหว่างโลหะ
Intermetallics เป็นโลหะผสมของโลหะสองชนิด หนึ่งในนั้นคือไทเทเนียม
ใบเสร็จรับเงินของผลิตภัณฑ์
โครงสร้างที่ได้จากการหล่อ ดำเนินการในแม่พิมพ์โลหะพิเศษภายใต้เงื่อนไขการเข้าถึงก๊าซที่จำกัด โดยคำนึงถึงกิจกรรมสูงของโลหะผสมไททาเนียมที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น โลหะผสมที่ได้จากการหล่อมีคุณสมบัติต่ำกว่าโลหะผสมที่ได้จากการเสียรูป การอบชุบด้วยความร้อนเพื่อเพิ่มความแข็งแรงไม่ได้ดำเนินการกับโลหะผสมประเภทนี้ เนื่องจากมีผลอย่างมากต่อความเป็นพลาสติกของโครงสร้างเหล่านี้
ไททาเนียม (ไททาเนียม) Ti เป็นองค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม IV ของระบบธาตุของ D.I. Mendeleev ลำดับที่ 22, น้ำหนักอะตอม 47.90. ประกอบด้วย 5 ไอโซโทปที่เสถียร นอกจากนี้ยังได้รับไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเทียมอีกด้วย
ในปี ค.ศ. 1791 นักเคมีชาวอังกฤษ ดับเบิลยู เกรเกอร์ ได้พบ "โลก" ใหม่บนผืนทรายจากเมืองเมนากัน (อังกฤษ คอร์นวอลล์) ซึ่งเขาเรียกว่ามีนากัน ในปี ค.ศ. 1795 นักเคมีชาวเยอรมัน M. Klairot ได้ค้นพบดินที่ยังไม่รู้จักในรูไทล์แร่ ซึ่งเป็นโลหะที่เขาเรียกว่าไททัน [ในภาษากรีก ตำนานไททันเป็นลูกของดาวยูเรนัส (สวรรค์) และไกอา (โลก)] ในปี ค.ศ. 1797 Klaproth ได้พิสูจน์เอกลักษณ์ของดินแดนนี้โดยที่ W. Gregor ค้นพบ ไททาเนียมบริสุทธิ์ถูกแยกออกในปี 1910 โดยฮันเตอร์นักเคมีชาวอเมริกัน โดยการลดไททาเนียมเตตระคลอไรด์ด้วยโซเดียมในระเบิดเหล็ก
อยู่ในธรรมชาติ
ไททาเนียมเป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดชนิดหนึ่งในธรรมชาติ โดยมีเนื้อหาในเปลือกโลกอยู่ที่ 0.6% (น้ำหนัก) ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในรูปของ TiO 2 ไดออกไซด์หรือสารประกอบ - ไททาเนต รู้จักแร่ธาตุมากกว่า 60 ชนิด ซึ่งรวมถึงไททาเนียม นอกจากนี้ยังพบได้ในดิน ในสิ่งมีชีวิตของสัตว์และพืช อิลเมไนต์ FeTiO 3 และ rutile TiO 2 ทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตไททาเนียม ในฐานะที่เป็นแหล่งของไทเทเนียม ตะกรันจากการหลอมจึงมีความสำคัญ แม่เหล็กไททาเนียมและอิลเมไนต์
คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
ไทเทเนียมมีอยู่สองสถานะ: อสัณฐาน - ผงสีเทาเข้ม ความหนาแน่น 3.392-3.395 g / cm 3 และผลึก ความหนาแน่น 4.5 g / cm 3 สำหรับผลึกไททาเนียม รู้จักการดัดแปลงสองครั้งด้วยจุดเปลี่ยนผ่านที่ 885° (ต่ำกว่า 885° รูปแบบหกเหลี่ยมที่เสถียร สูงกว่า - ลูกบาศก์) t° pl ประมาณ 1680°; t° kip เหนือ 30000° ไททาเนียมดูดซับก๊าซอย่างแข็งขัน (ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน) ซึ่งทำให้เปราะมาก โลหะทางเทคนิคยืมตัวไปบำบัดด้วยแรงดันร้อน โลหะบริสุทธิ์อย่างสมบูรณ์แบบสามารถรีดเย็นได้ ในอากาศที่อุณหภูมิปกติ ไททาเนียมจะไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อถูกความร้อน จะเกิดส่วนผสมของออกไซด์ Ti 2 O 3 และไนไตรด์ TiN ในกระแสออกซิเจนที่ความร้อนสีแดง จะถูกออกซิไดซ์เป็นไดออกไซด์ TiO 2 ทำปฏิกิริยากับคาร์บอน ซิลิกอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน ฯลฯ ที่อุณหภูมิสูง ทนต่อน้ำทะเล กรดไนตริก คลอรีนเปียก กรดอินทรีย์ และด่างอย่างแรง ละลายในกรดซัลฟิวริก ไฮโดรคลอริก และไฮโดรฟลูออริก ดีที่สุดคือส่วนผสมของ HF และ HNO 3 การเติมสารออกซิไดซ์ลงในกรดจะช่วยป้องกันโลหะจากการกัดกร่อนที่อุณหภูมิห้อง ไททาเนียมเฮไลด์เตตระวาเลนต์ ยกเว้น TiCl 4 - ตัวผลึก หลอมได้และระเหยได้ในสารละลายที่เป็นน้ำ ไฮโดรไลซ์ มีแนวโน้มที่จะเกิดสารประกอบที่ซับซ้อน ซึ่งโพแทสเซียมฟลูออโรติเนต K 2 TiF 6 มีความสำคัญในด้านเทคโนโลยีและการวิเคราะห์ สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือ TiC คาร์ไบด์และ TiN ไนไตรด์ - สารคล้ายโลหะซึ่งมีความแข็งสูง (ไทเทเนียมคาร์ไบด์แข็งกว่าคาร์บอรันดัม) การหักเหของแสง (TiC, t ° pl = 3140 °; TiN, t ° pl = 3200 °) และการนำไฟฟ้าได้ดี
องค์ประกอบทางเคมีหมายเลข 22 ไทเทเนียม.
สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของไททาเนียมคือ: 1s 2 |2s 2 2p 6 |3s 2 3p 6 3d 2 |4s 2
หมายเลขซีเรียลของไทเทเนียมในระบบธาตุเคมี D.I. Mendeleev - 22. หมายเลของค์ประกอบแสดงถึงประจุของหลาดังนั้นไททาเนียมมีประจุนิวเคลียร์ที่ +22 มวลของนิวเคลียสคือ 47.87 ไททาเนียมอยู่ในช่วงที่สี่ในกลุ่มย่อยรอง หมายเลขคาบหมายถึงจำนวนชั้นอิเล็กตรอน หมายเลขกลุ่มระบุจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอน กลุ่มย่อยด้านข้างระบุว่าไททาเนียมเป็นขององค์ประกอบ d
ไททาเนียมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 2 ตัวใน s-orbital ของชั้นนอกและมีอิเล็กตรอน 2 ตัวใน d-orbital ของชั้น pre-outer
ตัวเลขควอนตัมสำหรับเวเลนซ์อิเล็กตรอนแต่ละตัว:
4s4sด้วยฮาโลเจนและไฮโดรเจน Ti(IV) จะสร้างสารประกอบประเภท TiX 4 โดยมีประเภทไฮบริไดเซชัน sp 3 → q 4
ไททาเนียมเป็นโลหะ เป็นองค์ประกอบแรกของกลุ่มดี เสถียรและธรรมดาที่สุดคือ Ti +4 นอกจากนี้ยังมีสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันต่ำกว่า -Ti 0, Ti -1, Ti +2, Ti +3 แต่สารประกอบเหล่านี้สามารถออกซิไดซ์ได้ง่ายโดยอากาศ น้ำ หรือรีเอเจนต์อื่นๆ ถึง Ti +4 การแยกอิเล็กตรอนสี่ตัวต้องใช้พลังงานเป็นจำนวนมาก ดังนั้น ไอออน Ti +4 จึงไม่มีอยู่จริง และสารประกอบ Ti(IV) มักจะมีพันธะโควาเลนต์อยู่ด้วย Ti(IV) มีความคล้ายคลึงกับองค์ประกอบบางอย่าง -Si, Ge, Sn และ Pb โดยเฉพาะกับ Sn.
ที่สำคัญที่สุดสำหรับ เศรษฐกิจของประเทศมีและยังคงมีโลหะผสมและโลหะที่รวมเอาความเบาและความแข็งแรงเข้าไว้ด้วยกัน ไททาเนียมเป็นของวัสดุประเภทนี้และนอกจากนี้ยังมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม
ไททาเนียมเป็นโลหะทรานซิชันของกลุ่มที่ 4 ของยุคที่ 4 มีน้ำหนักโมเลกุลเพียง 22 ซึ่งแสดงถึงความเบาของวัสดุ ในเวลาเดียวกัน สารมีความโดดเด่นด้วยความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ: ในบรรดาวัสดุโครงสร้างทั้งหมด มันคือไททาเนียมที่มีความแข็งแรงจำเพาะสูงสุด สีเป็นสีขาวเงิน
ไททาเนียมคืออะไรวิดีโอด้านล่างจะบอก:
แนวคิดและคุณสมบัติ
ไทเทเนียมเป็นเรื่องปกติธรรมดา - เกิดขึ้นที่ 10 ในแง่ของเนื้อหาในเปลือกโลก อย่างไรก็ตาม เฉพาะในปี พ.ศ. 2418 เท่านั้นที่แยกโลหะบริสุทธิ์อย่างแท้จริง ก่อนหน้านี้ สารได้มาจากสิ่งเจือปน หรือสารประกอบของมันถูกเรียกว่าเมทัลลิกไททาเนียม ความสับสนนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าสารประกอบโลหะถูกใช้เร็วกว่าตัวโลหะเอง
นี่เป็นเพราะความไม่ชอบมาพากลของวัสดุ: สิ่งเจือปนที่ไม่มีนัยสำคัญที่สุดส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติของสาร บางครั้งก็ลิดรอนคุณสมบัติโดยธรรมชาติของมันไปโดยสิ้นเชิง
ดังนั้นส่วนที่เล็กที่สุดของโลหะอื่น ๆ ทำให้ไททาเนียมทนความร้อนได้ ซึ่งเป็นหนึ่งในคุณสมบัติอันมีค่าของมัน และการเติมอโลหะเล็กน้อยจะทำให้วัสดุที่ทนทานกลายเป็นวัสดุที่เปราะบางและไม่เหมาะสำหรับการใช้งาน
คุณสมบัตินี้แบ่งโลหะผลลัพธ์ออกเป็น 2 กลุ่มทันที: ทางเทคนิคและบริสุทธิ์
- อันดับแรกใช้ในกรณีที่ต้องการความทนทานต่อความแข็งแรง ความเบา และการกัดกร่อนมากที่สุด เนื่องจากไททาเนียมไม่เคยสูญเสียคุณภาพสุดท้ายไป
- วัสดุที่มีความบริสุทธิ์สูงใช้ในกรณีที่จำเป็นต้องใช้วัสดุที่ใช้งานได้ดีมาก บรรทุกหนักและอุณหภูมิสูง แต่ในขณะเดียวกันก็โดดเด่นด้วยความสว่าง แน่นอนว่านี่คือวิทยาศาสตร์อากาศยานและจรวด
ลักษณะพิเศษที่สองของสสารคือแอนไอโซโทรปี คุณสมบัติทางกายภาพบางอย่างเปลี่ยนแปลงไปตามการใช้แรง ซึ่งต้องนำมาพิจารณาเมื่อนำไปใช้
ภายใต้สภาวะปกติ โลหะจะเฉื่อย ไม่เป็นสนิมในน้ำทะเลหรือในทะเลหรืออากาศในเมือง นอกจากนี้ยังเป็นสารเฉื่อยทางชีวภาพมากที่สุด เนื่องจากมีการใช้ไทเทเนียมเทียมและรากฟันเทียมกันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์
ในเวลาเดียวกัน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น มันเริ่มทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ไนโตรเจน และแม้กระทั่งไฮโดรเจน และดูดซับก๊าซในรูปของเหลว คุณลักษณะที่ไม่พึงประสงค์นี้ทำให้ทั้งการได้มาซึ่งตัวโลหะเองและการผลิตโลหะผสมจากโลหะนั้นทำได้ยากมาก
หลังเป็นไปได้เฉพาะเมื่อใช้อุปกรณ์สูญญากาศ กระบวนการผลิตที่ซับซ้อนที่สุดได้เปลี่ยนองค์ประกอบที่ค่อนข้างธรรมดาให้กลายเป็นของที่มีราคาแพงมาก
การยึดติดกับโลหะอื่นๆ
ไททาเนียมอยู่ในตำแหน่งตรงกลางระหว่างวัสดุโครงสร้างที่รู้จักกันดีอีก 2 ชนิด ได้แก่ อะลูมิเนียมและเหล็ก หรือค่อนข้างจะเป็นโลหะผสมของเหล็ก ในหลาย ๆ ด้านโลหะนั้นเหนือกว่า "คู่แข่ง":
- ความแข็งแรงเชิงกลของไททาเนียมสูงกว่าเหล็ก 2 เท่า และสูงกว่าอะลูมิเนียม 6 เท่า ในกรณีนี้ความแรงจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่ลดลง
- ความต้านทานการกัดกร่อนนั้นสูงกว่าเหล็กและอลูมิเนียมมาก
- ที่ อุณหภูมิปกติไทเทเนียมเฉื่อย แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 250 องศาเซลเซียส ก็จะเริ่มดูดซับไฮโดรเจนซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติ ในแง่ของกิจกรรมทางเคมี มันด้อยกว่าแมกนีเซียม แต่อนิจจา มันเหนือกว่าเหล็กและอลูมิเนียม
- โลหะนำไฟฟ้าได้อ่อนกว่ามาก: ความต้านทานไฟฟ้าสูงกว่าเหล็ก 5 เท่า, สูงกว่าอลูมิเนียม 20 เท่า, และสูงกว่าแมกนีเซียม 10 เท่า
- ค่าการนำความร้อนยังต่ำกว่าเหล็ก 1 มาก 3 เท่า และน้อยกว่าอะลูมิเนียม 12 เท่า อย่างไรก็ตาม คุณสมบัตินี้ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำมาก
ข้อดีและข้อเสีย
อันที่จริง ไททาเนียมมีข้อเสียมากมาย แต่การผสมผสานของความแข็งแกร่งและความเบาเป็นที่ต้องการอย่างมากจนทั้งวิธีการผลิตที่ซับซ้อนและความจำเป็นในการหยุดผู้บริโภคโลหะที่มีความบริสุทธิ์เป็นพิเศษ
ข้อดีที่ไม่ต้องสงสัยของสาร ได้แก่ :
- ความหนาแน่นต่ำซึ่งหมายถึงน้ำหนักน้อยมาก
- ความแข็งแรงทางกลที่โดดเด่นของทั้งโลหะไททาเนียมและโลหะผสม ด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ไททาเนียมอัลลอยด์มีประสิทธิภาพเหนือกว่าอะลูมิเนียมและแมกนีเซียมอัลลอยด์ทั้งหมด
- อัตราส่วนของความแข็งแรงและความหนาแน่น - ความแข็งแรงเฉพาะถึง 30–35 ซึ่งสูงกว่าเหล็กโครงสร้างที่ดีที่สุดเกือบ 2 เท่า
- ในอากาศ ไททาเนียมเคลือบด้วยออกไซด์บางๆ ซึ่งให้ความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม
โลหะยังมีข้อเสีย:
- ความต้านทานการกัดกร่อนและความเฉื่อยใช้ได้กับผลิตภัณฑ์พื้นผิวที่ไม่ใช้งานเท่านั้น ฝุ่นหรือขี้เลื่อยไททาเนียม เช่น ติดไฟและเผาไหม้ได้เองตามธรรมชาติที่อุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียส
- วิธีการที่ซับซ้อนมากในการรับโลหะไททาเนียมทำให้มีค่าใช้จ่ายสูงมาก วัสดุมีราคาแพงกว่าเหล็กมากหรือ
- ความสามารถในการดูดซับก๊าซในบรรยากาศด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนั้นต้องใช้อุปกรณ์สูญญากาศในการหลอมและรับโลหะผสมซึ่งเพิ่มต้นทุนอย่างมาก
- ไททาเนียมมีคุณสมบัติต้านการเสียดสีต่ำ - ไม่สามารถใช้กับแรงเสียดทานได้
- โลหะและโลหะผสมมีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนของไฮโดรเจน ซึ่งยากต่อการป้องกัน
- ไททาเนียมเป็นเครื่องจักรที่ยาก การเชื่อมยังทำได้ยากเนื่องจากการเปลี่ยนเฟสในระหว่างการให้ความร้อน
แผ่นไทเทเนียม (ภาพถ่าย)
คุณสมบัติและลักษณะ
ขึ้นอยู่กับความสะอาดเป็นอย่างยิ่ง ข้อมูลอ้างอิงอธิบาย แน่นอน โลหะบริสุทธิ์ แต่ลักษณะของไทเทเนียมทางเทคนิคอาจแตกต่างกันไปอย่างเห็นได้ชัด
- ความหนาแน่นของโลหะจะลดลงเมื่อถูกความร้อนจาก 4.41 เป็น 4.25 g/cm3 การเปลี่ยนเฟสจะเปลี่ยนความหนาแน่นเพียง 0.15%
- จุดหลอมเหลวของโลหะคือ 1668 C จุดเดือดคือ 3227 C ไททาเนียมเป็นสารทนไฟ
- โดยเฉลี่ยแล้ว ค่าความต้านทานแรงดึงอยู่ที่ 300–450 MPa แต่ตัวเลขนี้สามารถเพิ่มขึ้นเป็น 2,000 MPa ได้โดยการใช้วิธีชุบแข็งและอายุมากขึ้น ตลอดจนการแนะนำองค์ประกอบเพิ่มเติม
- ในระดับ HB ความแข็งคือ 103 และนี่ไม่ใช่ขีดจำกัด
- ความจุความร้อนของไทเทเนียมต่ำ - 0.523 kJ/(kg K)
- ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะ - 42.1 10 -6 โอห์ม ซม.
- ไททาเนียมเป็นพาราแมกเนติก เมื่ออุณหภูมิลดลง ความไวต่อแม่เหล็กจะลดลง
- โลหะโดยรวมมีลักษณะเฉพาะด้วยความเหนียวและความอ่อนตัว อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติเหล่านี้ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากออกซิเจนและไนโตรเจนในโลหะผสม องค์ประกอบทั้งสองทำให้วัสดุเปราะ
สารนี้มีความทนทานต่อกรดหลายชนิด รวมทั้งไนตริก ซัลฟิวริกในระดับความเข้มข้นต่ำ และกรดอินทรีย์เกือบทั้งหมด ยกเว้นฟอร์มิก คุณภาพนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าไททาเนียมเป็นที่ต้องการในอุตสาหกรรมเคมี ปิโตรเคมี กระดาษ และอื่นๆ
โครงสร้างและองค์ประกอบ
ไททาเนียม - แม้ว่าโลหะทรานซิชันและความต้านทานไฟฟ้าต่ำ แต่ก็เป็นโลหะและนำกระแสไฟฟ้าซึ่งหมายถึงโครงสร้างที่ได้รับคำสั่ง เมื่อถูกความร้อนถึงอุณหภูมิที่กำหนด โครงสร้างจะเปลี่ยนไป:
- สูงถึง 883 C เฟสαมีความเสถียรด้วยความหนาแน่น 4.55 g / cu ดู มันโดดเด่นด้วยตาข่ายหกเหลี่ยมหนาแน่น ออกซิเจนจะละลายในระยะนี้ด้วยการก่อตัวของสารละลายคั่นระหว่างหน้าและทำให้การปรับเปลี่ยนα เสถียร - ดันขีดจำกัดอุณหภูมิ
- ที่อุณหภูมิสูงกว่า 883 องศาเซลเซียส เฟส β ที่มีลูกบาศก์ตาข่ายอยู่ตรงกลางลำตัวจะมีความเสถียร ความหนาแน่นค่อนข้างน้อย - 4.22 g / cu ดู ไฮโดรเจนทำให้โครงสร้างนี้เสถียร - เมื่อละลายในไททาเนียมจะเกิดสารละลายคั่นระหว่างหน้าและไฮไดรด์
คุณลักษณะนี้ทำให้งานของนักโลหะวิทยาทำได้ยากมาก ความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อไททาเนียมถูกทำให้เย็นลง และไฮโดรเจนไฮไดรด์ซึ่งเป็นเฟส γ จะตกตะกอนในโลหะผสม
มันทำให้เกิดรอยร้าวที่เย็นระหว่างการเชื่อม ดังนั้นผู้ผลิตจึงต้องทำงานหนักเป็นพิเศษหลังจากหลอมโลหะเพื่อทำความสะอาดไฮโดรเจน
เราจะอธิบายเกี่ยวกับตำแหน่งที่คุณสามารถหาและวิธีทำไทเทเนียมได้ที่ด้านล่าง
วิดีโอนี้จัดทำขึ้นเพื่ออธิบายไทเทเนียมในฐานะโลหะ:
การผลิตและการขุด
ไททาเนียมเป็นเรื่องธรรมดามาก ดังนั้นในแร่ที่มีโลหะและค่อนข้างมาก ปริมาณมาก,ไม่มีปัญหา. วัตถุดิบคือ rutile, anatase และ brookite - ไททาเนียมไดออกไซด์ในการดัดแปลงต่างๆ, ilmenite, pyrophanite - สารประกอบที่มีเหล็กและอื่น ๆ
แต่มันซับซ้อนและต้องใช้อุปกรณ์ราคาแพง วิธีการได้มานั้นแตกต่างกันบ้างเนื่องจากองค์ประกอบของแร่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นรูปแบบการรับโลหะจากแร่อิลเมไนต์มีลักษณะดังนี้:
- รับตะกรันไททาเนียม - หินถูกบรรจุลงในเตาอาร์คไฟฟ้าพร้อมกับสารรีดิวซ์ - แอนทราไซต์ถ่านและให้ความร้อนถึง 1650 องศาเซลเซียส ในเวลาเดียวกันเหล็กจะถูกแยกออกซึ่งใช้เพื่อให้ได้เหล็กหล่อและไททาเนียมไดออกไซด์ในตะกรัน ;
- ตะกรันถูกคลอรีนในเหมืองหรือคลอรีนเกลือ สาระสำคัญของกระบวนการคือการแปลงของแข็งไดออกไซด์เป็นก๊าซไททาเนียมเตตระคลอไรด์
- ในเตาเผาแบบต้านทานในขวดพิเศษ โลหะจะลดลงด้วยโซเดียมหรือแมกนีเซียมจากคลอไรด์ เป็นผลให้ได้มวลอย่างง่าย - ฟองน้ำไทเทเนียม เป็นไททาเนียมทางเทคนิคที่ค่อนข้างเหมาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์เคมีเช่น
- ถ้าจำเป็นต้องใช้โลหะที่บริสุทธิ์กว่า จะใช้การกลั่น - ในกรณีนี้ โลหะทำปฏิกิริยากับไอโอดีนเพื่อให้ได้ก๊าซไอโอไดด์ และอย่างหลัง ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ - 1300-1400 C และกระแสไฟฟ้า สลายตัว ปล่อย ไทเทเนียมบริสุทธิ์ ไฟฟ้าถูกป้อนผ่านลวดไททาเนียมที่ยืดออกในการโต้กลับซึ่งมีสารบริสุทธิ์สะสมอยู่
เพื่อให้ได้แท่งไทเทเนียม ฟองน้ำไทเทเนียมจะถูกหลอมลงในเตาสุญญากาศเพื่อป้องกันไม่ให้ไฮโดรเจนและไนโตรเจนละลาย
ราคาของไททาเนียมต่อ 1 กก. นั้นสูงมาก: ขึ้นอยู่กับระดับของความบริสุทธิ์ โลหะมีราคาตั้งแต่ 25 ถึง 40 ดอลลาร์ต่อ 1 กก.ในทางกลับกัน กรณีของอุปกรณ์สแตนเลสที่ทนกรดจะมีราคา 150 รูเบิล และจะอยู่ได้ไม่เกิน 6 เดือน ไททาเนียมจะมีราคาประมาณ 600 r แต่ใช้งานได้ 10 ปี มีโรงงานผลิตไทเทเนียมหลายแห่งในรัสเซีย
พื้นที่ใช้งาน
อิทธิพลของระดับการทำให้บริสุทธิ์ต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลบังคับให้เราพิจารณาจากมุมมองนี้ ดังนั้น ทางเทคนิค ซึ่งไม่ใช่โลหะบริสุทธิ์ที่สุด มีความต้านทานการกัดกร่อน ความเบา และความแข็งแรงที่ดีเยี่ยม ซึ่งกำหนดการใช้งาน:
- อุตสาหกรรมเคมี– เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ท่อ ปลอก ชิ้นส่วนปั๊ม ฟิตติ้ง และอื่นๆ วัสดุนี้ขาดไม่ได้ในบริเวณที่ต้องการความทนทานต่อกรดและความแข็งแรง
- อุตสาหกรรมการขนส่ง- สารที่ใช้ทำยานพาหนะจากรถไฟไปยังจักรยาน ในกรณีแรก โลหะให้มวลสารที่มีขนาดเล็กลง ซึ่งทำให้การยึดเกาะมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในระยะหลังจะให้ความเบาและความแข็งแรง ถือว่าเฟรมจักรยานไททาเนียมดีที่สุดนั้นไม่ไร้ประโยชน์
- กองทัพเรือ- ไททาเนียมใช้ทำเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ท่อไอเสียสำหรับเรือดำน้ำ วาล์ว ใบพัด และอื่นๆ
- ใน การก่อสร้างใช้กันอย่างแพร่หลาย - ไททาเนียม - วัสดุที่ยอดเยี่ยมสำหรับการตกแต่งอาคารและหลังคา นอกจากความแข็งแกร่งแล้ว อัลลอยยังให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งสำหรับสถาปัตยกรรม - ความสามารถในการให้ผลิตภัณฑ์มีรูปแบบที่แปลกประหลาดที่สุด ความสามารถในการขึ้นรูปโลหะผสมนั้นไม่จำกัด
โลหะบริสุทธิ์ยังทนทานต่ออุณหภูมิสูงและคงความแข็งแรงไว้ได้มาก แอปพลิเคชันชัดเจน:
- อุตสาหกรรมจรวดและอากาศยาน - ปลอกหุ้มทำจากมัน ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ รัด ชิ้นส่วนแชสซีและอื่น ๆ
- ยา - ความเฉื่อยทางชีวภาพและความเบาทำให้ไททาเนียมเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มมากขึ้นสำหรับการทำเทียมจนถึงลิ้นหัวใจ
- เทคโนโลยีการแช่แข็ง - ไททาเนียมเป็นหนึ่งในสารไม่กี่ชนิดที่เมื่ออุณหภูมิลดลงจะแข็งแกร่งขึ้นและไม่สูญเสียความเป็นพลาสติก
ไททาเนียมเป็นวัสดุโครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูงด้วยความเบาและความเหนียวดังกล่าว คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์เหล่านี้ทำให้เขามีบทบาทสำคัญมากขึ้นในระบบเศรษฐกิจของประเทศ
วิดีโอด้านล่างจะบอกคุณว่าจะหามีดไทเทเนียมได้ที่ไหน: