En sert metallerden birinin fiziksel özellikleri ve özellikleri - titanyum. Titanyum metaldir. titanyumun özellikleri. Titanyum uygulaması. Titanyumun sınıfları ve kimyasal bileşimi
1metal.com Metalurji pazarı 1metal.com Metal ticaret platformu 1metal.com'da Titanyum ve Ukraynalı şirketlerin alaşımları hakkında kısa bilgi 4.6 yıldız, 95'e göre
titanyum ve alaşımlarıTitanyum Yaklaşık %6 içerdiği yer kabuğunda yaygın olarak bulunur ve yaygınlık açısından alüminyum, demir ve magnezyumdan sonra dördüncü sırada yer alır. Bununla birlikte, çıkarılmasının endüstriyel yöntemi yalnızca yirminci yüzyılın 40'lı yıllarında geliştirildi. Uçak ve roket üretimi alanındaki ilerlemeler sayesinde titanyum ve alaşımlarının üretimi yoğun bir şekilde geliştirilmiştir. Bu, titanyumun düşük yoğunluklu, yüksek özgül mukavemet gibi değerli özelliklerinin bir kombinasyonundan kaynaklanmaktadır. (s/r × cinsinden g), korozyon direnci, basınç işleminde üretilebilirlik ve kaynaklanabilirlik, soğuğa dayanıklılık, manyetik olmama ve aşağıda listelenen bir dizi diğer değerli fiziksel ve mekanik özellikler.
Titanyumun fiziksel ve mekanik özelliklerinin özellikleri (VT1-00)
| Yoğunluk r, kg / m3 | 4,5 × 10 -3 |
| Erime sıcaklığı T lütfen , °C | 1668±4 |
| Doğrusal genişleme katsayısı a × 10 –6 , derece –1 | 8,9 |
| Termal iletkenlik l , W/(m × derece) | 16,76 |
| Çekme mukavemeti, MPa | 300–450 |
| Koşullu akma dayanımı s 0.2 , MPa | 250–380 |
| Özgül güç (s /r×g)× 10 –3 , km | 7–10 |
| Bağıl uzama d, % | 25–30 |
| Göreceli daralma Y , % | 50–60 |
| Normal elastikiyet modülü E' 10 –3 , MPa | 110,25 |
| Kayma modülü G 10 –3 , MPa | 41 |
| Poisson oranı m, | 0,32 |
| Sertlik HB | 103 |
| Darbe dayanımı KCU, J/cm2 | 120 |
Titanyumun iki polimorfik modifikasyonu vardır: periyotları olan altıgen sıkı paketlenmiş bir kafese sahip a-titanyum a= 0,296 nm, ile= 0.472 nm ve bir periyotlu kübik gövde merkezli kafes ile b-titanyumun yüksek sıcaklık modifikasyonu a\u003d 900 ° C'de 0.332 nm. Polimorfik a "b-dönüşümünün sıcaklığı 882 ° C'dir.
Titanyumun mekanik özellikleri, metaldeki safsızlıkların içeriğine önemli ölçüde bağlıdır. Oksijen, nitrojen, karbon, hidrojen ve demir ve silikonu içeren ikame safsızlıkları gibi interstisyel safsızlıklar vardır. Safsızlıklar mukavemeti artırsa da, aynı anda sünekliği keskin bir şekilde azaltırlar ve özellikle gazlar olmak üzere interstisyel safsızlıklar en güçlü olumsuz etkiye sahiptir. Sadece %0,003 H, %0,02 N veya %0,7 O'nun eklenmesiyle titanyum plastik deformasyon yeteneğini tamamen kaybeder ve kırılgan hale gelir.
Özellikle zararlı olan hidrojendir. hidrojen gevrekleşmesi titanyum alaşımları. Hidrojen, özellikle yarı mamul ürünlerin asitlenmesi sırasında, eritme ve sonraki işlemler sırasında metale girer. Hidrojen, a-titanyumda çok az çözünür ve darbe dayanımını azaltan ve özellikle gecikmeli kırılma testlerinde negatif olan katmanlı hidrit parçacıkları oluşturur.
Titanyum üretimi için endüstriyel bir yöntem, titanyum cevherinin zenginleştirilmesi ve klorlanması, ardından titanyum tetraklorürden metalik magnezyum ile geri kazanılmasından (magnezyum termal yöntemi) oluşur. Bu yöntemle elde edilen titanyum sünger(GOST 17746–79), kimyasal bileşime ve mekanik özelliklere bağlı olarak aşağıdaki kaliteler üretilir:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-TV (bkz. Tablo 17.1). Rakamlar Brinell sertliği HB, T B - sert anlamına gelir.
Monolitik titanyum elde etmek için sünger toz halinde öğütülür, preslenir ve sinterlenir veya vakum veya soy gaz atmosferinde ark fırınlarında yeniden eritilir.
Titanyumun mekanik özellikleri, sağlamlık ve sünekliğin iyi bir kombinasyonu ile karakterize edilir. Örneğin, ticari olarak saf titanyum sınıfı VT1-0 şunları içerir: s in = 375–540 MPa, s 0.2 = 295–410 MPa, d ³ %20 ve bu özellikler bir dizi karbon ve Cr-Ni korozyona dayanıklı çelikten daha düşük değildir.
Titanyumun hcp kafesli (Zn, Mg, Cd) diğer metallere kıyasla yüksek sünekliği, küçük oran nedeniyle çok sayıda kayma ve ikizleme sistemi ile açıklanmaktadır. ile/a= 1.587. Görünüşe göre, titanyum ve alaşımlarının soğuğa karşı yüksek direncinin nedeni budur (detaylar için bkz. Bölüm 13).
Sıcaklık 250 °C'ye yükseldiğinde titanyumun gücü neredeyse 2 kat azalır. Bununla birlikte, ısıya dayanıklı Ti alaşımları, 300–600 °C sıcaklık aralığında özgül mukavemet açısından eşit değildir; 600°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda titanyum alaşımları, demir ve nikel bazlı alaşımlardan daha düşüktür.
Titanyum, düşük bir normal elastikiyet modülüne sahiptir ( E= 110.25 GPa) - sert yapıların üretilmesini zorlaştıran demir ve nikelden neredeyse 2 kat daha az.
Titanyum reaktif metallerden biridir, ancak yüzeyinde ana metale sıkıca bağlı olan ve korozif bir ortamla doğrudan temasını engelleyen kararlı bir pasif TiO 2 filmi oluştuğundan yüksek korozyon direncine sahiptir. Bu filmin kalınlığı genellikle 5-6 nm'ye ulaşır.
Titanyum ve alaşımları oksit filmi sayesinde atmosferde, tatlı suda ve deniz suyunda korozyona uğramaz, kavitasyon korozyonuna ve stres korozyonuna ve ayrıca organik asitlere karşı dayanıklıdır.
Titanyum ve alaşımlarından ürün üretimi bir takım teknolojik özelliklere sahiptir. Erimiş titanyumun yüksek kimyasal aktivitesi nedeniyle, eritilmesi, dökümü ve ark kaynağı vakumda veya inert gaz atmosferinde gerçekleştirilir.
Teknolojik ve operasyonel ısıtma sırasında, özellikle 550–600 °C'nin üzerinde, titanyumu oksidasyondan ve gaz doygunluğundan (alfa tabakası) korumak için önlemler almak gerekir (bkz. Bölüm 3).
Titanyum, sıcak durumda basınçla iyi işlenir ve soğukta tatmin edici bir şekilde işlenir. Kolayca haddelenir, dövülür, damgalanır. Titanyum ve alaşımları, direnç ve argon ark kaynağı ile iyi bir şekilde kaynaklanır ve kaynaklı bağlantının yüksek mukavemetini ve sünekliğini sağlar. Titanyumun dezavantajı, yapışma, düşük ısı iletkenliği ve zayıf sürtünme önleme özellikleri nedeniyle zayıf işlenebilirliktir.
Titanyum alaşımlarını alaşımlamanın temel amacı, mukavemeti, ısı direncini ve korozyon direncini arttırmaktır. Geniş uygulama alüminyum, krom, molibden, vanadyum, manganez, kalay ve diğer elementlerle titanyum alaşımları buldu. Alaşım elementlerinin titanyumun polimorfik dönüşümleri üzerinde büyük etkisi vardır.
Tablo 17.1
Süngerimsi titanyumun sınıfları, kimyasal bileşimi (%) ve sertliği (GOST 17746-79)
| Ti, daha az değil | Sertlik HB, 10/1500/30, artık yok |
||||||||
Tablo 17.2
Dövme titanyum alaşımlarının kaliteleri ve kimyasal bileşimi (%) (GOST 19807–91)
| gösterim | ||||||||||||||
Not. Tüm alaşımlardaki diğer safsızlıkların toplamı %0.30, VT1-00 alaşımında - %0.10'dir.
Titanyum alaşımlarının yapısının oluşumu ve sonuç olarak özellikleri, titanyum polimorfizmi ile bağlantılı faz dönüşümlerinden kesin olarak etkilenir. Şek. 17.1, titanyumun polimorfik dönüşümleri üzerindeki etkilerinin doğasına göre alaşım elementlerinin dört gruba ayrılmasını yansıtan "titanyum alaşımlı element" durum diyagramlarının diyagramlarını gösterir.
a - Stabilizatörler(Al, O, N), a «b polimorfik dönüşümünün sıcaklığını artıran ve a-titanyum bazlı katı çözeltilerin aralığını genişleten (Şekil 17.1, a). Azot ve oksijenin gevrekleştirici etkisi göz önüne alındığında, titanyum alaşımı için sadece alüminyum pratik öneme sahiptir. Tüm endüstriyel titanyum alaşımlarında ana alaşım elementidir, yoğunluklarını ve hidrojen gevrekleşmesi eğilimini azaltır ve ayrıca mukavemet ve elastikiyet modülünü arttırır. Stabil a yapısına sahip alaşımlar ısıl işlemle sertleştirilmez.
Bir "b-dönüşümünün sıcaklığını düşüren ve b-titanyum bazlı katı çözeltilerin aralığını genişleten izomorfik b-stabilizatörleri (Mo, V, Ni, Ta, vb.) (Şekil 17.1, b).
Ötektoid oluşturan b-stabilizörler (Cr, Mn, Cu, vb.), titanyum ile TiX tipi intermetalik bileşikler oluşturabilir. Bu durumda, soğutulduğunda, b-fazı ötektoid dönüşüme uğrar b ® a + TiX (Şekil 17.1, içinde). Çoğunluk
b-stabilizatörler, titanyum alaşımlarının mukavemetini, ısı direncini ve termal stabilitesini arttırır, sünekliklerini bir şekilde azaltır (Şekil 17.2). Ayrıca (a+b) ve pseudo-b yapılı alaşımlar ısıl işlem (sertleştirme+yaşlandırma) ile güçlendirilebilir.
Nötr elementler (Zr, Sn), polimorfik dönüşümün sıcaklığını önemli ölçüde etkilemez ve titanyum alaşımlarının faz bileşimini değiştirmez (Şekil 17.1, G).
Polimorfik b ® a -dönüşüm iki şekilde gerçekleşebilir. Yavaş soğutma ve atomların yüksek hareketliliği ile, katı bir a-çözeltisinin çokyüzlü bir yapısının oluşumu ile olağan difüzyon mekanizmasına göre gerçekleşir. Hızlı soğutma ile - a ¢ veya daha yüksek derecede alaşımlama ile - a ¢ ¢ ile gösterilen sivri martensitik bir yapının oluşumu ile difüzyonsuz bir martensitik mekanizma ile. a , a ¢ , a ¢ ¢ kristal yapısı pratik olarak aynı tiptedir (HCP), ancak a ¢ ve a ¢ ¢ kafesi daha fazla bozulur ve artan alaşım elementleri konsantrasyonu ile bozulma derecesi artar. a ¢ ¢ -fazının kafesinin altıgenden daha ortorombik olduğuna dair kanıtlar var [1]. Yaşlandırma sırasında a ¢ ve a ¢ ¢ fazları b-fazı veya intermetalik faz olarak ayrılır.
Pirinç. 17.1. "Ti alaşımlı eleman" sistemlerinin durum diyagramları (şemalar):
a) "Ti-a-stabilizatörler";
b) “Ti-izomorfik b-stabilizörler”;
içinde) "Ti-ötektoid oluşturan b-dengeleyiciler";
G) "Ti-nötr elemanlar"
Pirinç. 17.2. Alaşım Elemanlarının Titanyumun Mekanik Özelliklerine Etkisi
Arayer çözeltisi olan ve yüksek mukavemet ve kırılganlık ile karakterize edilen karbon çeliklerinin martensitinin aksine, titanyum martensit ikame bir çözümdür ve titanyum alaşımlarının martensit a ¢ için söndürülmesi hafif sertleşmeye yol açar ve plastisitede keskin bir düşüş eşlik etmez .
Farklı b-stabilizatör içeriğine sahip titanyum alaşımlarının yavaş ve hızlı soğutulması sırasında meydana gelen faz dönüşümleri ve ortaya çıkan yapılar genelleştirilmiş bir diyagramda gösterilmektedir (Şekil 17.3). İzomorfik b-stabilizörler için geçerlidir (Şekil 17.1, b) ve bazı tahminlerle ötektoid oluşturan b-stabilizatörleri için (Şekil 17.1, içinde), çünkü bu alaşımlardaki ötektoid bozunması çok yavaştır ve ihmal edilebilir.
Pirinç. 17.3. Hıza bağlı olarak "Ti-b-stabilizatör" alaşımlarının faz bileşimindeki değişim şeması
b bölgesinden soğuma ve sertleşme
Titanyum alaşımlarında yavaş soğutma ile, b-stabilizatörlerin konsantrasyonuna bağlı olarak, yapılar elde edilebilir: sırasıyla a, a + b veya b.
M n - M k sıcaklık aralığında martensitik dönüşümün bir sonucu olarak söndürme sırasında (Şekil 17.3'te noktalı çizgi ile gösterilmiştir), dört alaşım grubu ayırt edilmelidir.
Birinci grup, b-dengeleyici elementlerin konsantrasyonu C1'e kadar olan alaşımları, yani b-bölgesinden söndürüldüğünde yalnızca bir ¢ (a ¢ ¢)-yapısına sahip olan alaşımları içerir. Bu alaşımları, polimorfik dönüşümden polimorfik dönüşüme kadar olan sıcaklıklarda (a + b)-bölgesinden söndürdükten sonra T 1 , yapıları a ¢ (a ¢ ¢), a ve b fazlarının bir karışımıdır ve aşağıdaki sıcaklıklardan söndürüldükten sonra T cr bir (a + b)-yapısına sahiptirler.
İkinci grup, b-bölgesinden söndürüldüğünde martensitik dönüşümün sona ermediği ve a ¢ (a ¢ ¢ yapısına sahip olduğu, C1 ila C cr arasında bir alaşım elementleri konsantrasyonuna sahip alaşımlardan oluşur. ) ve B. Bu grubun alaşımları, polimorfik dönüşümden sıcaklığa kadar söndürüldükten sonra T kr a ¢ (a ¢ ¢), a ve b yapısına sahiptir ve aşağıdaki sıcaklıklarda T cr - yapı (a + b).
Üçüncü grubun alaşımlarının b-bölgesindeki sıcaklıklardan veya polimorfik dönüşümden sıcaklığa kadar C cr ila C2 arasında bir b-stabilize edici element konsantrasyonu ile sertleştirilmesi T 2'ye b-fazının bir kısmının w-fazına dönüşümü eşlik eder ve bu tip alaşımlar söndürmeden sonra (b + w) yapısına sahiptir. Aşağıdaki sıcaklıklardan sertleştikten sonra üçüncü grubun alaşımları T 2 (b+a) yapısına sahiptir.
Dördüncü grubun alaşımları, polimorfik dönüşümün üzerindeki sıcaklıklardan söndürüldükten sonra yalnızca b-yapısına ve polimorfik dönüşümün altındaki sıcaklıklardan - (b + a) sahiptir.
b ® b + w dönüşümlerinin hem (С cr –С 2) konsantrasyonuna sahip alaşımların söndürülmesi sırasında hem de yarı kararlı bir b-fazına sahip olan С2'den daha fazla konsantrasyona sahip alaşımların yaşlanması sırasında meydana gelebileceğine dikkat edilmelidir. . Her durumda, güçlü bir şekilde gevrekleştiği için w-fazının varlığı istenmez. titanyum alaşımları. Önerilen ısıl işlem rejimleri, endüstriyel alaşımlardaki varlığını veya çalışma koşulları altındaki görünümünü hariç tutar.
Titanyum alaşımları için aşağıdaki ısıl işlem türleri kullanılır: tavlama, sertleştirme ve yaşlandırma ile kimyasal-termal işlem (nitrürleme, silikonlama, oksidasyon vb.).
Tüm titanyum alaşımları için, yapının oluşumunu tamamlamak, yapısal ve konsantrasyon heterojenliğini ve ayrıca mekanik özellikleri düzeltmek için tavlama yapılır. Tavlama sıcaklığı, yeniden kristalleşme sıcaklığından daha yüksek, ancak b-durumuna geçiş sıcaklığından daha düşük olmalıdır ( T pp) tane büyümesini önlemek için. Uygulamak geleneksel tavlama, çift veya izotermal(yapıyı ve özellikleri stabilize etmek için), eksik(iç stresleri gidermek için).
Su verme ve yaşlandırma (sertleştirme ısıl işlemi), (a+b) yapılı titanyum alaşımlarına uygulanabilir. Sertleştirme ısıl işleminin ilkesi, su verme sırasında yarı kararlı fazlar b , a ¢ , a ¢ ¢ ve yapay yaşlanma sırasında dağılmış parçacıkların a - ve b - fazlarının salınması ile sonraki bozunmalarını elde etmektir. Bu durumda güçlendirme etkisi, yarı kararlı fazların tipine, miktarına ve bileşimine ve ayrıca yaşlanmadan sonra oluşan a ve b fazı parçacıklarının inceliğine bağlıdır.
Sertliği ve aşınma direncini, sürtünme koşulları altında çalışırken "tutuşmaya" karşı direnci, yorulma mukavemetini ve ayrıca korozyon direncini, ısı direncini ve ısı direncini artırmak için kimyasal-termal işlem yapılır. Nitrürleme, silikonlaştırma ve bazı difüzyon metalleştirme türlerinin pratik uygulamaları vardır.
Teknik titanyum ile karşılaştırıldığında titanyum alaşımları, yeterince yüksek bir süneklik ve korozyon direncini korurken, yüksek sıcaklıklar dahil olmak üzere daha yüksek bir mukavemete sahiptir.
Yerli markalar ve kimyasal bileşim
alaşımlar (GOST 19807–91) Tabloda sunulmuştur. 17.2.
Üretim teknolojisine göre titanyum alaşımları ayrılır: dövme ve döküm; mekanik özellik seviyesine göre - alaşımlar için düşük mukavemet ve yüksek süneklik, orta mukavemet, yüksek mukavemet; kullanım koşullarına göre - açık soğuğa dayanıklı, ısıya dayanıklı, korozyona dayanıklı . Isıl işlemle sertleşme özelliklerine göre ikiye ayrılırlar. sertleştirilmiş ve sertleştirilmemiş, tavlanmış durumdaki yapıya göre - a -, sözde-a -, (a + b) -, sözde-b - ve b-alaşımlarına (Tablo 17.3).
Ayrı titanyum alaşımları grupları, koşullu stabilizasyon katsayısının değerinde farklılık gösterir. Kb b-stabilize edici alaşım elementi içeriğinin kritik bileşimdeki bir alaşımdaki içeriğine oranını gösteren , ile cr. Alaşım birkaç b-dengeleyici element içerdiğinde, bunların Kbözetlenmiş.
< 700 MPa, yani: a - VT1-00, VT1-0 (teknik titanyum) dereceli alaşımlar ve OT4-0, OT4-1 (Ti-Al-Mn sistemi), AT3 (küçük Cr ilaveli Ti-Al sistemi) alaşımları , Fe, Si, B), az miktarda b-fazlı sözde-a-alaşımlarla ilgilidir. Bu alaşımların mukavemet özellikleri, VT1-00 ve VT1-0 alaşımlarındaki safsızlıklar ve OT4-0, OT4-1, AT3 alaşımlarındaki a- ve b-stabilizatörleri ile hafif alaşımlama nedeniyle saf titanyumdan daha yüksektir.
Bu alaşımlar, hem sıcak hem de soğuk durumda yüksek süneklik ile ayırt edilirler, bu da her tür yarı mamul ürünün elde edilmesini mümkün kılar: folyo, şerit, levha, levha, dövme, damgalama, profil, boru vb. Bu alaşımlardan yarı mamul ürünler sekmede verilmiştir. 17.4–17.6.
Tablo 17.3
Titanyum alaşımlarının yapıya göre sınıflandırılması
| alaşım grubu | alaşım sınıfı |
| VT1-00, VT1-0, VT5, VT5-1, PT-7M |
|
| sözde alaşımlar | OT4-0, OT4-1, OT4, VT20, AT3 |
| (a + b)-martensitik sınıf ( Kb= 0,3–0,9) | VT6S, VT6, VT14, VT8, VT9, PT-3V, VT3-1, AT3 |
| (a + b)-Geçiş sınıfı alaşımlar ( Kb= 1,0–1,4) | |
| Sözde-b-alaşımları ( Kb= 1,5–2,4) | VT35*, VT32*, VT15 |
| b-Alaşımlar ( Kb= 2,5–3,0) |
* Deneysel alaşımlar.
Tablo 17.4
Titanyum alaşımlı levhaların mekanik özellikleri (GOST 22178–76)
| titanyum kaliteleri | Örnek koşul | sac kalınlığı, | Çekme mukavemeti, s in, MPa | Bağıl uzama, d, % |
| tavlanmış | ||||
| St.6.0–10.5 | ||||
| St.6.0–10.5 | ||||
| tavlanmış | ||||
| St.6.0–10.5 | ||||
| St.6.0–10.5 | ||||
| St.6.0–10.5 | ||||
| 885 (885–1080) | ||||
| tavlanmış | 885 (885–1050) | |||
| Aziz 5.0–10.5 | 835 (835–1050) | |||
| temperli ve | ||||
| 7.0–10.5 | ||||
| tavlanmış | 930 (930–1180) | |||
| Aziz 4.0–10.5 | ||||
| tavlanmış | 980 (980–1180) | |||
| Aziz 4.0–10.5 | ||||
Not. Parantez içindeki rakamlar, yüksek yüzey kalitesine sahip levhalar içindir.
Tablo 17.5
Titanyum alaşımlarından yapılmış çubukların mekanik özellikleri (GOST 26492–85)
| alaşım sınıfı | Belirtmek, bildirmek | çubuk çapı | sınır | Akraba | Akraba | perküsyon |
| tavlanmış | ||||||
| tavlanmış | ||||||
| tavlanmış | 885 (905–1050) | |||||
| 835 (835–1050) | ||||||
| Sertleştirilmiş ve yaşlandırılmış | ||||||
| tavlanmış | ||||||
| Sertleştirilmiş ve yaşlandırılmış | ||||||
| tavlanmış | 930 (980–1230) | |||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (980–1230) | ||||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (1030–1230) | ||||||
| 930 (980–1230) | ||||||
| tavlanmış | 885 (885–1080) | |||||
| 865 (865–1080) | ||||||
| Sertleştirilmiş ve yaşlandırılmış | ||||||
| tavlanmış | 885 (930–1130) | |||||
| 885 (885–1130) | ||||||
| 1030 (1080–1230) | ||||||
| 1030 (1080–1280) | ||||||
Not. Parantez içindeki veriler daha yüksek kaliteli çubuklar içindir.
Tablo 17.6
Titanyum alaşımlı plakaların mekanik özellikleri (GOST 23755–79)
| alaşım sınıfı | Belirtmek, bildirmek | plaka kalınlığı, | Çekme mukavemeti, MPa | Bağıl uzama d, % | Göreceli daralma y , % | Darbe dayanımı KCU, J/cm2 |
| Olmadan | ||||||
| tavlanmış | ||||||
| tavlanmış | ||||||
| Sertleştirilmiş ve yaşlandırılmış | ||||||
| tavlanmış | ||||||
| ısıl işlem olmadan | ||||||
Dövme, hacimsel ve sac damgalama, haddeleme, presleme, Tablo'da belirtilen modlara göre sıcak halde gerçekleştirilir. 17.7. Son haddeleme, sac presleme, çekme ve diğer işlemler soğuk halde gerçekleştirilir.
Bu alaşımlar ve bunlardan elde edilen ürünler sadece Tabloda belirtilen modlara göre tavlamaya tabi tutulur. 17.8. Eksik tavlama, işleme, sac damgalama, kaynaklama vb.'den kaynaklanan iç gerilimleri azaltmak için kullanılır.
Bu alaşımlar, füzyon kaynağı (argon-ark, tozaltı ark, elektro cüruf) ve temas (nokta, silindir) ile iyi bir şekilde kaynaklanır. Ergitme kaynağında, kaynaklı birleştirmenin mukavemeti ve sünekliği ana metalinkiyle hemen hemen aynıdır.
Bu alaşımların korozyon direnci birçok ortamda (deniz suyu, klorürler, alkaliler, organik asitler, vb.), HF, H 2 SO 4 , HCl ve diğer bazı çözeltiler dışında yüksektir.
Başvuru. Bu alaşımlar, kaynaklı olanlar da dahil olmak üzere hemen hemen her tür yarı mamul ürün, parça ve yapının imalatında yapısal malzemeler olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. En etkili kullanımları havacılık mühendisliğinde, kimya mühendisliğinde, kriyojenik mühendislikte (Tablo 17.9.) ve ayrıca 300–350 ° C'ye kadar sıcaklıklarda çalışan birimler ve yapılardadır.
Bu grup, çekme mukavemeti s olan alaşımları içerir. = 750–1000 MPa, yani: a - VT5 ve VT5-1 kalite alaşımları; OT4, VT20 kalite sahte alaşımlar; (a + b) - PT3V kalite alaşımlarının yanı sıra tavlanmış durumda VT6, VT6S, VT14.
Az miktarda b-fazı (denge durumunda b-fazının %2-7'si) içeren VT5, VT5-1, OT4, VT20, PT3V, VT6S alaşımları, sertleştirme ısıl işlemine tabi tutulmaz ve kullanılır tavlanmış durumda. Alaşım VT6S bazen termal olarak sertleştirilmiş durumda kullanılır. VT6 ve VT14 alaşımları hem tavlanmış hem de termal olarak sertleştirilmiş durumda kullanılır. İkinci durumda, mukavemetleri 1000 MPa'nın üzerine çıkar ve yüksek mukavemetli alaşımlar bölümünde ele alınacaktır.
Söz konusu alaşımlar, artan mukavemet ile birlikte, soğuk durumda tatmin edici sünekliği ve sıcak durumda iyi sünekliği korur, bu da onlardan her türlü yarı mamul ürünün elde edilmesini mümkün kılar: levhalar, şeritler, profiller, dövmeler, damgalar , borular, vb. İstisna, düşük teknolojik plastisite nedeniyle levha ve levhaların üretilmediği VT5 alaşımıdır. Sıcak basınç tedavisinin modları tabloda verilmiştir. 17.7.
Bu alaşım kategorisi, makine mühendisliğinde kullanılan yarı mamul ürünlerin üretiminin büyük kısmını oluşturmaktadır. Ana yarı mamullerin mekanik özellikleri tabloda verilmiştir. 17.4–17.6.
Tüm orta mukavemetli alaşımlar, titanyum için kullanılan her türlü kaynakla iyi bir şekilde kaynaklanır. Eritme kaynağı ile yapılan kaynaklı bir bağlantının mukavemeti ve sünekliği, ana metalin mukavemetine ve sünekliğine yakındır (VT20 ve VT6S alaşımları için bu oran 0,9-0,95'tir). Kaynaktan sonra, iç kaynak streslerini azaltmak için eksik tavlama önerilir (Tablo 17.8).
Bu alaşımların işlenebilirliği iyidir. En agresif ortamlarda korozyon direnci, teknik titanyum VT1-0'a benzer.
Tablo 17.7
Titanyum alaşımlarının sıcak şekillendirme modları
| alaşım sınıfı | Külçe dövme modu | Dövme modu ön | Damgalama moduna basın | Çekiç damgalama modu | mod |
|||||||||
| hava sıcaklığı | kalınlık, | hava sıcaklığı | hava sıcaklığı | hava sıcaklığı | hava sıcaklığı |
|||||||||
| bitiş | bitiş | bitiş | bitiş |
|||||||||||
| Herşey | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 850 | 40–50** | |||||||||||||
| Herşey | ||||||||||||||
* Bir ısıtma için deformasyon derecesi, %.
** (a + b) bölgesindeki deformasyon.
*** b-bölgesindeki deformasyon.
Tablo 17.8
Titanyum alaşımları için tavlama modları
| alaşım sınıfı | Tavlama sıcaklığı, ° С | Not |
|
| Çarşaflar | Barlar, dövmeler, damgalamalar, |
||
| 445–585 ° C* |
|||
| 445–585 ° C* |
|||
| 480–520 ° С* |
|||
| 520–560 ° C* |
|||
| 545–585 ° C* |
|||
| İzotermal tavlama: 870–920°C'ye ısıtma, bekletme, 600–650°C'ye soğutma, fırınla soğutma veya başka bir fırına aktarma, 2 saat bekletme, havayla soğutma |
|||
| Çift tavlama, 550–600°C'de 2–5 saat bekletme 850°C'de tavlama, güç parçaları için hava soğutmasına izin verilir |
|||
| 550–650 ° C* |
|||
| Modlara göre tavlamaya izin verilir: 1) 850 ° C'ye kadar ısıtma, bekletme, 750 ° C'ye kadar fırınla soğutma, 3,5 saat bekletme, havada soğutma; 2) 800°C'ye kadar ısıtma, 30 dakika bekletme, bir fırınla 500°C'ye kadar soğutma, ardından havada soğutma |
|||
| Çift tavlama, 570–600 ° C'de maruz kalma - 1 saat. İzotermal tavlamaya izin verilir: 920–950°C'ye kadar ısıtma, bekletme, bir fırınla soğutma veya 570–600°C sıcaklıkta başka bir fırına aktarma, 1 saat bekletme, havada soğutma |
|||
| Çift tavlama, 530–580 °C'de maruz kalma - 2–12 saat. İzotermal tavlamaya izin verilir: 950–980 °C'ye kadar ısıtma, bekletme, bir fırınla soğutma veya 530–580 °C sıcaklıkta başka bir fırına aktarma, 2–12 saat bekletme, havada soğutma |
|||
| 550–650 ° C* |
|||
| İzotermal tavlamaya izin verilir: 790–810°C'ye kadar ısıtma, bekletme, bir fırınla soğutma veya 640–660°C'ye kadar başka bir fırına aktarma, 30 dakika bekletme, havada soğutma |
|||
| 650–750 ° C'de sac parçaların tavlanmasına izin verilir, (600–650 ° C)* |
|||
| (yarı mamulün bölümüne ve tipine bağlı olarak) | 2–4 °C/dk ila 450 °C hızında bir fırınla, ardından havada soğutma. Çift tavlama, 500–650 ° С'de 1–4 saat maruz kalma 300 ° С'ye kadar sıcaklıklarda çalışan parçalar ve 2000 saate kadar süre için çift tavlamaya izin verilir |
||
| (545–585°C*) |
|||
* Eksik tavlama sıcaklıkları.
Tablo 17.9
Düşük sıcaklıklarda titanyum alaşımlarının mekanik özellikleri
| s cinsinden (MPa) sıcaklıkta, ° С | d (%) sıcaklıkta, ° С | KCU, J / cm 2 sıcaklıkta, ° С |
||||||
Başvuru. Bu alaşımlar, sac damgalama (OT4, VT20), kaynaklı parçalar ve montajlar, damga kaynaklı parçalar (VT5, VT5-1, VT6S, VT20), vb. ile ürünlerin üretimi için önerilir. VT6S alaşımı yaygın olarak kullanılır. kap ve basınçlı kap imalatı. OT4, VT5 alaşımlarından yapılmış parçalar ve tertibatlar, 400 ° C'ye kadar sıcaklıklarda ve kısa bir süre için - 750 ° C'ye kadar uzun süre çalışabilir; VT5-1, VT20 alaşımlarından - 450–500 ° C'ye kadar sıcaklıklarda uzun süre ve kısa bir süre için - 800–850 ° C'ye kadar. VT5-1, OT4, VT6S alaşımlarının da soğutmada kullanılması önerilir ve kriyojenik teknoloji (Tablo 17.9).
Bu grup, çekme mukavemeti s > 1000 MPa olan alaşımları, yani (a + b) - VT6, VT14, VT3-1, VT22 dereceli alaşımları içerir. Bu alaşımlarda yüksek mukavemet, sertleştirme ısıl işlemi (sertleştirme + yaşlandırma) ile elde edilir. Bunun istisnası, tavlanmış durumda bile s B > 1000 MPa'ya sahip olan yüksek alaşımlı VT22 alaşımıdır.
Bu alaşımlar, yüksek mukavemet ile birlikte, sıcak durumda iyi (VT6) ve tatmin edici (VT14, VT3-1, VT22) teknolojik sünekliği korur, bu da onlardan çeşitli yarı mamul ürünler elde etmeyi mümkün kılar: levhalar (VT3- hariç). 1), çubuklar, levhalar, dövmeler, presler, profiller vb. Sıcak şekillendirme modları Tablo'da verilmiştir. 17.7. Tavlanmış durumda (» 850 MPa'da) VT6 ve VT14 alaşımları, küçük deformasyonlarla soğuk sac dövme işlemine tabi tutulabilir. Ana yarı mamullerin tavlanmış ve sertleştirilmiş haldeki mekanik özellikleri Tablo'da verilmiştir. 17.4–17.6.
Heterofazik yapıya rağmen, söz konusu alaşımlar titanyum için kullanılan her türlü kaynakla tatmin edici kaynaklanabilirliğe sahiptir. Gerekli mukavemet ve süneklik seviyesini sağlamak için, tam tavlama zorunludur ve VT14 alaşımı için (kaynaklı parçaların kalınlığı 10-18 mm olan), sertleştirmenin ardından yaşlanma yapılması önerilir. Bu durumda kaynaklı bağlantının (ergitme kaynağı) mukavemeti, ana metalin mukavemetinin en az 0,9'u kadardır. Kaynaklı birleştirmenin sünekliği, ana metalin sünekliğine yakındır.
İşlenebilirlik tatmin edicidir. Alaşımların işlenmesi hem tavlanmış hem de termal olarak sertleştirilmiş durumda gerçekleştirilebilir.
Bu alaşımlar, nemli bir atmosferde, deniz suyunda ve ticari titanyum gibi diğer birçok agresif ortamda tavlanmış ve termal olarak sertleştirilmiş hallerde yüksek korozyon direncine sahiptir.
Isı tedavisi . VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 alaşımları sertleşmeye ve yaşlanmaya maruz kalır (yukarıya bakın). Monolitik ürünler, yarı mamul ürünler ve kaynaklı parçalar için sertleştirme ve yaşlandırma için önerilen ısıtma modları Tablo'da verilmiştir. 17.10.
Söndürme sırasında soğutma, suda ve yaşlanmadan sonra - havada gerçekleştirilir. VT6, maksimum 40–45 mm'ye kadar kesitli VT6S alaşımlarından ve 60 mm'ye kadar VT3-1, VT14, VT22 alaşımlarından yapılmış parçalar için tam sertleşebilirlik sağlanır.
Su verme ve yaşlandırma sonrası (a + b) yapılı alaşımların tatmin edici bir mukavemet ve süneklik kombinasyonunu sağlamak için, sertleştirme ısıl işleminden önce yapılarının eş eksenli veya "sepet örgüsü" olması gerekir. Tatmin edici özellikler sağlayan ilk mikro yapıların örnekleri, Şekiller'de gösterilmektedir. 17.4 (tip 1–7).
Tablo 17.10
Titanyum Alaşımlarının Isıl İşlem Güçlendirme Modları
| alaşım sınıfı | polimorfik dönüşümün sıcaklığı T s, ° С | Hava sıcaklığı | Hava sıcaklığı | Süre |
Su verme ve yaşlanma veya tavlama sonrası aşırı ısınma sırasında b-fazının birincil tane sınırlarının (tip 8-9) mevcudiyeti ile alaşımın ilk sivri uçlu yapısı, evliliğe yol açar - mukavemet ve süneklikte bir azalma. Bu nedenle, (a + b) alaşımlarının polimorfik dönüşüm sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklara ısıtılmasından kaçınmak gerekir, çünkü aşırı ısınan yapının ısıl işlemle düzeltilmesi mümkün değildir.
Isıl işlem sırasında ısıtmanın, otomatik sıcaklık kontrolü ve kaydı olan elektrikli fırınlarda yapılması tavsiye edilir. Kireç oluşumunu önlemek için, bitmiş parçaların ve levhaların ısıtılması, koruyucu bir atmosfere sahip fırınlarda veya koruyucu kaplamalar kullanılarak yapılmalıdır.
İnce sac parçaları sertleştirmek, sıcaklığı eşitlemek ve bükülmelerini azaltmak için ısıtırken, fırın tabanına 30-40 mm kalınlığında bir çelik levha yerleştirilir. Karmaşık konfigürasyonun ve ince duvarlı parçaların sertleştirilmesi için, bükülmeyi ve tasmaları önlemek için kilitleme cihazları kullanılır.
Koruyucu atmosfere sahip olmayan bir fırında yüksek sıcaklıkta işlemden (su verme veya tavlama) sonra, daha fazla işleme tabi tutulmayan yarı mamul ürünler hidro-kumlama veya korundum kumlama işleminden geçirilmeli ve sac ürünler de asitle temizlenmelidir.
Başvuru. Yüksek mukavemetli titanyum alaşımları, kritik parçaların ve montajların imalatı için kullanılır: kaynaklı yapılar (VT6, VT14), türbinler (VT3-1), damga kaynaklı tertibatlar (VT14), yüksek yüklü parçalar ve damgalı yapılar (VT22). Bu alaşımlar 400 °C'ye kadar uzun süre, 750 °C'ye kadar ise kısa süre çalışabilir.
Yapısal malzeme olarak yüksek mukavemetli titanyum alaşımlarının bir özelliği, stres yoğunlaştırıcılara karşı artan hassasiyetleridir. Bu nedenle, bu alaşımlardan parçalar tasarlarken, yüksek mukavemetli çelikler kullanıldığında mevcut olanlara benzer bir takım gereksinimleri (iyileştirilmiş yüzey kalitesi, bir bölümden diğerine geçiş yarıçaplarında artış, vb.) dikkate almak gerekir. Kullanılmış.
Titanyumun fiziksel ve kimyasal özellikleri, titanyum eldesi
Titanyumun saf halde ve alaşım halinde kullanımı, titanyumun bileşik halinde kullanımı, titanyumun fizyolojik etkisi
Bölüm 1. Titanyumun doğada tarihçesi ve oluşumu.
Titan -Bu dördüncü grubun ikincil bir alt grubunun bir elementi, D. I. Mendeleev'in kimyasal elementlerin periyodik sisteminin dördüncü periyodu, atom numarası 22. Basit madde titanyum (CAS numarası: 7440-32-6) açık gümüş-beyazdır metal. İki kristal modifikasyonda bulunur: altıgen sıkı paketlenmiş bir kafese sahip α-Ti, kübik gövde merkezli bir pakete sahip β-Ti, polimorfik dönüşüm α↔β'nin sıcaklığı 883 °C'dir. Erime noktası 1660±20 °C.
Titanyumun doğasındaki tarihçesi ve varlığı
Titan, adını antik Yunan karakterleri Titanlardan almıştır. Alman kimyager Martin Klaproth, elementin kimyasal özelliklerine göre isim vermeye çalışan Fransızların aksine, kişisel sebeplerinden dolayı bu şekilde adlandırdı, ancak o zamandan beri elementin özellikleri bilinmiyordu, böyle bir isim seçildi.
Titanyum gezegenimizde sayıca 10. elementtir. Yerkabuğundaki titanyum miktarı ağırlıkça %0.57 ve 1 litre deniz suyu başına 0.001 miligramdır. Titanyum yatakları şu topraklarda bulunur: Güney Afrika Cumhuriyeti, Ukrayna, Rusya, Kazakistan, Japonya, Avustralya, Hindistan, Seylan, Brezilya ve Güney Kore.
Fiziksel özellikler açısından titanyum hafif gümüşi bir metaldir, ayrıca işleme sırasında yüksek viskozite ile karakterize edilir ve kesici takıma yapışmaya eğilimlidir, bu nedenle bu etkiyi ortadan kaldırmak için özel yağlayıcılar veya püskürtme kullanılır. Oda sıcaklığında, alkaliler hariç çoğu agresif ortamda korozyona dayanıklı olduğu için yarı saydam bir TiO2 oksit filmi ile kaplanır. Titanyum tozu, 400 °C parlama noktası ile patlama özelliğine sahiptir. Titanyum talaşı yanıcıdır.
Saf titanyum veya alaşımlarını üretmek için çoğu durumda titanyum dioksit, içerdiği az sayıda bileşikle birlikte kullanılır. Örneğin titanyum cevherlerinin zenginleştirilmesiyle elde edilen bir rutil konsantresi. Ancak rutil rezervleri son derece küçüktür ve bununla bağlantılı olarak, ilmenit konsantrelerinin işlenmesi sırasında elde edilen sentetik rutil veya titanyum cürufu kullanılır.
Titanyumun kaşifi 28 yaşındaki İngiliz keşiş William Gregor olarak kabul edilir. 1790'da bucakta mineralojik araştırmalar yaparken, İngiltere'nin güneybatısındaki Menaken vadisinde siyah kumun yaygınlığına ve olağandışı özelliklerine dikkat çekti ve onu keşfetmeye başladı. Rahip kumda, sıradan bir mıknatısın çektiği siyah, parlak bir mineral taneleri buldu. 1925 yılında Van Arkel ve de Boer tarafından iyodür yöntemiyle elde edilen en saf titanyum, birçok özelliği olan sünek ve teknolojik bir metal olduğu ortaya çıktı. değerli mülkler geniş bir tasarımcı ve mühendis yelpazesinin dikkatini çekti. 1940'ta Croll, günümüzde hala ana olan cevherlerden titanyum çıkarmak için bir magnezyum-termal yöntem önerdi. 1947'de ilk 45 kg ticari saf titanyum üretildi.
Titanyum, Mendeleev'in periyodik element tablosunda atom numarası 22'ye sahiptir. atom kütlesi izotoplarının çalışmalarının sonuçlarından hesaplanan doğal titanyum 47.926'dır. Yani nötr bir titanyum atomunun çekirdeği 22 proton içerir. Nötron sayısı, yani nötr yüksüz parçacıklar farklıdır: daha sık 26, ancak 24 ila 28 arasında değişebilir. Bu nedenle, titanyum izotoplarının sayısı farklıdır. Toplamda, 22 numaralı elementin 13 izotopu bilinmektedir.Doğal titanyum, beş kararlı izotopun bir karışımından oluşur, titanyum-48 en yaygın olarak temsil edilir, doğal cevherlerdeki payı %73.99'dur. Titanyum ve IVB alt grubunun diğer elementleri, IIIB alt grubunun (skandiyum grubu) elementlerine özelliklerde çok benzer, ancak ikincisinden büyük bir değerlik sergileme yeteneklerinde farklılık gösterirler. Titanyumun skandiyum, itriyum ve ayrıca VB alt grubu - vanadyum ve niyobyum elementleri ile benzerliği, titanyumun genellikle bu elementlerle birlikte doğal minerallerde bulunması gerçeğinde de ifade edilir. Monovalent halojenlerle (flor, brom, klor ve iyot), kükürt ve grubunun elementleri (selenyum, tellür) - mono- ve disülfidler, oksijen - oksitler, dioksitler ve trioksitlerle di-tri ve tetra bileşikleri oluşturabilir. .
Titanyum ayrıca hidrojen (hidritler), nitrojen (nitrürler), karbon (karbürler), fosfor (fosfitler), arsenik (arsitler) ve ayrıca birçok metal içeren bileşikler - intermetalik bileşikler oluşturur. Titanyum sadece basit değil, aynı zamanda çok sayıda karmaşık bileşik oluşturur; organik maddeler içeren bileşiklerinin çoğu bilinmektedir. Titanyumun katılabileceği bileşikler listesinden de görülebileceği gibi, kimyasal olarak çok aktiftir. Ve aynı zamanda titanyum son derece yüksek korozyon direncine sahip birkaç metalden biridir: havada, soğukta ve kaynar suda pratikte sonsuzdur, deniz suyunda, inorganik ve organik birçok tuzun çözeltilerinde çok dirençlidir. asitler. Deniz suyundaki korozyon direnci açısından, asil olanlar hariç - altın, platin vb., çoğu paslanmaz çelik, nikel, bakır ve diğer alaşım türleri hariç tüm metalleri aşar. Suda, birçok agresif ortamda saf titanyum korozyona uğramaz. Metal üzerindeki kimyasal ve mekanik etkilerin bir kombinasyonundan kaynaklanan titanyum ve erozyon korozyonuna karşı dayanıklıdır. Bu bağlamda, en iyi paslanmaz çelik kalitelerinden, bakır bazlı alaşımlardan ve diğer yapısal malzemelerden daha düşük değildir. Titanyum ayrıca, genellikle metalin bütünlüğünün ve mukavemetinin (çatlama, yerel korozyon merkezleri, vb.) ihlali şeklinde kendini gösteren yorulma korozyonuna da direnir. Titanyumun nitrojen, hidroklorik, sülfürik, "aqua regia" ve diğer asitler ve alkaliler gibi birçok agresif ortamda davranışı, bu metal için şaşırtıcı ve takdire şayandır.
Titanyum çok refrakter bir metaldir. Uzun bir süre 1800 ° C'de eridiğine inanılıyordu, ancak 50'lerin ortalarında. İngiliz bilim adamları Diardorf ve Hayes, saf elemental titanyum için erime noktasını belirledi. 1668 ± 3 ° C'ye ulaştı. Refrakterliği açısından titanyum, yalnızca tungsten, tantal, niyobyum, renyum, molibden, platinoidler, zirkonyum gibi metallerden daha düşüktür ve ana yapısal metaller arasında ilk sıradadır. Titanyumun bir metal olarak en önemli özelliği, benzersiz fiziksel ve Kimyasal özellikler: düşük yoğunluk, yüksek mukavemet, sertlik vb. Ana şey, bu özelliklerin yüksek sıcaklıklarda önemli ölçüde değişmemesidir.
Titanyum hafif bir metaldir, yoğunluğu 0°C'de sadece 4.517 g/cm8 ve 100°C'de 4.506 g/cm3'tür. Titanyum, özgül ağırlığı 5 g/cm3'ten az olan metaller grubuna aittir. Bu, özgül ağırlığı 0,9–1,5 g/cm3, magnezyum (1,7 g/cm3), alüminyum (2,7 g/cm3) vb. olan tüm alkali metalleri (sodyum, kadyum, lityum, rubidyum, sezyum) içerir. Titanyum Alüminyumdan 1,5 kat daha ağırdır ve bunda elbette onu kaybeder, ancak demirden 1,5 kat daha hafiftir (7,8 g/cm3). Ancak, alarak spesifik yer çekimi alüminyum ve demir arasında bir ara konum olan titanyum, mekanik özelliklerinde onları birçok kez geride bırakır.). Titanyumun önemli bir sertliği vardır: alüminyumdan 12 kat, demir ve bakırdan 4 kat daha serttir. Bir metalin bir diğer önemli özelliği de akma dayanımıdır. Ne kadar yüksek olursa, bu metalden yapılmış parçalar operasyonel yüklere o kadar iyi dayanır. Titanyumun akma dayanımı, alüminyumdan neredeyse 18 kat daha yüksektir. Titanyum alaşımlarının özgül gücü 1,5-2 kat artırılabilir. Yüksek mekanik özellikleri, birkaç yüz dereceye kadar sıcaklıklarda iyi korunur. Saf titanyum, sıcak ve soğuk haldeki her türlü işleme için uygundur: demir gibi dövülebilir, çekilebilir ve hatta tel haline getirilebilir, levhalara, bantlara ve 0,01 mm kalınlığa kadar folyolara sarılabilir.
Çoğu metalin aksine titanyum önemli bir elektrik direncine sahiptir: gümüşün elektrik iletkenliği 100 olarak alınırsa, bakırın elektrik iletkenliği 94, alüminyum 60, demir ve platin -15 ve titanyum sadece 3,8'dir. Titanyum paramanyetik bir metaldir, bir manyetik alandaki demir gibi mıknatıslanmaz, ancak bakır gibi dışarı itilmez. Manyetik duyarlılığı çok zayıftır, bu özelliği inşaatta kullanılabilir. Titanyum, nispeten düşük bir termal iletkenliğe sahiptir, sadece 22.07 W / (mK), demirin termal iletkenliğinden yaklaşık 3 kat, magnezyumdan 7 kat daha düşük, alüminyum ve bakırdan 17-20 kat daha düşüktür. Buna göre, titanyumun doğrusal termal genleşme katsayısı, diğer yapısal malzemelerinkinden daha düşüktür: 20 C'de, demirden 1,5 kat daha düşüktür, bakır için 2 ve alüminyum için neredeyse 3'tür. Bu nedenle titanyum zayıf bir elektrik ve ısı iletkenidir.
Günümüzde titanyum alaşımları havacılık teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Titanyum alaşımları ilk olarak uçak jet motorlarının yapımında endüstriyel ölçekte kullanıldı. Jet motorlarının tasarımında titanyum kullanılması, ağırlıklarının %10...25 oranında azaltılmasını mümkün kılar. Özellikle kompresör diskleri ve kanatları, hava giriş parçaları, kılavuz kanatlar ve bağlantı elemanları titanyum alaşımlarından yapılmıştır. Titanyum alaşımları süpersonik uçaklar için vazgeçilmezdir. Uçuş hızlarının büyümesi uçak cildin sıcaklığında bir artışa yol açtı, bunun sonucunda alüminyum alaşımları artık havacılık teknolojisinin süpersonik hızlarda dayattığı gereksinimleri karşılamıyor. Bu durumda cilt sıcaklığı 246...316 °C'ye ulaşır. Bu koşullar altında titanyum alaşımlarının en kabul edilebilir malzeme olduğu ortaya çıktı. 70'lerde, sivil uçakların gövdesi için titanyum alaşımlarının kullanımı önemli ölçüde arttı. Orta mesafeli bir uçakta TU-204 toplam ağırlık titanyum alaşımlarından yapılmış parçalar 2570 kg'dır. Helikopterlerde titanyum kullanımı, esas olarak ana rotor sistemi, tahrik ve kontrol sisteminin parçaları için giderek genişlemektedir. Roket biliminde titanyum alaşımları önemli bir yer işgal ediyor.
Deniz suyundaki yüksek korozyon direnci nedeniyle titanyum ve alaşımları gemi yapımında pervane, gemi kaplaması, denizaltı, torpido vb. Kabuklar, hareket ettiğinde geminin direncini keskin bir şekilde artıran titanyum ve alaşımlarına yapışmaz. Yavaş yavaş, titanyum uygulama alanları genişlemektedir. Titanyum ve alaşımları kimya, petrokimya, kağıt hamuru ve kağıt ve gıda endüstrilerinde, demir dışı metalurjide, enerji mühendisliğinde, elektronikte, nükleer teknolojide, elektrokaplamada, silah imalatında, zırh plakalarının, cerrahi aletlerin imalatında, cerrahi implantlar, tuzdan arındırma tesisleri, yarış arabası parçaları, spor malzemeleri (golf kulüpleri, tırmanma ekipmanları), saat parçaları ve hatta mücevherler. Titanyumun nitrürlenmesi, yüzeyinde güzellikte gerçek altından daha düşük olmayan altın bir filmin oluşumuna yol açar.
TiO2'nin keşfi, İngiliz W. Gregor ve Alman kimyager M. G. Klaproth tarafından neredeyse aynı anda ve bağımsız olarak yapıldı. W. Gregor, manyetik demirli kumun (Creed, Cornwall, İngiltere, 1791) bileşimini inceleyerek, menaken adını verdiği bilinmeyen bir metalden yeni bir "toprak" (oksit) izole etti. 1795 yılında Alman kimyager Klaproth, mineral rutilde yeni bir element keşfetti ve ona titanyum adını verdi. İki yıl sonra Klaproth, rutil ve menaken toprağın aynı elementin oksitleri olduğunu belirledi ve arkasında Klaproth tarafından önerilen "titanyum" adı kaldı. 10 yıl sonra titanyumun keşfi üçüncü kez gerçekleşti. Fransız bilim adamı L. Vauquelin, anatazda titanyumu keşfetti ve rutil ve anatazın aynı titanyum oksitler olduğunu kanıtladı.
İlk metalik titanyum numunesi 1825'te J. Ya. Berzelius tarafından elde edildi. Titanyumun yüksek kimyasal aktivitesi ve saflaştırılmasının karmaşıklığı nedeniyle, Hollandalı A. van Arkel ve I. de Boer, titanyum iyodür TiI4 buharının termal ayrışmasıyla 1925'te saf bir Ti numunesi elde etti.
Titanyum doğada en bol bulunan 10. maddedir. Yerkabuğundaki içerik kütlece %0.57, deniz suyunda 0.001 mg/l'dir. Ultrabazik kayaçlarda 300 g/t, bazik kayaçlarda 9 kg/t, asit kayalarda 2,3 kg/t, kil ve şeyllerde 4,5 kg/t. Yerkabuğunda titanyum hemen hemen her zaman dört değerlidir ve sadece oksijen bileşiklerinde bulunur. Serbest biçimde oluşmaz. Ayrışma ve yağış koşulları altında titanyum, Al2O3 için jeokimyasal bir afiniteye sahiptir. Ayrışma kabuğunun boksitlerinde ve deniz kil tortularında yoğunlaşmıştır. Titanyumun transferi, mekanik mineral parçaları ve kolloidler şeklinde gerçekleştirilir. Bazı killerde ağırlıkça %30'a kadar TiO2 birikir. Titanyum mineralleri hava koşullarına dayanıklıdır ve plaserlerde büyük konsantrasyonlar oluşturur. Titanyum içeren 100'den fazla mineral bilinmektedir. Bunlardan en önemlileri: rutil TiO2, ilmenit FeTiO3, titanomagnetite FeTiO3 + Fe3O4, perovskite CaTiO3, titanite CaTiSiO5. Birincil titanyum cevherleri vardır - ilmenit-titanomagnetit ve plaser - rutil-ilmenit-zirkon.
Ana cevherler: ilmenit (FeTiO3), rutil (TiO2), titanit (CaTiSiO5).
2002 yılında, çıkarılan titanyumun %90'ı titanyum dioksit TiO2 üretimi için kullanıldı. Dünya titanyum dioksit üretimi yılda 4,5 milyon tondu. Teyit edilen titanyum dioksit rezervleri (Rusya hariç) yaklaşık 800 milyon tondur.2006 için, ABD Jeolojik Araştırması'na göre, titanyum dioksit açısından ve Rusya hariç, ilmenit cevheri rezervleri 603-673 milyon ton ve rutildir. - 49.7- 52,7 milyon ton Böylece, mevcut üretim hızında, dünyanın kanıtlanmış titanyum rezervleri (Rusya hariç) 150 yıldan fazla bir süre için yeterli olacaktır.
Rusya, Çin'den sonra dünyanın en büyük ikinci titanyum rezervine sahip. Rusya'daki titanyumun mineral kaynak tabanı, ülke genelinde oldukça eşit bir şekilde dağılmış 20 yataktan (bunların 11'i birincil ve 9'u alüvyondur) oluşur. Keşfedilen yatakların en büyüğü (Yaregskoye), Ukhta (Komi Cumhuriyeti) şehrine 25 km uzaklıktadır. Mevduatın rezervlerinin, ortalama titanyum dioksit içeriği yaklaşık %10 olan 2 milyar ton cevher olduğu tahmin edilmektedir.
Dünyanın en büyük titanyum üreticisi Rus şirketi VSMPO-AVISMA'dır.
Kural olarak, titanyum ve bileşiklerinin üretimi için başlangıç malzemesi, nispeten az miktarda safsızlık içeren titanyum dioksittir. Özellikle titanyum cevherlerinin zenginleştirilmesi sırasında elde edilen bir rutil konsantresi olabilir. Bununla birlikte, dünyadaki rutil rezervleri çok sınırlıdır ve ilmenit konsantrelerinin işlenmesi sırasında elde edilen sentetik rutil veya titanyum cürufu olarak adlandırılan daha sık kullanılır. Titanyum cürufu elde etmek için, ilmenit konsantresi bir elektrik ark fırınında indirgenirken, demir bir metal faza (dökme demir) ayrılır ve indirgenmemiş titanyum oksitler ve safsızlıklar bir cüruf fazı oluşturur. Zengin cüruf, klorür veya sülfürik asit yöntemiyle işlenir.
Saf halde ve alaşımlar halinde
Moskova'da Leninsky Prospekt'te Gagarin'e titanyum anıt
Metal, kimya endüstrisi (reaktörler, boru hatları, pompalar, boru hattı bağlantı parçaları), askeri endüstri (havacılıkta vücut zırhı, zırh ve yangın bariyerleri, denizaltı gövdeleri), endüstriyel prosesler (tuzdan arındırma tesisleri, kağıt hamuru ve kağıt prosesleri), otomotiv endüstrisi , tarım endüstrisi, gıda endüstrisi, piercing takıları, tıp endüstrisi (protezler, osteoprotezler), diş ve endodontik aletler, diş implantları, spor malzemeleri, mücevher (Alexander Khomov), cep telefonları, hafif alaşımlar vb. En önemli yapı malzemesidir. uçakta, rokette, gemi yapımında.
Titanyum dökümü vakumlu fırınlarda grafit kalıplarda yapılmaktadır. Vakumlu hassas döküm de kullanılır. Teknolojik zorluklardan dolayı sanatsal dökümlerde sınırlı ölçüde kullanılmaktadır. Dünyanın ilk anıtsal dökme titanyum heykeli, Moskova'da onun adını taşıyan meydanda Yuri Gagarin'in anıtıdır.
Titanyum, birçok alaşımlı çelikte ve çoğu özel alaşımda bir alaşım ilavesidir.
Nitinol (nikel-titanyum), tıpta ve teknolojide kullanılan bir şekil hafızalı alaşımdır.
Titanyum alüminitler oksidasyona ve ısıya karşı çok dirençlidir, bu da havacılık ve otomotiv endüstrisinde yapısal malzeme olarak kullanımlarını belirlemiştir.
Titanyum, yüksek vakum pompalarında kullanılan en yaygın alıcı malzemelerden biridir.
Beyaz titanyum dioksit (TiO2), boyalarda (titan beyazı gibi) ve ayrıca kağıt ve plastik imalatında kullanılır. Gıda katkı maddesi E171.
Organotitanyum bileşikleri (örneğin tetrabutoksititanyum), kimya ve boya endüstrilerinde katalizör ve sertleştirici olarak kullanılır.
İnorganik titanyum bileşikleri kimya, elektronik, cam elyaf endüstrilerinde katkı maddesi veya kaplama olarak kullanılmaktadır.
Titanyum karbür, titanyum diborid, titanyum karbonitrid, metal işleme için süper sert malzemelerin önemli bileşenleridir.
Titanyum nitrür, aletleri, kilise kubbelerini kaplamak ve mücevher imalatında kullanılır, çünkü. altın rengine benzer bir renge sahiptir.
Baryum titanat BaTiO3, kurşun titanat PbTiO3 ve bir dizi başka titanat ferroelektriktir.
Farklı metallere sahip birçok titanyum alaşımı vardır. Alaşım elementleri, polimorfik dönüşümün sıcaklığı üzerindeki etkilerine bağlı olarak üç gruba ayrılır: beta stabilizatörleri, alfa stabilizatörleri ve nötr sertleştiriciler. Birincisi dönüşüm sıcaklığını düşürür, ikincisi onu arttırır ve ikincisi onu etkilemez, ancak matrisin çözelti sertleşmesine yol açar. Alfa stabilizatörlerinin örnekleri: alüminyum, oksijen, karbon, nitrojen. Beta stabilizatörleri: molibden, vanadyum, demir, krom, nikel. Nötr sertleştiriciler: zirkonyum, kalay, silikon. Beta stabilizatörleri, sırayla, beta-izomorfik ve beta-ötektoid oluşturucu olarak ayrılır. En yaygın titanyum alaşımı Ti-6Al-4V alaşımıdır. Rus sınıflandırması-BT6).
% 60 - boya;
%20 - plastik;
%13 - kağıt;
%7 - makine mühendisliği.
Saflığına bağlı olarak kilo başına 15-25 dolar.
Kaba titanyumun (titanyum sünger) saflığı ve derecesi genellikle safsızlıkların içeriğine bağlı olan sertliği ile belirlenir. En yaygın markalar TG100 ve TG110'dur.
22.12.2010 itibariyle ferrotitanyum (minimum %70 titanyum) fiyatı kilogram başına 6.82$'dır. 01.01.2010 tarihinde kilogram fiyatı 5,00$ seviyesindeydi.
Rusya'da 2012 yılı başında titanyum fiyatları 1200-1500 ruble/kg idi.
Avantajlar:
düşük yoğunluk (4500 kg/m3) kullanılan malzemenin kütlesini azaltmaya yardımcı olur;
yüksek mekanik mukavemet. Yüksek sıcaklıklarda (250–500 °C), titanyum alaşımlarının mukavemet açısından yüksek mukavemetli alüminyum ve magnezyum alaşımlarından daha üstün olduğuna dikkat edilmelidir;
titanyumun yüzey üzerinde ince (5-15 mikron) sürekli TiO2 oksit filmleri oluşturma yeteneğinden dolayı, metal kütlesine sıkıca bağlı olduğundan, alışılmadık derecede yüksek korozyon direnci;
en iyi titanyum alaşımlarının özgül gücü (mukavemet ve yoğunluk oranı), alaşımlı çeliklerin özgül gücünün neredeyse iki katı olan 30-35 veya daha fazlasına ulaşır.
Dezavantajları:
yüksek üretim maliyeti, titanyum demir, alüminyum, bakır, magnezyumdan çok daha pahalıdır;
yüksek sıcaklıklarda, özellikle sıvı halde, atmosferi oluşturan tüm gazlarla aktif etkileşim, bunun bir sonucu olarak titanyum ve alaşımları sadece bir vakumda veya bir soy gaz ortamında eritilebilir;
titanyum atığı üretimindeki zorluklar;
titanyumun birçok malzemeye yapışması nedeniyle zayıf antifriksiyon özellikleri, titanyumla eşleştirilmiş titanyum sürtünme için çalışamaz;
titanyum ve alaşımlarının birçoğunun hidrojen gevrekleşmesine ve tuz korozyonuna karşı yüksek eğilimi;
östenitik paslanmaz çeliklerinkine benzer zayıf işlenebilirlik;
yüksek reaktivite, yüksek sıcaklıkta tane büyümesi eğilimi ve kaynak döngüsü sırasında faz dönüşümleri titanyum kaynağında zorluklara neden olur.
Titanyumun ana kısmı havacılık ve roket teknolojisi ve deniz gemi inşasının ihtiyaçlarına harcanmaktadır. Titanyum (ferrotitanyum), yüksek kaliteli çeliklere alaşım katkı maddesi ve oksijen giderici olarak kullanılır. Teknik titanyum, agresif ortamlarda çalışan tankların, kimyasal reaktörlerin, boru hatlarının, bağlantı parçalarının, pompaların, valflerin ve diğer ürünlerin imalatında kullanılır. Yüksek sıcaklıklarda çalışan elektrovakum cihazlarının ızgaraları ve diğer parçaları kompakt titanyumdan yapılmıştır.
Yapısal malzeme olarak kullanım açısından titanyum 4. sırada, sadece Al, Fe ve Mg'den sonra ikinci sıradadır. Titanyum alüminitler oksidasyona ve ısıya karşı çok dirençlidir, bu da havacılık ve otomotiv endüstrisinde yapısal malzeme olarak kullanımlarını belirlemiştir. Titanyumun biyolojik güvenliği onu gıda endüstrisi ve rekonstrüktif cerrahi için mükemmel bir malzeme yapar.
Titanyum ve alaşımları, yüksek sıcaklıklarda korunan yüksek mekanik mukavemetleri, korozyon direnci, ısı direnci, özgül mukavemeti, düşük yoğunluğu ve diğer faydalı özellikleri nedeniyle mühendislikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Titanyum ve alaşımlarının yüksek maliyeti, çoğu durumda daha yüksek performanslarıyla dengelenir ve bazı durumlarda, belirli koşullar altında çalışabilen ekipman veya yapıların üretilmesinin mümkün olduğu tek malzemedir.
Titanyum alaşımları, gerekli güçle birlikte en hafif tasarımın elde edilmesinin amaçlandığı havacılık teknolojisinde önemli bir rol oynamaktadır. Titanyum diğer metallere göre hafiftir ancak aynı zamanda yüksek sıcaklıklarda da çalışabilir. Titanyum alaşımları kaplama, sabitleme parçaları, güç seti, şasi parçaları ve çeşitli üniteler yapmak için kullanılır. Ayrıca bu malzemeler uçak jet motorlarının yapımında da kullanılmaktadır. Bu, ağırlıklarını% 10-25 oranında azaltmanıza izin verir. Titanyum alaşımları, kompresör diskleri ve kanatları, hava girişi ve kılavuz kanat parçaları ve bağlantı elemanları üretmek için kullanılır.
Titanyum ve alaşımları roket biliminde de kullanılmaktadır. Roket biliminde motorların kısa süreli çalışması ve yoğun atmosfer katmanlarının hızlı geçişi göz önüne alındığında, yorulma mukavemeti, statik dayanıklılık ve kısmen sürünme sorunları büyük ölçüde ortadan kaldırılmıştır.
Yetersiz yüksek ısı direnci nedeniyle teknik titanyum havacılıkta kullanıma uygun değildir, ancak olağanüstü yüksek korozyon direnci nedeniyle bazı durumlarda kimya endüstrisinde ve gemi yapımında vazgeçilmezdir. Bu nedenle, sülfürik ve sülfürik gibi agresif ortamları pompalamak için kompresör ve pompa imalatında kullanılır. hidroklorik asit ve bunların tuzları, boru hatları, vanaları, otoklavları, çeşitli kaplar, filtreler vb. Yaş klor, sulu ve asidik klor çözeltileri gibi ortamlarda sadece titanyum korozyon direncine sahiptir, bu nedenle klor endüstrisi için ekipmanlar bu metalden yapılır. Titanyum, örneğin nitrik asitte (dumanlı değil) korozif ortamlarda çalışan ısı eşanjörleri yapmak için kullanılır. Gemi yapımında titanyum, pervanelerin imalatında, gemilerin, denizaltıların, torpidoların vb. Kabuklar, hareket ettiğinde geminin direncini keskin bir şekilde artıran titanyum ve alaşımlarına yapışmaz.
Titanyum alaşımları diğer birçok uygulamada kullanım için umut vericidir, ancak teknolojideki kullanımları titanyumun yüksek maliyeti ve kıtlığı ile sınırlıdır.
Titanyum bileşikleri de çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Titanyum karbür yüksek bir sertliğe sahiptir ve kesici takımların ve aşındırıcı malzemelerin imalatında kullanılır. Beyaz titanyum dioksit (TiO2), boyalarda (titan beyazı gibi) ve ayrıca kağıt ve plastik imalatında kullanılır. Organotitanyum bileşikleri (örneğin tetrabutoksititanyum), kimya ve boya endüstrilerinde katalizör ve sertleştirici olarak kullanılır. İnorganik titanyum bileşikleri kimyasal, elektronik, cam elyafı endüstrisinde katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Titanyum diborid, süper sert metal işleme malzemelerinin önemli bir bileşenidir. Aletleri kaplamak için titanyum nitrür kullanılır.
Titanyum için mevcut yüksek fiyatlar ile, esas olarak ana rolün maliyete değil teknik özelliklere ait olduğu askeri teçhizatın üretimi için kullanılmaktadır. Bununla birlikte, titanyumun benzersiz özelliklerinin sivil ihtiyaçlar için kullanıldığı durumlar bilinmektedir. Titanyumun fiyatı düştükçe ve üretimi arttıkça bu metalin askeri ve sivil amaçlarla kullanımı giderek yaygınlaşacaktır.
Havacılık. Titanyum ve alaşımlarının düşük özgül ağırlığı ve yüksek mukavemeti (özellikle yüksek sıcaklıklarda) onları oldukça değerli havacılık malzemeleri yapar. Uçak yapımı ve uçak motorlarının üretimi alanında titanyum giderek artan bir şekilde alüminyum ve paslanmaz çeliğin yerini alıyor. Sıcaklık arttıkça, alüminyum hızla gücünü kaybeder. Öte yandan titanyum, 430°C'ye kadar olan sıcaklıklarda açık bir mukavemet avantajına sahiptir ve aerodinamik ısıtma nedeniyle yüksek hızlarda bu derece yüksek sıcaklıklar meydana gelir. Havacılıkta çeliği titanyumla değiştirmenin avantajı, güçten ödün vermeden ağırlığı azaltmaktır. Yüksek sıcaklıklarda artan performansla birlikte ağırlıktaki genel azalma, uçağın artan taşıma kapasitesi, menzili ve manevra kabiliyetine izin verir. Bu, titanyumun uçak yapımında motor imalatında, gövde yapımında, kaplama ve hatta bağlantı elemanları imalatında kullanımını genişletmeye yönelik çabaları açıklıyor.
Jet motorlarının yapımında titanyum esas olarak kompresör kanatlarının, türbin disklerinin ve diğer birçok damgalı parçanın imalatında kullanılır. Burada titanyum, paslanmaz ve ısıl işlem görmüş alaşımlı çeliklerin yerini alıyor. Motor ağırlığındaki bir kilogramlık tasarruf, gövdenin hafifletilmesi nedeniyle uçağın toplam ağırlığında 10 kg'a kadar tasarruf sağlar. Gelecekte, motor yanma odaları için muhafazaların imalatında sac titanyum kullanılması planlanmaktadır.
Uçak yapımında titanyum, yüksek sıcaklıklarda çalışan gövde parçaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Sac titanyum, her türlü muhafaza, kablo koruyucu kılıfları ve mermiler için kılavuzların imalatında kullanılır. Alaşımlı titanyum levhalardan çeşitli takviye elemanları, gövde çerçeveleri, nervürler vb.
Örtüler, kanatlar, kablo kılıfları ve mermi kılavuzları alaşımsız titanyumdan yapılmıştır. Gövde çerçevesi, çerçeveler, boru hatları ve yangın bariyerlerinin imalatında alaşımlı titanyum kullanılır.
Titanyum, F-86 ve F-100 uçaklarının yapımında giderek daha fazla kullanılmaktadır. Gelecekte titanyum, iniş takımı kapıları, hidrolik borular, egzoz boruları ve nozullar, direkler, kanatlar, katlanır payandalar vb. yapmak için kullanılacaktır.
Titanyum zırh plakaları, pervane kanatları ve mermi kutuları yapmak için kullanılabilir.
Şu anda titanyum, deri, Cumhuriyet F-84F, Curtiss-Wright J-65 ve Boeing B-52 için askeri uçak Douglas X-3'ün yapımında kullanılmaktadır.
Titanyum ayrıca DC-7 sivil uçaklarının yapımında da kullanılıyor. Douglas şirketi, motor kaportası ve yangın bariyerlerinin üretiminde alüminyum alaşımları ve paslanmaz çeliği titanyumla değiştirerek, uçak yapısının ağırlığında yaklaşık 90 kg'lık bir tasarruf elde etti. Şu anda bu uçaktaki titanyum parçaların ağırlığı %2 ve bu rakamın uçağın toplam ağırlığının %20'sine çıkarılması bekleniyor.
Titanyum kullanımı, helikopterlerin ağırlığını azaltmayı mümkün kılar. Zeminler ve kapılar için sac titanyum kullanılır. Rotorlarının kanatlarını kaplamak için alaşımlı çeliğin titanyumla değiştirilmesiyle helikopterin ağırlığında (yaklaşık 30 kg) önemli bir azalma sağlandı.
Donanma. Titanyum ve alaşımlarının korozyon direnci, onları denizde çok değerli bir malzeme yapar. ABD Deniz Kuvvetleri Bakanlığı, titanyumun baca gazlarına, buhara, yağa ve deniz suyuna maruz kalmaya karşı korozyon direncini kapsamlı bir şekilde araştırmaktadır. Titanyumun yüksek özgül gücü, denizcilik işlerinde hemen hemen aynı öneme sahiptir.
Metalin düşük özgül ağırlığı, korozyon direnci ile birleştiğinde, gemilerin manevra kabiliyetini ve menzilini arttırır ve ayrıca malzeme parçasının bakım ve onarım maliyetini azaltır.
Titanyumun donanmadaki uygulamaları, denizaltı dizel motorları için egzoz susturucularını, alet disklerini, yoğunlaştırıcılar için ince duvarlı boruları ve ısı eşanjörlerini içerir. Uzmanlara göre titanyum, başka hiçbir metal gibi, denizaltılardaki egzoz susturucularının ömrünü uzatabilir. Tuzlu suya, benzine veya yağa maruz kalan gösterge diskleri için titanyum daha iyi dayanıklılık sağlayacaktır. Boruları dışarıdan yıkayan deniz suyunda korozyona dayanıklı olması ve aynı zamanda içlerinde akan egzoz yoğuşmasının etkilerine dayanması gereken ısı eşanjör borularının imalatında titanyum kullanma olasılığı araştırılmaktadır. Baca gazlarının ve deniz suyunun etkilerine karşı dayanıklı olması gereken titanyumdan anten ve radar tesisatı bileşenlerinin üretilme olasılığı değerlendirilmektedir. Titanyum ayrıca valf, pervane, türbin parçaları vb. parçaların üretiminde de kullanılabilir.
Topçu. Görünüşe göre, titanyumun en büyük potansiyel tüketicisi, şu anda çeşitli prototipler üzerinde yoğun araştırmaların sürdüğü topçu olabilir. Ancak bu alanda sadece münferit parçaların ve titanyumdan yapılan parçaların üretimi standardize edilmiştir. Geniş bir araştırma kapsamına sahip topçularda titanyumun oldukça sınırlı kullanımı, yüksek maliyeti ile açıklanmaktadır.
Titanyum fiyatlarındaki indirime bağlı olarak, geleneksel malzemelerin titanyum ile değiştirilmesi olasılığı açısından topçu teçhizatının çeşitli parçaları araştırıldı. Ağırlık azaltmanın gerekli olduğu parçalara (elle taşınan ve hava yoluyla taşınan parçalar) özellikle dikkat edildi.
Çelik yerine titanyumdan yapılmış harç taban plakası. Böyle bir değiştirme ile ve bazı değişikliklerden sonra, toplam ağırlığı 22 kg olan iki yarıdan bir çelik levha yerine, 11 kg ağırlığında bir parça oluşturmak mümkün oldu. Bu değişim sayesinde servis personeli sayısını üçten ikiye indirmek mümkündür. Silah alev tutucularının üretimi için titanyum kullanma olasılığı değerlendirilmektedir.
Titanyumdan yapılmış silah yuvaları, taşıyıcı çaprazları ve geri tepme silindirleri test ediliyor. Titanyum, güdümlü mermilerin ve füzelerin üretiminde yaygın olarak kullanılabilir.
Titanyum ve alaşımlarının ilk çalışmaları, onlardan zırh plakaları üretme olasılığını gösterdi. Çelik zırhın (12,7 mm kalınlıkta) aynı mermi direncine (16 mm kalınlık) sahip titanyum zırhla değiştirilmesi, bu çalışmalara göre ağırlıkta %25'e kadar tasarruf edilmesini mümkün kılmaktadır.
Yüksek kaliteli titanyum alaşımları, çelik plakaları, ağırlıkta %44'e varan tasarruf sağlayan eşit kalınlıktaki titanyum plakalarla değiştirme olasılığı için umut veriyor. Endüstriyel Uygulama titanyum daha fazla manevra kabiliyeti sağlayacak, silahın nakliye aralığını ve dayanıklılığını artıracaktır. Modern seviye Hava taşımacılığının gelişimi, hafif zırhlı araçların ve titanyumdan yapılmış diğer araçların avantajlarını açıkça ortaya koymaktadır. Topçu Departmanı, piyadeleri kask, süngü, el bombası fırlatıcı ve el alev makineleri titanyumdan yapılmıştır. Titanyum alaşımı ilk olarak topçularda bazı otomatik silahların pistonlarının imalatında kullanıldı.
Ulaşım. Zırhlı malzeme üretiminde titanyum kullanmanın birçok faydası araçlar için de geçerlidir.
Halihazırda ulaşım mühendisliği işletmeleri tarafından tüketilen yapısal malzemelerin titanyum ile değiştirilmesi, yakıt tüketiminde bir azalmaya, yük kapasitesinde bir artışa, krank mekanizmalarının parçalarının yorulma sınırında bir artışa vb. yol açmalıdır. demiryollarıölü ağırlığı azaltmak esastır. Titanyum kullanımı nedeniyle vagonların toplam ağırlığında önemli bir azalma, çekişten tasarruf sağlayacak, boyun ve aks kutularının boyutlarını azaltacaktır.
Römorklar için ağırlık da önemlidir. Araç. Burada aks ve tekerlek üretiminde çeliğin titanyumla değiştirilmesi, taşıma kapasitesini de artıracaktır.
Tüm bu fırsatlar, titanyum yarı mamul ürünlerin kilosu başına titanyum fiyatını 15'ten 2-3 dolara indirerek gerçekleştirilebilir.
Kimyasal endüstri. Kimya endüstrisi için ekipman üretiminde metalin korozyon direnci son derece önemlidir. Ağırlığı azaltmak ve ekipmanın gücünü artırmak da önemlidir. Mantıksal olarak, titanyumun asitleri, alkalileri ve inorganik tuzları ondan taşımak için ekipman üretiminde bir takım faydalar sağlayabileceği varsayılmalıdır. Tanklar, kolonlar, filtreler ve her türlü yüksek basınçlı silindir gibi ekipmanların üretiminde titanyum kullanımı için ek olanaklar açılıyor.
Titanyum boruların kullanılması, laboratuvar otoklavlarında ve ısı eşanjörlerinde ısıtma bobinlerinin verimliliğini artırabilir. Titanyumun, gazların ve sıvıların uzun süre basınç altında depolandığı silindirlerin üretimi için uygulanabilirliği, daha ağır bir cam tüp (resmin üst kısmında gösterilmiştir) yerine yanma ürünlerinin mikroanalizinde kullanılmasıyla kanıtlanmıştır. Küçük duvar kalınlığı ve düşük özgül ağırlığı nedeniyle bu tüp, daha küçük, daha hassas analitik terazilerde tartılabilir. Burada hafiflik ve korozyon direnci kombinasyonu, kimyasal analizin doğruluğunu artırır.
Diğer uygulamalar. Titanyumun kullanımı gıda, petrol ve elektrik endüstrilerinde olduğu kadar cerrahi aletlerin imalatında ve cerrahinin kendisinde de uygundur.
Yemek hazırlama masaları, titanyumdan yapılan buğulama masaları kalite olarak çelik ürünlere göre daha üstündür.
Petrol ve gaz sondaj endüstrisinde, korozyona karşı mücadele büyük önem taşımaktadır, bu nedenle titanyum kullanımı, aşındırıcı ekipman çubuklarının daha az sıklıkla değiştirilmesini mümkün kılacaktır. Katalitik üretimde ve petrol boru hatlarının imalatında, mekanik özellikleri yüksek sıcaklıklarda koruyan ve iyi korozyon direncine sahip olan titanyum kullanılması arzu edilir.
Elektrik endüstrisinde titanyum, iyi özgül gücü, yüksek elektrik direnci ve manyetik olmayan özellikleri nedeniyle kabloları zırhlamak için kullanılabilir.
Çeşitli endüstrilerde, titanyumdan yapılmış şu veya bu şekildeki bağlantı elemanları kullanılmaya başlandı. Esas olarak korozyon direnci nedeniyle, cerrahi aletlerin üretimi için titanyum kullanımının daha da genişletilmesi mümkündür. Titanyum aletler, tekrar tekrar kaynatıldığında veya otoklavlandığında geleneksel cerrahi aletlere göre bu açıdan üstündür.
Cerrahi alanında titanyumun vitallium ve paslanmaz çeliklerden daha iyi olduğu kanıtlandı. Vücutta titanyum varlığı oldukça kabul edilebilir. Kemikleri sabitlemek için titanyumdan yapılmış plaka ve vidalar birkaç ay boyunca hayvanın vücudundaydı ve kemik vidaların dişlerine ve plakadaki deliğe doğru büyüdü.
Titanyumun avantajı, plaka üzerinde kas dokusunun oluşması gerçeğinde de yatmaktadır.
Dünyada üretilen titanyum ürünlerinin yaklaşık yarısı genellikle sivil uçak endüstrisine gönderilmektedir, ancak bilinen trajik olaylardan sonra düşüşü, birçok endüstri katılımcısını titanyum için yeni uygulamalar aramaya zorlamaktadır. Bu materyal, modern koşullarda titanyum beklentilerine ayrılmış yabancı metalürji basınında yayınlanan bir dizi yayının ilk bölümünü temsil ediyor. Önde gelen Amerikalı titanyum RT1 üreticilerinden birine göre, yılda 50-60 bin ton düzeyinde küresel ölçekte toplam titanyum üretim hacminden, havacılık segmenti 40'a kadar tüketim, endüstriyel uygulama ve uygulamadan oluşmaktadır. 34'ü ve askeri alanı 16 ve yaklaşık 10'u tüketici ürünlerinde titanyum kullanımını oluşturuyordu. Titanyumun endüstriyel uygulamaları arasında kimyasal işlemler, enerji, petrol ve gaz endüstrisi, tuzdan arındırma tesisleri yer alır. Askeri havacılık dışı uygulamalar, öncelikle topçu ve savaş araçlarında kullanımı içerir. Titanyumun önemli ölçüde kullanıldığı sektörler otomotiv endüstrisi, mimarlık ve inşaat, spor malzemeleri ve kuyumculuktur. Külçelerdeki titanyumun neredeyse tamamı ABD, Japonya ve BDT'de üretilmektedir - Avrupa, küresel hacmin sadece 3,6'sını oluşturmaktadır. Titanyumun nihai kullanımına yönelik bölgesel pazarlar büyük farklılıklar gösterir - özgünlüğün en çarpıcı örneği, sivil havacılık sektörünün, kimyasal tesislerin ekipman ve yapısal elemanlarındaki toplam titanyum tüketiminin sadece 2-3'ünü kullandığı Japonya'dır. Japonya'daki toplam talebin yaklaşık 20'si Türkiye'den geliyor. nükleer güç ve katı yakıtlı santrallerde gerisi mimari, tıp ve spordadır. ABD ve Avrupa'da ise tam tersi bir tablo görülmektedir. büyük önem havacılık sektöründe tüketimi var - her bölge için sırasıyla 60-75 ve 50-60. ABD'de geleneksel olarak güçlü nihai pazarlar kimyasallar, tıbbi ekipman, endüstriyel ekipman iken, Avrupa'da en büyük pay petrol ve gaz endüstrisi ve inşaat endüstrisindedir. Havacılık ve uzay endüstrisine olan yoğun bağımlılık, titanyum uygulamalarını genişletmeye çalışan titanyum endüstrisi için uzun süredir devam eden bir endişe olmuştur. sivil Havacılık Küresel ölçekte. ABD Jeolojik Araştırmasına göre, 2003 yılının ilk çeyreğinde titanyum sünger ithalatında önemli bir düşüş oldu - sadece 1319 ton, bu da 2002 yılının aynı döneminde 3431 tondan 62 daha az. Havacılık sektörü her zaman titanyum için önde gelen pazarlardan biri olacaktır, ancak titanyum endüstrisindeki bizler bu zorluğun üstesinden gelmeli ve sektörümüzün havacılık sektöründe gelişme ve durgunluk döngüsü yaşamamasını sağlamak için elimizden gelen her şeyi yapmalıyız. Titanyum endüstrisinin önde gelen üreticilerinden bazıları, biri deniz altı ekipman ve malzeme pazarı olan mevcut pazarlarda büyüyen fırsatlar görüyor. RT1 Satış ve Dağıtım Müdürü Martin Proko'ya göre titanyum, elektrik üretimi ve su altı uygulamalarında 1980'lerin başından beri uzun bir süredir kullanılmaktadır, ancak bu alanlar yalnızca son beş yılda istikrarlı bir şekilde gelişmeye başlamıştır. pazar nişi. Denizaltı sektöründe, büyüme öncelikle titanyumun en uygun malzeme olduğu daha derinlerdeki sondaj operasyonlarından kaynaklanmaktadır. Sualtı yaşam döngüsü, tabiri caizse, sualtı projelerinin olağan süresine tekabül eden elli yıldır. Titanyum kullanımında bir artışın muhtemel olduğu alanları zaten listeledik. Howmet Ti-Cast satış müdürü Bob Funnell, pazarın mevcut durumunun kamyon turboşarjları için dönen parçalar, roketler ve pompalar gibi yeni alanlarda büyüme fırsatları olarak görülebileceğini belirtiyor.
Devam eden projelerimizden biri de 155 mm kalibreli BAE Butitzer XM777 hafif topçu sistemlerinin geliştirilmesidir. Nowmet, kısmen tedarik edilen her tabanca montajı için 28 yapısal titanyum düzeneğin 17'sini tedarik edecek. denizciler ABD Ağustos 2004'te başlayacak. Ateş destek sistemleri başkanı Frank Hrster, 9,800 pound ve yaklaşık 4,44 ton toplam tabanca ağırlığı ile titanyum, tasarımında yaklaşık 2,600 pound yaklaşık 1,18 ton titanyum oluşturuyor - çok sayıda döküm içeren bir 6A14U alaşımı kullanılıyor, diyor. BAE Sy81et8. Bu XM777 sistemi, yaklaşık 17.000 pound ve yaklaşık 7.71 ton ağırlığındaki mevcut M198 Newitzer sisteminin yerini alacak. 2006'dan 2010'a kadar olan dönem için seri üretim planlanıyor - başlangıçta ABD, Büyük Britanya ve İtalya'ya teslimatlar planlanıyor, ancak program NATO üye ülkelerine teslimatlar için genişletilebilir. Timet'ten John Barber, yapımında önemli miktarda titanyum kullanan askeri teçhizat örneklerinin Abramé tankı ve Bradley savaş aracı olduğuna dikkat çekiyor. Son iki yıldır, silahlarda ve savunma sistemlerinde titanyum kullanımını yoğunlaştırmak için NATO, ABD ve İngiltere arasında ortak bir program yürütülüyor. Bir kereden fazla belirtildiği gibi, titanyum otomotiv endüstrisinde kullanım için çok uygundur, ancak bu yönün payı oldukça mütevazı - İtalyanlara göre tüketilen toplam titanyum hacminin yaklaşık 1'i veya yılda 500 ton Formula 1 ve yarış motosikletleri için titanyum bileşenleri ve parçaları üreticisi Poggipolini şirketi. Bu şirketin araştırma ve geliştirme başkanı Daniele Stoppolini, bu pazar segmentinde titanyum için mevcut talebin 500 ton seviyesinde olduğuna ve bu malzemenin valf, yay, egzoz sistemleri, şanzıman yapımında yoğun kullanımıyla birlikte olduğuna inanıyor. şaftlar, cıvatalar, potansiyel olarak yılda neredeyse 16.000 ton olmayan bir seviyeye yükselebilir. Şirketinin üretim maliyetlerini azaltmak için otomatik titanyum cıvata üretimini geliştirmeye yeni başladığını da sözlerine ekledi. Ona göre, otomotiv endüstrisinde titanyum kullanımının önemli ölçüde genişlememesi nedeniyle sınırlayıcı faktörler, talebin öngörülemezliği ve hammadde arzındaki belirsizliktir. Aynı zamanda, otomotiv endüstrisinde titanyum için büyük bir potansiyel niş kalır ve helezon yaylar ve egzoz gazı sistemleri için optimum ağırlık ve dayanıklılık özelliklerini birleştirir. Ne yazık ki, Amerikan pazarında, bu sistemlerde titanyumun yaygın kullanımı, yalnızca oldukça özel bir yarı spor model Chevrolet Corvette Z06 ile işaretlenmiştir ve hiçbir şekilde toplu bir otomobil olduğunu iddia edemez. Bununla birlikte, yakıt ekonomisi ve korozyon direncinin sürekli zorlukları nedeniyle, bu alandaki titanyum beklentileri devam etmektedir. Havacılık dışı ve askeri olmayan uygulamaların pazarlarında onay için, UNITI ortak girişimi kısa süre önce kendi adına oluşturuldu, birlik kelimesi oynandı - birlik ve Ti - dünyanın bir parçası olarak periyodik tablodaki titanyumun tanımı. önde gelen titanyum üreticileri - American Allegheny Technologies ve Rus VSMPO-Avisma. Yeni şirketin başkanı Carl Moulton, yeni şirketi, başta petrokimya ve enerji üretimi olmak üzere titanyum parçaları ve düzenekleri kullanan endüstriler için lider bir tedarikçi haline getirmeyi planladığımızdan, bu pazarların kasıtlı olarak hariç tutulduğunu söyledi. Ayrıca tuzdan arındırma cihazları, araçlar, tüketici ürünleri ve elektronik alanlarında da aktif olarak pazarlama yapmayı planlıyoruz. Üretim tesislerimizin birbirini iyi bir şekilde tamamladığına inanıyorum - VSMPO, nihai ürünlerin üretimi için olağanüstü yeteneklere sahiptir, Allegheny, soğuk ve sıcak titanyum haddelenmiş ürünlerin üretiminde mükemmel geleneklere sahiptir. UNITI'nin küresel titanyum ürünleri pazarındaki payının 45 milyon pound, yani yaklaşık 20.411 ton olması bekleniyor. Tıbbi ekipman pazarı, sürekli gelişen bir pazar olarak kabul edilebilir - British Titanium International Group'a göre, dünya çapında çeşitli implant ve protezlerde titanyumun yıllık içeriği yaklaşık 1000 tondur ve bu rakam, cerrahi müdahale olanakları arttıkça artacaktır. kazalardan veya yaralanmalardan sonra insan eklemleri. Esneklik, dayanıklılık, hafiflik gibi bariz avantajlarına ek olarak titanyum, insan vücudundaki doku ve sıvılarda korozyon olmaması nedeniyle biyolojik anlamda vücut ile oldukça uyumludur. Diş hekimliğinde protez ve implant kullanımı da büyük oranda titanyumun özelliklerinden dolayı Amerikan Diş Hekimleri Birliği'ne göre son on yılda üç kez hızla artıyor. Titanyumun mimaride kullanımı 25 yılı aşkın bir geçmişe sahip olmasına rağmen bu alandaki yaygın kullanımı ancak M.Ö. son yıllar. 2006 yılında tamamlanması planlanan BAE'deki Abu Dabi Havalimanı'nın genişletilmesi, yaklaşık 680 ton titanyumdan 1,5 milyon pound'a kadar kullanılacak. Sadece ABD, Kanada, İngiltere, Almanya, İsviçre, Belçika, Singapur gibi gelişmiş ülkelerde değil, Mısır ve Peru'da da titanyum kullanılarak çok çeşitli mimari ve inşaat projelerinin uygulanması planlanmaktadır.
Tüketici ürünleri pazarı segmenti, şu anda titanyum pazarının en hızlı büyüyen segmentidir. 10 yıl önce bu segment titanyum pazarının sadece 1-2'si iken, bugün pazarın 8-10'u kadar büyümüştür. Genel olarak, tüketim malları endüstrisindeki titanyum tüketimi, tüm titanyum pazarının yaklaşık iki katı oranında büyüdü. Sporda titanyum kullanımı, tüketici ürünlerinde en uzun süredir devam eden ve titanyumun en büyük payıdır. Titanyumun spor ekipmanlarındaki popülaritesinin nedeni basittir - diğer metallerden daha üstün bir ağırlık ve güç oranı elde etmenizi sağlar. Bisikletlerde titanyum kullanımı yaklaşık 25-30 yıl önce başlamış ve titanyumun spor ekipmanlarında ilk kullanımı olmuştur. Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9 alaşımlı borular ağırlıklı olarak kullanılır.Titanyum alaşımlarından yapılan diğer parçalar arasında frenler, dişliler ve koltuk yayları bulunur. Golf sopalarının üretiminde titanyum kullanımı ilk olarak 80'lerin sonlarında ve 90'ların başlarında Japonya'daki kulüp üreticileri tarafından başladı. 1994-1995'ten önce, bu titanyum uygulaması ABD ve Avrupa'da neredeyse bilinmiyordu. Callaway, Great Big Bertha adlı Ruger Titanium titanyum çubuğunu tanıttığında bu değişti. Callaway'in bariz faydaları ve iyi düşünülmüş pazarlaması nedeniyle titanyum kulüpler anında hit oldu. Kısa bir süre içinde titanyum kulüpler, küçük bir grup golfçünün özel ve pahalı ekipmanından, çoğu golfçü tarafından yaygın olarak kullanılmaya başlandı ve hala çelik kulüplerden daha pahalıydı. Bana göre golf piyasasının gelişimindeki ana eğilimlerden bahsetmek istiyorum; yüksek emek gerektiren diğer endüstrilerin yolunu izleyerek 4-5 yıl gibi kısa bir sürede yüksek teknolojiden seri üretime geçti. giyim, oyuncak ve tüketici elektroniği üretimi gibi maliyetler, golf sopası üretimi, işçiliğin en ucuz olduğu ülkelere önce Tayvan, ardından Çin'e gitti ve şimdi Vietnam gibi daha ucuz emeğin olduğu ülkelerde fabrikalar kuruluyor. ve Tayland'da titanyum kesinlikle sürücüler için kullanılır, burada üstün nitelikleri açık bir avantaj sağlar ve daha yüksek bir fiyatı haklı çıkarır. Bununla birlikte, maliyetlerdeki önemli artış, oyundaki karşılık gelen bir iyileştirme tarafından desteklenmediğinden titanyum, sonraki kulüplerde henüz çok yaygın bir kullanım bulamamıştır.Şu anda, sürücüler esas olarak dövme bir çarpma yüzeyi, dövme veya dökme bir üst ve bir döküm alt Son zamanlarda, Profesyonel Golf Birliği ROA, tüm kulüp üreticilerinin çarpıcı yüzeyin yay özelliklerini artırmaya çalışacağı sözde geri dönüş faktörünün üst sınırını artırmaya izin verdi. Bunu yapmak için çarpma yüzeyinin kalınlığını azaltmak ve bunun için SP700, 15-3-3-3 ve VT-23 gibi daha güçlü alaşımlar kullanmak gerekir. Şimdi titanyum ve alaşımlarının diğer spor ekipmanlarında kullanımına odaklanalım. Yarış bisikleti tüpleri ve diğer parçalar ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V alaşımından yapılmıştır. Tüplü dalış bıçaklarının imalatında şaşırtıcı derecede önemli miktarda titanyum levha kullanılır. Çoğu üretici Ti6Al-4V alaşımı kullanır, ancak bu alaşım diğer daha güçlü alaşımlar gibi bıçak kenarı dayanıklılığı sağlamaz. Bazı üreticiler BT23 alaşımını kullanmaya geçiyor.
Titanyum tüplü bıçakların perakende fiyatı yaklaşık 70-80 dolar. Dökme titanyum at nalı, çeliğe kıyasla ağırlıkta önemli bir azalma sağlarken gerekli gücü sağlar. Ne yazık ki titanyumun bu kullanımı gerçekleşmedi çünkü titanyum at nalları parıldadı ve atları korkuttu. İlk başarısız deneylerden sonra çok az kişi titanyum at nalı kullanmayı kabul edecek. Merkezi Newport Beach, California Newport Beach, California'da bulunan Titanium Beach, Ti6Al-4V alaşımlı paten bıçakları geliştirdi. Ne yazık ki, burada yine sorun, bıçakların kenarlarının dayanıklılığıdır. Üreticiler 15-3-3-3 veya BT-23 gibi daha güçlü alaşımlar kullanırsa bu ürünün yaşama şansı olduğunu düşünüyorum. Titanyum, dağcılık ve yürüyüşte çok yaygın olarak kullanılmaktadır, dağcıların ve yürüyüşçülerin sırt çantalarında taşıdıkları hemen hemen tüm eşyalar için şişeler, 20-30 dolarlık perakende bardaklar, yaklaşık 50 dolarlık perakende pişirme setleri, çoğunlukla ticari olarak saf titanyumdan yapılmış yemek takımları Sınıf 1 ve 2 Diğer örnekler. tırmanma ve yürüyüş ekipmanları, kompakt sobalar, raflar ve çadır montajları, buz baltaları ve buz vidalarıdır. Silah üreticileri son zamanlarda hem spor atışları hem de kolluk kuvvetleri uygulamaları için titanyum tabancalar üretmeye başladılar.
Tüketici elektroniği titanyum için oldukça yeni ve hızla büyüyen bir pazardır. Çoğu durumda, tüketici elektroniğinde titanyum kullanımı sadece mükemmel özelliklerinden değil, aynı zamanda ürünlerin çekici görünümünden de kaynaklanmaktadır. Ticari olarak saf 1. Sınıf titanyum, dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları, plazma düz ekran TV'ler ve diğer elektronik cihazlar için kılıf yapmak için kullanılır. Hoparlör yapımında titanyum kullanımı, titanyumun çelikten daha hafif olması nedeniyle daha iyi akustik özellikler sağlar ve bu da akustik duyarlılığın artmasını sağlar. İlk olarak Japon üreticiler tarafından pazara sunulan titanyum saatler, günümüzde en uygun fiyatlı ve tanınan tüketici titanyum ürünlerinden biridir. Geleneksel ve sözde giyilebilir takıların üretiminde dünya titanyum tüketimi, onlarca tonla ölçülmektedir. Gittikçe artan bir şekilde titanyum bulabilirsiniz evlilik yüzükleri, ve tabi ki vücuduna takı takan kişiler basitçe titanyum kullanmak zorunda kalıyorlar. Titanyum, yüksek korozyon direnci ve mukavemet kombinasyonunun çok önemli olduğu deniz bağlantı elemanları ve bağlantı parçalarının imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır. Los Angeles merkezli Atlas Ti, bu ürünlerin geniş bir yelpazesini VTZ-1 alaşımında üretmektedir. Aletlerin üretiminde titanyum kullanımı ilk olarak Sovyetler Birliği'nde 80'lerin başında, hükümetin talimatlarıyla işçilerin işini kolaylaştırmak için hafif ve kullanışlı aletlerin yapıldığı zaman başladı. Sovyet titanyum üretim devi Verkhne-Saldinskoye Metal İşleme Üretim Birliği, o zamanlar titanyum kürekler, çivi çektirmeler, bağlar, baltalar ve anahtarlar üretti.
Daha sonra Japon ve Amerikan alet üreticileri ürünlerinde titanyum kullanmaya başladılar. Çok uzun zaman önce, VSMPO Boeing ile titanyum plakaların temini için bir sözleşme imzaladı. Bu sözleşmenin kuşkusuz Rusya'da titanyum üretiminin gelişimi üzerinde çok faydalı bir etkisi oldu. Titanyum uzun yıllardır tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Avantajları, dayanıklılık, korozyon direnci ve en önemlisi, bazı kişilerin paslanmaz çeliklerin gerekli bir bileşeni olan nikele alerjisi varken, kimsenin titanyuma alerjisi yoktur. Kullanılan alaşımlar ticari olarak saf titanyum ve Ti6-4Eli'dir. Titanyum, kalp kapakçığı gibi kritik olanlar da dahil olmak üzere cerrahi aletlerin, iç ve dış protezlerin imalatında kullanılır. Koltuk değnekleri ve tekerlekli sandalyeler titanyumdan yapılmıştır. Sanatta titanyum kullanımı, Moskova'da ilk titanyum anıtın dikildiği 1967 yılına kadar uzanıyor.
Şu anda, mimar Frank Gehry tarafından Bilbao'da inşa edilen Guggenheim Müzesi gibi ünlüler de dahil olmak üzere neredeyse tüm kıtalarda önemli sayıda titanyum anıt ve bina inşa edilmiştir. Malzeme rengi, görünümü, gücü ve korozyona karşı direnci nedeniyle sanat insanları arasında çok popülerdir. Bu nedenlerden dolayı titanyum, gümüş ve hatta altın gibi değerli metallerle başarılı bir şekilde rekabet ettiği hediyelik eşya ve kostüm takılarında kullanılmaktadır. RTi'den Martin Proko'ya göre, titanyum süngerin ortalama fiyatı ABD'de pound başına 3.80, Rusya'da pound başına 3.20'dir. Ek olarak, metalin fiyatı, ticari havacılık endüstrisinin döngüselliğine büyük ölçüde bağlıdır. Alman Deutshe Titan'ın genel müdürü Markus Holz, titanyum üretim ve işleme, hurda işleme ve eritme teknolojilerinin maliyetlerini düşürmenin yolları bulunursa, birçok projenin geliştirilmesi önemli ölçüde hızlanabilir. British Titanium, titanyum ürün genişlemesinin yüksek üretim maliyetleri nedeniyle engellendiğini ve titanyumun seri üretilebilmesi için birçok iyileştirme yapılması gerektiğini kabul ediyor. modern teknolojiler.
Bu yöndeki adımlardan biri, maliyeti önemli ölçüde düşük olan metalik titanyum ve alaşımların üretimi için yeni bir elektrolitik süreç olan FFC adı verilen işlemin geliştirilmesidir. Daniele Stoppolini'ye göre titanyum endüstrisindeki genel strateji, en uygun alaşımların geliştirilmesini, her yeni pazar için üretim teknolojisini ve titanyum uygulamasını gerektiriyor.
Kaynaklar
Wikipedia - Özgür Ansiklopedi, WikiPedia
metotech.ru - Metoteknik
housetop.com - Ev Üstü
atomsteel.com – Atom teknolojisi
domremstroy.ru - DomRemStroy
Titanyum sertliği iyi fakat mukavemeti düşük bir metal olduğu için titanyum bazlı alaşımlar endüstriyel üretimde daha yaygın hale gelmiştir. Farklı tane yapısına sahip alaşımlar, yapı ve kristal kafes tipi bakımından farklılık gösterir.
Üretim sürecinde belirli sıcaklık rejimleri sağlanarak elde edilebilirler. Titanyuma çeşitli alaşım elementleri eklenerek daha yüksek operasyonel ve teknolojik özelliklere sahip alaşımlar elde etmek mümkündür.
eklerken alaşım elementleri ve çeşitli tipler titanyum bazlı yapılarda kristal kafesler saf metalden daha yüksek elde edilebilir ısı direnci ve gücü. Aynı zamanda, ortaya çıkan yapılar, kullanım kapsamını genişleten düşük yoğunluk, iyi korozyon önleyici özellikler ve iyi süneklik ile karakterize edilir.
titanyumun özellikleri
Titanyum, bir araya getiren hafif bir metaldir. yüksek sertlik ve düşük mukavemet bu da işlenmesini zorlaştırıyor. Erime sıcaklığı Bu malzemenin ortalama 1665°С. Malzeme, düşük yoğunluk (4,5 g/cm3) ve iyi korozyon önleme özelliği ile karakterizedir.
Malzemenin yüzeyinde birkaç nm kalınlığında bir oksit filmi oluşur. korozyon işlemlerini hariç tutar deniz ve tatlı suda, atmosferde, organik asitlerle oksidasyonda, kavitasyon süreçlerinde ve gerilim altındaki yapılarda titanyum.
Normal durumda, malzemenin ısı direnci yoktur, oda sıcaklığında sürünme olgusu ile karakterizedir. Bununla birlikte, soğuk ve derin soğuk koşullarında, malzeme yüksek mukavemet özellikleri ile karakterize edilir.
Titanyum, rijitlik gerektiren yapıların imalatında kullanımını sınırlayan düşük bir elastisite modülüne sahiptir. Saf halde metal, yüksek radyasyon önleme özelliklerine sahiptir ve manyetik özelliklere sahip değildir.
Titanyum, iyi plastik özellikleri ile karakterize edilir ve işlenmesi kolay oda sıcaklığında ve üzerinde. Titanyumdan ve bileşiklerinden yapılan kaynaklı dikişler süneklik ve mukavemete sahiptir. Bununla birlikte, malzeme, sıcaklık yükseldiğinde meydana gelen kararsız bir kimyasal durumdayken gazların yoğun absorpsiyon süreçleri ile karakterize edilir. Titanyum, birleştiği gaza bağlı olarak, teknolojik özellikleri üzerinde kötü etkisi olan hidrit, oksit, karbür bileşikleri oluşturur.
Malzeme karakterize edilir zayıf işlenebilirlik, uygulanmasının bir sonucu olarak, kısa bir süre içinde alete yapışır, bu da kaynağını azaltır. Titanyumun kesim yoluyla işlenmesi, yüksek ilerleme hızlarında, düşük işleme hızlarında ve önemli bir kesme derinliğinde yoğun tip soğutma kullanılarak mümkündür. Ek olarak, işleme için bir araç olarak yüksek hız çeliği seçilmiştir.
Malzeme, eritme, titanyum döküm veya ark kaynağı sırasında inert gazların kullanımına yol açan yüksek kimyasal aktivite ile karakterize edilir.
Kullanım sırasında titanyum ürünleri, çalışma sıcaklıklarında bir artış olması durumunda olası gaz absorpsiyonundan korunmalıdır.
titanyum alaşımları
Aşağıdaki gibi alaşım elementlerinin eklenmesiyle titanyum bazlı yapılar:
Titanyum grubunun alaşımlarının deformasyonu ile elde edilen yapılar, mekanik işleme tabi tutulan ürünlerin imalatında kullanılır.
Güçle, ayırt ederler:
- Mukavemeti 1000MPa'dan fazla olan yüksek mukavemetli malzemeler;
- 500 ile 1000 MPa arasındaki değerler aralığında orta mukavemetli yapılar;
- 500MPa'nın altında mukavemete sahip düşük mukavemetli malzemeler.
Kullanım alanına göre:
- Korozyona dayanıklı yapılar.
- İnşaat malzemeleri;
- Isıya dayanıklı yapılar;
- Soğuğa dayanımı yüksek yapılar.
Alaşım türleri
Bileşime dahil edilen alaşım elementlerine göre altı ana alaşım türü ayırt edilir.
Alaşımlar tipi α-alaşımları
Alaşımlar tipi α-alaşımları alaşımlama uygulaması ile titanyum bazlı alüminyum, kalay, zirkonyum, oksijen karakterize iyi kaynaklanabilirlik, titanyumun donma noktasını düşürür ve akışkanlığını arttırır. Bu özellikler, sözde α-alaşımlarının kullanımına izin verir. boşlukları şekillendirilmiş bir şekilde elde etmek veya parça dökümü yapmak için. Bu türden elde edilen ürünler, kritik parçaların imalatı için kullanılmalarına izin veren yüksek termal stabiliteye sahiptir. 400°С'ye kadar sıcaklık koşullarında çalışma.
Minimum miktarda alaşım elementi içeren bileşiklere teknik titanyum denir. İyi termal stabilite ile karakterizedir ve çeşitli makinelerde kaynak işleri yaparken mükemmel kaynak özelliklerine sahiptir. Malzeme, kesme olasılığı için tatmin edici özelliklere sahiptir. Isıl işlem kullanılarak bu tip alaşımların mukavemetinin arttırılması tavsiye edilmez, bu tip malzemeler tavlamadan sonra kullanılır. Zirkonyum içeren alaşımlar en yüksek maliyete sahiptir ve üretilebilirliği yüksektir.
Alaşımın teslim şekilleri tel, boru, haddelenmiş çubuklar, dövmeler şeklinde sunulmaktadır. Bu sınıfın en çok kullanılan malzemesi VT5-1 alaşımıdır., orta mukavemet, 450 ° C'ye kadar ısı direnci ve düşük ve ultra düşük sıcaklıklarda çalışırken mükemmel performans ile karakterizedir. Bu alaşımın ısıl yöntemlerle güçlendirilmesi uygulanmaz, ancak düşük sıcaklıklarda kullanımı minimum miktarda alaşım malzemesi gerektirir.
Alaşımlar tipi β-alaşımları
β-tipi alaşımlar titanyum alaşımı ile elde edilen vanadyum, molibden, nikel, bu durumda, ortaya çıkan yapılar karakterize edilir artan güçα-alaşımlarına kıyasla odadan negatif sıcaklıklara kadar olan aralıkta. Bunları kullanırken, malzemenin ısı direnci artar, ancak sıcaklık kararlılığı, plastiğin azaltılması Bu grubun alaşımlarının özellikleri.
Kararlı özellikler elde etmek için bu grubun alaşımları önemli miktarda katkılı belirtilen unsurlar. Bu malzemelerin yüksek maliyetine bağlı olarak, bu grubun yapıları geniş bir endüstriyel dağıtım almamıştır. Bu grubun alaşımları, sürünmeye karşı direnç, mukavemeti artırma olasılığı ile karakterize edilir. Farklı yollar, mekanik işleme olasılığı. Ancak, çalışma sıcaklığı yükseldikçe 300°C bu grubun alaşımları kırılganlık.
Sözde α-alaşımları
Sözde α-alaşımları, çoğu alaşım elementi olan β grubunun %5'e kadar elementlerinin eklenmesiyle α fazı bileşenleri. Alaşımlarda β-fazının varlığı, α-grubunun alaşım elementlerinin avantajlarına plastisite özelliğini ekler. Alüminyum, silikon ve zirkonyum kullanılarak bu alaşım grubunun ısı direncinde bir artış elde edilir. Listelenen elementlerin sonuncusu, alaşım yapısındaki β-fazının çözünmesi üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir. Ancak bu alaşımların da sınırlamalar, aralarında iyi titanyum tarafından hidrojen absorpsiyonu ve hidrojen gevrekleşmesi olasılığı ile hidridlerin oluşumu. Hidrojen, bileşik içinde bir hidrit fazı şeklinde sabitlenir, alaşımın viskozitesini ve plastik özelliklerini azaltır ve bağlantının kırılganlığının artmasına katkıda bulunur.Bu gruptaki en yaygın malzemelerden biri, titanyum alaşımlı marka VT18 600°C'ye kadar ısı direncine sahip olan , iyi plastisite özelliklerine sahiptir. Bu özellikler, malzemenin uçak endüstrisinde kompresör parçalarının imalatı. Malzemenin ısıl işlemi, daha fazla hava soğutması ile yaklaşık 1000°C'lik sıcaklıklarda tavlamayı veya yırtılma direncinde %15'lik bir artışa izin veren çift tavlamayı içerir.
Sahte β-alaşımları
Sahte β-alaşımları sadece β-fazının mevcudiyeti ile söndürme veya normalizasyondan sonraki mevcudiyet ile karakterize edilir. Tavlama durumunda bu alaşımların yapısı β grubunun önemli miktarda alaşım bileşenine sahip α-fazı ile temsil edilir. Bu alaşımların özelliği titanyum bileşikleri arasında en yüksek özgül mukavemet indeksi, düşük termal stabiliteye sahiptir. Ek olarak, bu grubun alaşımları, hidrojene maruz kaldıklarında kırılganlığa karşı çok az hassastırlar, ancak alaşımın sünek ve sünek özelliklerindeki azalmayı etkileyen karbon ve oksijen içeriğine karşı oldukça hassastırlar. Bu alaşımlar, zayıf kaynaklanabilirlik, bileşimin heterojenliğinden dolayı çok çeşitli mekanik özellikler ve düşük stabilite işte yüksek sıcaklıklarda.Alaşımın salınım şekli, 350°C'yi geçmeyen sıcaklıklarda uzun süre önerilen kullanım ile levhalar, dövmeler, çubuklar ve şerit metal ile temsil edilir. Böyle bir alaşımın bir örneği BT35, sıcaklığa maruz kaldığında basınç tedavisi ile karakterizedir. Sertleştikten sonra malzeme, yüksek plastik özellikler ve soğuk halde deforme olma özelliği ile karakterize edilir. Bu alaşım için yaşlandırma işleminin yapılması, yüksek viskozite varlığında çoklu sertleşmeye neden olur.
α+β tipi alaşımlar
α+β tipi alaşımlar intermetalik bileşiklerin olası inklüzyonları ile, grup 1 ve 3'ün alaşımlarına kıyasla hidritlere maruz kaldıklarında daha az kırılganlık ile karakterize edilir. Ek olarak, α-grubunun alaşımlarına kıyasla daha fazla üretilebilirlik ve çeşitli yöntemler kullanılarak işlenme kolaylığı ile karakterize edilirler. Bu tür malzeme kullanılarak kaynak yapılırken, kaynağın sünekliğini artırmak için işlem tamamlandıktan sonra tavlama gerekir. Bu grubun malzemeleri şeritler, sac metaller, dövmeler, damgalar ve çubuklar şeklinde yapılır. Bu gruptaki en yaygın malzeme alaşım VT6, ısıl işlem sırasında iyi deforme olabilirlik, hidrojen gevrekleşmesi olasılığının azalması ile karakterize edilir. Bu malzemeden uçak rulman parçaları ve ısıya dayanıklı ürünler üretmek havacılıkta motor kompresörleri için. Tavlanmış veya ısıyla sertleştirilmiş VT6 alaşımlarının kullanımı uygulanmaktadır. Örneğin, ince duvarlı bir profilin veya levha boşluklarının parçaları 800 ° C sıcaklıkta tavlanır, daha sonra havada soğutulur veya bir fırında bırakılır.
Metaller arası bileşiklere dayalı titanyum alaşımları.
İntermetalikler, biri titanyum olan iki metalin bir alaşımıdır.
Ürünlerin alınması
Artan sıcaklıkla titanyum alaşımlarının yüksek aktivitesi dikkate alınarak, aktif gazların sınırlı erişimi koşulları altında özel metal kalıplarda gerçekleştirilen döküm ile elde edilen yapılar. Dökümle elde edilen alaşımlar, deformasyonla elde edilen alaşımlardan daha zayıf özelliklere sahiptir. Bu tür alaşımlar için mukavemeti artırmak için ısıl işlem yapılmaz, çünkü bu yapıların plastisitesi üzerinde önemli bir etkisi vardır.
Titanyum (Titanyum), Ti, D. I. Mendeleev'in periyodik element sisteminin IV. grubunun kimyasal bir elementidir. 22 numaralı sıra, atom ağırlığı 47.90. 5 kararlı izotoptan oluşur; yapay olarak radyoaktif izotoplar da elde edilmiştir.
1791'de İngiliz kimyager W. Gregor, Menakan kasabasından (İngiltere, Cornwall) gelen kumda Menakan'ın adını verdiği yeni bir "toprak" buldu. 1795'te Alman kimyager M. Klairot, mineral rutilde, metaline Titan [Yunanca. mitolojide, titans Uranüs'ün (Cennet) ve Gaia'nın (Yeryüzü) çocuklarıdır]. 1797'de Klaproth, W. Gregor tarafından keşfedilen bu toprakların kimliğini kanıtladı. Saf titanyum, 1910'da Amerikalı kimyager Hunter tarafından titanyum tetraklorürü bir demir bombasında sodyum ile indirgeyerek izole edildi.
doğada olmak
Titanyum doğada en yaygın elementlerden biridir, yerkabuğundaki içeriği %0,6'dır (ağırlık). Esas olarak Ti02 dioksit veya bileşikleri - titanatlar şeklinde oluşur. Titanyum da dahil olmak üzere 60'tan fazla mineral bilinmektedir.Ayrıca toprakta, hayvan ve bitki organizmalarında bulunur. ilmenit FeTiO 3 ve rutil TiO 2, titanyum üretimi için ana hammadde görevi görür. Titanyum kaynağı olarak eritme cürufları önem kazanıyor titanyum manyetit ve ilmenit.
Fiziksel ve kimyasal özellikler
Titanyum iki durumda bulunur: amorf - koyu gri toz, yoğunluk 3.392-3.395 g / cm3 ve kristal, yoğunluk 4.5 g / cm3. Kristal titanyum için, 885°'de bir geçiş noktasıyla (885°'nin altında, kararlı bir altıgen form, yukarıda - kübik) iki modifikasyon bilinmektedir; t° pl yaklaşık 1680°; t° kip 3000°'nin üzerinde. Titanyum, onu çok kırılgan yapan gazları (hidrojen, oksijen, nitrojen) aktif olarak emer. Teknik metal, sıcak basınç işlemine uygundur. Mükemmel derecede saf metal soğuk haddelenebilir. Normal sıcaklıkta havada titanyum değişmez, ısıtıldığında oksit Ti 2 O 3 ve nitrür TiN karışımı oluşturur. Kırmızı sıcaklıkta oksijen akışında, dioksit TiO 2'ye oksitlenir. Yüksek sıcaklıklarda karbon, silisyum, fosfor, kükürt vb. ile reaksiyona girer Deniz suyuna, nitrik asit, yaş klor, organik asitler ve kuvvetli alkalilere karşı dayanıklıdır. Sülfürik, hidroklorik ve hidroflorik asitlerde, en iyisi HF ve HNO3 karışımında çözünür. Asitlere oksitleyici bir maddenin eklenmesi, metali oda sıcaklığında korozyondan korur. TiCl 4 - kristal gövdeler hariç, sulu bir çözelti içinde eriyebilir ve uçucu, hidrolize edilmiş, potasyum florotitanat K2 TiF 6'nın teknoloji ve analitik uygulamada önemli olduğu karmaşık bileşiklerin oluşumuna eğilimli dört değerli titanyum halojenürler. TiC karbür ve TiN nitrür - yüksek sertlik (titanyum karbür karborundumdan daha serttir), refrakterlik (TiC, t ° pl = 3140 °; TiN, t ° pl = 3200 °) ile ayırt edilen metal benzeri maddeler büyük önem taşır. ve iyi elektriksel iletkenlik.
22 numaralı kimyasal element. Titanyum.
Titanyumun elektronik formülü: 1s 2 |2s 2 2p 6 |3s 2 3p 6 3d 2 |4s 2 .
Kimyasal elementlerin periyodik sistemindeki titanyum seri numarası D.I. Mendeleev - 22. Eleman numarası bir yardın yükünü gösterir, bu nedenle titanyumun nükleer yükü +22, çekirdeğin kütlesi 47.87'dir. Titanyum dördüncü periyotta, ikincil bir alt gruptadır. Periyot numarası elektron katmanlarının sayısını gösterir. Grup numarası değerlik elektronlarının sayısını gösterir. Bir yan alt grup, titanyumun d-elementlerine ait olduğunu gösterir.
Titanyum, dış katmanın s-orbitalinde iki değerlik elektronuna ve ön dış katmanın d-orbitalinde iki değerlik elektronuna sahiptir.
Her değerlik elektronu için kuantum sayıları:
4s4sHalojenler ve hidrojen ile Ti(IV), sp 3 → q 4 hibridizasyon tipine sahip TiX 4 tipi bileşikler oluşturur.
Titanyum metaldir. d-grubunun ilk elemanıdır. En kararlı ve yaygın olanı Ti +4'tür. Daha düşük oksidasyon durumları -Ti 0, Ti -1, Ti +2, Ti +3 olan bileşikler de vardır, ancak bu bileşikler hava, su veya diğer reaktifler tarafından Ti +4'e kolayca oksitlenir. Dört elektronun ayrılması çok fazla enerji gerektirir, bu nedenle Ti +4 iyonu gerçekte yoktur ve Ti(IV) bileşikleri genellikle kovalent bağlar içerir.Ti(IV) bazı açılardan -Si, Ge, Sn elementlerine benzer ve Pb, özellikle Sn.
için en önemli Ulusal ekonomi hafifliği ve gücü birleştiren alaşımlar ve metaller vardı ve hala var. Titanyum bu malzeme kategorisine aittir ve ayrıca mükemmel korozyon direncine sahiptir.
Titanyum, 4. periyodun 4. grubunun bir geçiş metalidir. Molekül ağırlığı sadece 22'dir ve bu da malzemenin hafifliğini gösterir. Aynı zamanda, madde olağanüstü mukavemet ile ayırt edilir: tüm yapısal malzemeler arasında, en yüksek özgül mukavemete sahip olan titanyumdur. Rengi gümüşi beyazdır.
Titanyum nedir, aşağıdaki video şunları söyleyecektir:
Konsept ve özellikler
Titanyum oldukça yaygındır - yerkabuğundaki içerik açısından 10. sıradadır. Ancak, gerçekten saf bir metalin izole edilmesi ancak 1875'te gerçekleşti. Bundan önce, madde ya safsızlıklarla elde edildi ya da bileşiklerine metalik titanyum deniyordu. Bu karışıklık, metal bileşiklerinin metalin kendisinden çok daha önce kullanılmasına neden oldu.
Bu, malzemenin özelliğinden kaynaklanmaktadır: en önemsiz safsızlıklar, bir maddenin özelliklerini önemli ölçüde etkiler, bazen onu doğal niteliklerinden tamamen mahrum bırakır.
Bu nedenle, diğer metallerin en küçük kısmı titanyumu değerli niteliklerinden biri olan ısı direncinden yoksun bırakır. Metal olmayan bir maddenin küçük bir ilavesi, dayanıklı bir malzemeyi kırılgan ve kullanım için uygun olmayan hale getirir.
Bu özellik, ortaya çıkan metali hemen 2 gruba ayırdı: teknik ve saf.
- Birinci Titanyum asla son kalitesini kaybetmediği için mukavemet, hafiflik ve korozyon direncinin en çok gerekli olduğu durumlarda kullanılır.
- Yüksek saflıkta malzemeçok çalışan bir malzemeye ihtiyaç duyulan yerlerde kullanılır ağır yükler ve yüksek sıcaklıklar, ancak aynı zamanda hafiflik ile karakterize edilir. Bu, elbette, uçak ve roket bilimidir.
Maddenin ikinci özelliği anizotropidir. Bazı fiziksel nitelikleri, uygularken dikkate alınması gereken kuvvetlerin uygulanmasına bağlı olarak değişir.
Normal şartlar altında metal inerttir, deniz suyunda veya deniz veya şehir havasında korozyona uğramaz. Ayrıca, titanyum protezlerin ve implantların tıpta yaygın olarak kullanılması nedeniyle bilinen biyolojik olarak en inert maddedir.
Aynı zamanda sıcaklık yükseldiğinde oksijen, nitrojen ve hatta hidrojen ile reaksiyona girmeye başlar ve sıvı haldeki gazları emer. Bu hoş olmayan özellik, hem metalin kendisini elde etmeyi hem de ona dayalı alaşımları üretmeyi son derece zorlaştırmaktadır.
İkincisi, yalnızca vakum ekipmanı kullanıldığında mümkündür. En karmaşık üretim süreci, oldukça yaygın bir öğeyi çok pahalı bir öğeye dönüştürdü.
Diğer metallerle yapıştırma
Titanyum, diğer iki iyi bilinen yapısal malzeme - alüminyum ve demir veya daha doğrusu demir alaşımları arasında bir ara konuma sahiptir. Metal birçok açıdan "rakiplerinden" üstündür:
- titanyumun mekanik mukavemeti, demirden 2 kat, alüminyumdan 6 kat daha yüksektir. Bu durumda, azalan sıcaklıkla mukavemet artar;
- korozyon direnci, demirden ve hatta alüminyumdan çok daha yüksektir;
- de normal sıcaklık titanyum inerttir. Ancak 250 C'ye yükseldiğinde, özelliklerini etkileyen hidrojeni emmeye başlar. Kimyasal aktivite açısından magnezyumdan daha düşüktür, ancak ne yazık ki demir ve alüminyumu aşar;
- metal elektriği çok daha zayıf iletir: elektrik direnci demirden 5 kat, alüminyumdan 20 kat ve magnezyumdan 10 kat daha yüksektir;
- termal iletkenlik de çok daha düşüktür: demir 1'den 3 kat, alüminyumdan 12 kat daha az. Bununla birlikte, bu özellik çok düşük bir termal genleşme katsayısı ile sonuçlanır.
Avantajlar ve dezavantajlar
Aslında titanyumun birçok dezavantajı vardır. Ancak güç ve hafifliğin birleşimi o kadar talep görüyor ki, ne karmaşık üretim yöntemi ne de olağanüstü saflık ihtiyacı metal tüketicilerini durduruyor.
Maddenin şüphesiz avantajları şunlardır:
- çok az ağırlık anlamına gelen düşük yoğunluk;
- hem titanyum metalinin hem de alaşımlarının olağanüstü mekanik mukavemeti. Artan sıcaklıkla titanyum alaşımları, tüm alüminyum ve magnezyum alaşımlarından daha iyi performans gösterir;
- mukavemet ve yoğunluk oranı - özgül mukavemet, en iyi yapısal çeliklerinkinden neredeyse 2 kat daha yüksek olan 30-35'e ulaşır;
- havada titanyum, mükemmel korozyon direnci sağlayan ince bir oksit tabakası ile kaplanır.
Metalin dezavantajları da vardır:
- Korozyon direnci ve atalet yalnızca aktif olmayan yüzey ürünleri için geçerlidir. Titanyum tozu veya talaşları, örneğin, 400 C sıcaklıkta kendiliğinden tutuşur ve yanar;
- titanyum metali elde etmenin çok karmaşık bir yöntemi çok yüksek bir maliyet sağlar. Malzeme demirden çok daha pahalıdır veya;
- artan sıcaklıkta atmosferik gazları emme yeteneği, alaşımları eritmek ve elde etmek için vakum ekipmanının kullanılmasını gerektirir, bu da maliyeti önemli ölçüde artırır;
- titanyumun sürtünme önleyici özellikleri zayıftır - sürtünme için çalışmaz;
- metal ve alaşımları, önlenmesi zor olan hidrojen korozyonuna eğilimlidir;
- titanyumun işlenmesi zordur. Isıtma sırasında faz geçişi nedeniyle kaynak yapmak da zordur.
Titanyum levha (fotoğraf)
Özellikler ve özellikler
Büyük ölçüde temizliğe bağlıdır. Referans verileri elbette saf metali tanımlar, ancak teknik titanyumun özellikleri önemli ölçüde değişebilir.
- Metalin yoğunluğu 4,41'den 4,25 g/cm3'e ısıtıldığında azalır.Faz geçişi yoğunluğu sadece %0,15 oranında değiştirir.
- Metalin erime noktası 1668 C'dir. Kaynama noktası 3227 C'dir. Titanyum refrakter bir maddedir.
- Ortalama olarak, çekme mukavemeti 300-450 MPa'dır, ancak bu rakam, sertleştirme ve eskimeye başvurmanın yanı sıra ek elemanların eklenmesiyle 2000 MPa'ya yükseltilebilir.
- HB ölçeğinde sertlik 103'tür ve bu sınır değildir.
- Titanyumun ısı kapasitesi düşüktür - 0,523 kJ/(kg K).
- Spesifik elektrik direnci - 42,1 10 -6 ohm cm.
- Titanyum bir paramagnettir. Sıcaklık azaldıkça manyetik duyarlılığı azalır.
- Metal bir bütün olarak süneklik ve dövülebilirlik ile karakterize edilir. Bununla birlikte, bu özellikler alaşımdaki oksijen ve nitrojenden güçlü bir şekilde etkilenir. Her iki eleman da malzemeyi kırılgan hale getirir.
Madde, nitrik dahil olmak üzere birçok aside, düşük konsantrasyonlarda sülfürik ve formik hariç hemen hemen tüm organik asitlere karşı dayanıklıdır. Bu kalite, titanyumun kimya, petrokimya, kağıt endüstrileri ve benzerlerinde talep görmesini sağlar.
Yapı ve kompozisyon
Titanyum - bir geçiş metali ve elektrik direnci düşük olmasına rağmen, yine de bir metaldir ve elektrik akımını iletir, bu da düzenli bir yapı anlamına gelir. Belirli bir sıcaklığa ısıtıldığında yapı değişir:
- 883 C'ye kadar, a-fazı 4.55 g / cu yoğunlukta stabildir. bkz. Yoğun bir altıgen kafes ile ayırt edilir. Oksijen bu fazda interstisyel solüsyonların oluşumu ile çözülür ve α-modifikasyonunu stabilize eder - sıcaklık sınırını zorlar;
- 883 C'nin üzerinde, vücut merkezli kübik kafesli β fazı kararlıdır. Yoğunluğu biraz daha az - 4.22 g / cu. Hidrojen bu yapıyı stabilize eder - titanyum içinde çözüldüğünde, interstisyel çözeltiler ve hidritler de oluşur.
Bu özellik metalürji uzmanının işini çok zorlaştırır. Titanyum soğutulduğunda hidrojenin çözünürlüğü keskin bir şekilde azalır ve y-fazı olan hidrojen hidrit alaşımda çökelir.
Kaynak sırasında soğuk çatlaklara neden olur, bu nedenle üreticilerin metali hidrojenden temizlemek için erittikten sonra ekstra çalışması gerekir.
Titanyumu nerede bulabileceğinizi ve nasıl yapacağınızı aşağıda anlatacağız.
Bu video, titanyumun metal olarak tanımlanmasına adanmıştır:
Üretim ve madencilik
Titanyum çok yaygındır, bu nedenle metal içeren cevherlerde ve oldukça Büyük miktarlar, sorun yok. Hammaddeler rutil, anataz ve brokit - çeşitli modifikasyonlarda titanyum dioksit, ilmenit, pirofanit - demirli bileşikler vb.
Ancak karmaşıktır ve pahalı ekipman gerektirir. Cevherin bileşimi farklı olduğu için elde etme yöntemleri biraz farklıdır. Örneğin, ilmenit cevherlerinden metal elde etme şeması şöyle görünür:
- titanyum cürufu elde etmek - kaya, bir indirgeyici madde - antrasit, odun kömürü ile birlikte bir elektrik ark ocağına yüklenir ve 1650 C'ye ısıtılır. Aynı zamanda, cürufta dökme demir ve titanyum dioksit elde etmek için kullanılan demir ayrılır ;
- cüruf madenlerde veya tuz klorlayıcılarda klorlanır. İşlemin özü, katı dioksiti gaz halindeki titanyum tetraklorüre dönüştürmektir;
- Direnç fırınlarında özel şişelerde metal klorürden sodyum veya magnezyum ile indirgenir. Sonuç olarak, basit bir kütle elde edilir - bir titanyum sünger. Bu, örneğin kimyasal ekipmanın üretimi için oldukça uygun olan teknik titanyumdur;
- daha saf bir metal gerekiyorsa, arıtmaya başvururlar - bu durumda, metal gaz halinde iyodür elde etmek için iyot ile reaksiyona girer ve ikincisi, sıcaklığın etkisi altında - 1300-1400 C ve elektrik akımı ayrışır, serbest bırakır saf titanyum. Elektriküzerine saf bir maddenin bırakıldığı bir imbik içinde gerilmiş bir titanyum telden beslenir.
Titanyum külçeler elde etmek için titanyum sünger, hidrojen ve nitrojenin çözülmesini önlemek için bir vakum fırınında eritilir.
1 kg titanyum fiyatı çok yüksektir: saflık derecesine bağlı olarak metalin maliyeti 1 kg başına 25 ila 40 $ arasındadır.Öte yandan, aside dayanıklı paslanmaz çelik bir aparatın kasası 150 rubleye mal olacak. ve 6 aydan fazla sürmez. Titanyum yaklaşık 600 r'ye mal olacak, ancak 10 yıl boyunca işletiliyor. Rusya'da birçok titanyum üretim tesisi var.
Kullanım alanları
Saflaştırma derecesinin fiziksel ve mekanik özellikler üzerindeki etkisi bizi bu açıdan düşünmeye zorlar. Bu nedenle, teknik, yani en saf metal değil, kullanımını belirleyen mükemmel korozyon direncine, hafifliğe ve dayanıklılığa sahiptir:
- kimyasal endüstri– ısı eşanjörleri, borular, muhafazalar, pompa parçaları, bağlantı parçaları vb. Asit direnci ve mukavemetinin gerekli olduğu alanlarda vazgeçilmez olan malzeme;
- ulaşım endüstrisi- madde trenlerden bisikletlere kadar araç yapımında kullanılır. İlk durumda, metal, çekişi daha verimli hale getiren daha küçük bir bileşik kütlesi sağlar, ikincisinde hafiflik ve güç verir, titanyum bisiklet çerçevesinin en iyi olarak kabul edilmesi boşuna değildir;
- deniz işleri- titanyum, ısı eşanjörleri, denizaltılar için egzoz susturucuları, valfler, pervaneler vb. yapmak için kullanılır;
- içinde inşaat yaygın olarak kullanılan - titanyum - cepheleri ve çatıları bitirmek için mükemmel bir malzeme. Mukavemetin yanı sıra alaşım, mimari için önemli olan başka bir avantaj sağlar - ürünlere en tuhaf konfigürasyonu verme yeteneği, alaşımı şekillendirme yeteneği sınırsızdır.
Saf metal ayrıca yüksek sıcaklıklara karşı çok dayanıklıdır ve gücünü korur. Uygulama açıktır:
- roket ve uçak endüstrisi - ondan kaplama yapılır. Motor parçaları, bağlantı elemanları, şasi parçaları vb;
- tıp - biyolojik atalet ve hafiflik, titanyumu kalp kapakçıklarına kadar protezler için çok daha umut verici bir malzeme yapar;
- kriyojenik teknoloji - titanyum, sıcaklık düştüğünde sadece güçlenen ve plastisiteyi kaybetmeyen birkaç maddeden biridir.
Titanyum, bu kadar hafiflik ve süneklik ile en yüksek mukavemete sahip bir yapı malzemesidir. Bu benzersiz nitelikler, ona ulusal ekonomide giderek daha önemli bir rol sağlar.
Aşağıdaki video size bir bıçak için titanyumu nereden alacağınızı söyleyecektir: