Характеристика титана » Днепр-Титан — титановый прокат, лигатура, сырье для металлургии

Общая характеристика титана и титановых сплавов

Важнейшими преимуществами титановых сплавов перед другими конструкционными материалами являются их высокие удельная прочность и жаропрочность в сочетании с высокой коррозионной стойкостью. Кроме того, титан и его сплавы хорошо свариваются, парамагнитны и обладают некоторыми другими свойствами, имеющими важное значение в ряде отраслей техники. Перечисленные качества титановых сплавов открывают большие перспективы их применения в тех областях машиностроения, где требуются высокая удельная прочность и жаропрочность в сочетании с высокой коррозионной стойкостью. Это относится, в первую очередь, к таким отраслям техники как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение.

Касаясь некоторых специфических свойств титана, можно отметить, что он представляет большой интерес как конструкционный материал для космических кораблей.

Классификация

Титановые сплав целесообразно разделить на три большие группы:

• Конструкционные и высокопрочные титановые сплавы представляют собой – твердые растворы, что позволяет им обеспечивать оптимальное соотношение характеристик прочности и пластичности.
• Жаропрочные титановые сплавы представляют собой  – твердые растворы с большим или меньшим количеством химического соединения (или начальной стадии его образования), что обеспечивает им повышенную жаропрочность при минимальном снижении пластичности.
• Титановые сплавы на основе химического соединения – представляют интерес как жаропрочный материал с низкой плотностью, способный конкурировать с жаропрочными никелиевыми сплавами в определенном температурном интервале.

В настоящее время титан – один из важнейших конструкционных металлических материалов. Для этого титану в течение 200 лет пришлось пройти путь от признания его непригодным в конструкционных целях до всеобщего поклонения как перед одним из самых перспективных и вечных металлов.

В 1791 г. английский химик и минералог Вильям Грегор открыл новый элемент в минерале менакканите и назвал его «менаккин». Немецкий химик Мартин Клапрот в 1795 г. вторично открыл элемент в минерале рутиле и присвоил ему красивое имя «титан». Это название заимствовано из древнегреческой мифологии: титанами именовались сыновья Геи – богини Земли.

Спустя два года выяснилось, что Грегор и Клапрот открыли один и тот же элемент, который с тех пор носит величественное имя – титан. Многие ученые пытались получить титан в чистом виде и только в 1875 г. русский ученый Д.К. Кириллов впервые смог получить металлический титан, содержащий несколько процентов примесей. В 1910 г. американский химик Хантер сумел произвести несколько граммов чистого титана, содержащего несколько десятых долей процента примесей, которые делают его практически непригодным для обработки. И хотя соли титана уже находили применение, лишь в 1925 г., полученный голландскими учеными Ван Аркелем и де Буре титан высокой частоты продемонстрировал свои уникальные свойства: высокие пластичность, прочность, твердость, коррозионную стойкость.

Титан – тугоплавкий металл, но взаимодействует со многими металлами и неметаллами.

Взаимодействие титана с большинством элементов, в одной стороны, создает значительные трудности при получении  чистого титана, но, с другой стороны, дает возможность получать большое число разнообразных по свойствам сплавов.

Титан входит в состав примерно восьмидесяти минералов, в основном, в виде диоксида титана и солей титановой кислоты. Однако вследствие необычайно высокого химического сродства титана к кислороду, получить титан прямым восстановлением его диоксида – задача почти невыполнимая.  В связи с этим промышленное распространение получил магнийтермический метод, основанный на восстановлении тетрахлорида титана, полученного путем хлорирования диоксида титана, жидким магнием. Восстановленный титан оседает в виде титановой губки на стенках реактора. Метод был предложен немецким ученым Кролем в конце 30-х годов XX в.

Первое производство титана в ограниченных масштабах было пущено в 1954 г. на Подольском химико-металлургическом заводе (ПХМЗ). Исследования, проведенные на ПХМЗ, открыли дорогу для создания отечественной титановой промышленности, были построены мощные предприятия в Запорожье (Украина), Березниках на Урале, Усть-Каменогорске (Казахстан). Созданный в Запорожье институт титана – единственный в мире научный коллектив, занимающийся исключительно проблемами металлургии, химии титана, проектирования титаново-магниевых заводов и применения титана в различных областях промышленной индустрии. 

описание и характеристика сорта, посадка помидор на рассаду и уход

Терпеливым огородникам, имеющим возможность ожидать и получать неплохие урожаи помидор, рекомендуется к разведению данная культура. Томат сорта Титан отлично подходит обладателям невысоких тепличек, размеры его кустов предполагают выращивание даже на балконе. Ознакомимся с его описанием и характеристиками.

Описание и характеристика томата сорта Титан

Сорт согласно характеристике детерминантный, штамбованый. Подходит садоводам, не ожидающим первых сборов урожая в середине летнего сезона, считается среднепоздним по вызреванию.

Высота кустов по описанию достигает 60 сантиметров. Некоторые садоводы полагают, что культура способна обходиться без подвязки, но мнение это является ошибочным. Многочисленные плоды, сформированные почти на каждой веточке, могут сломать томатный куст.

Вес каждого помидора колеблется

от 80 до 120 грамм, цветовой оттенок – от розоватого до красного. Один куст способен дать до 5 килограмм плодов.

Вес плодов Титана – от 80 до 120 грамм

Овощ прекрасно переносит транспортировку, довольно долго способен сохраняться в прохладном месте. Такие особенности только делают использование урожая шире. Зачастую Титан предназначен для реализации.

Овощ идеально подходит для приготовления салатов и прочих блюд.

История селекции и регион произрастания

Своим появлением сорт обязан селекционерам Северного Кавказа, был зарегистрирован официально в 2000 году. С того времени он успешно культивируется не только в теплицах, но и в условиях незащищенного грунта.

С момента высаживания рассады и до появления зрелых плодов проходит от четырех до пяти месяцев. По этой причине Титан пользуется наибольшей популярностью на юге Российской Федерации и в странах СНГ.

Достоинства и недостатки

Результаты культивирования растения помогли выявить в нем ряд преимуществ:

• устойчивость к поражению грибковыми заболеваниями;
• низкий рост кустиков;
• возможность выращивания на грядке, в теплице и даже в домашних условиях;
• прекрасные товарные признаки;
• ровность плодов;
• отменный вкус;
• возможность долгой транспортировки;
• устойчивость растений к нехватке влаги.

Титан обладает прекрасными товарными признаками

Все это помогает огородникам выбирать для себя именно Титан. Особенно данный сорт уважают те, кто не имеет возможности весь летний сезон находиться на дачном участке.

Справедливо будет заметить, что есть у томата и отрицательные признаки:

• он плохо переносит понижение температурного режима;
• во время роста подкормочные составы следует вносить очень осторожно;
• позднее созревание урожая.

По указанным причинам разведение этого томатного сорта в условиях Сибири и Урала без применения теплиц не представляется возможным. Урожай либо не успеет вызреть, либо будет уничтожен майскими морозами.

Посадка семян

Для посева культуры на рассаду лучше всего подходит март месяц. Подбирается семенной материал, замачивается в растворе марганцовки, чтобы профилактировать различные болезни. Всплывшие на поверхность семечки удаляют – для посадки они не подойдут.

К магазинным семенам это не относится – их обрабатывают промышленными методами.

Семена помидора Титан

Посадочный материал выдерживается в растворе до двенадцати часов. За это время готовится почвенный состав. Земля прокаливается в духовом шкафу, смешивается с речным песком и древесной золой.

Посадку можно выполнять в отдельные стаканчики или ящики. По завершению посева почва поливается теплой водой, емкости укрываются полиэтиленовой пленкой, ставятся в теплое место. Как только появятся первые всходы, ящики можно открыть.

Полив следует выполнять регулярно, разворачивать ящики другой стороной, чтобы саженцы могли развиваться равномерно. Пикировка выполняется, когда появятся первые листики. Тогда же рассаду можно подкормить минеральными удобрительными составами. Закаливание растений начинается примерно за десять дней до пересадки в грунт.

Пересадка саженцев в открытый грунт

Выполнять это можно, когда всходам исполнится месяц.

Для южных районов России это время выпадает на май, центральная часть проводит пересадку в начале лета. Если предполагается выращивание в тепличных условиях – все могут переносить рассаду в мае.

Если почва достаточно удобрена и проводится регулярная подкормка, можно высадить саженцы по схеме девять кустов на каждый квадратный метр. Перед пересадкой почва проливается раствором медного купороса, в каждую лунку вносятся минеральные удобрения.

Перед высадкой рассады Титана в грунт почва проливается медным купоросом

Условия выращивания

За время всего вегетативного периода на грядках необходимо постоянно удалять сорную траву, рыхлить почву, проводить поливы и вносить минеральные компоненты. Один раз в месяц разрешается применять органические составы, но количество их должно быть умеренным.

Чтобы улучшить урожайность, следует формировать кустик пасынкованием на два – три стебля. Во время активного роста культуру следует постоянно подкармливать удобрениями, содержащими в себе калий и фосфор.

Особенности плодоношения сорта

Для улучшения урожайности рекомендуется придерживаться советов опытных огородников:

• посев семян необходимо выполнять за пару месяцев до предполагаемого перемещения рассады в грунт;
• предшествовать томатам должны кабачки, огурчики, морковка, укроп, петрушка;
• оптимальный вариант посадки – схема «пятьдесят на сорок» сантиметров;
• поливы начинают через две недели после пересадки, действуя по необходимости;
• подвязку выполняют по мере роста, чтобы куст не сломался.

Чтобы куст не сломался под весом плодов необходимо делать подвязку

Болезни и их профилактика

Титан страдает восприимчивостью к фитофторе, при защите от которой следует уменьшать количество поливов, тщательно проветривать теплицы, чтобы снизить уровень влажности воздуха.

Не будет лишним обработка растений «Фитоспорином».

В остальном придерживаются только профилактических мероприятий. На открытых грядках растение может быть подвержено нападению колорадского жука, против которого рекомендуется применить препарат «Престиж».

От белянки, пилильщика и плодожорки поможет избавиться «Лепидоцид». Если выращиваете культуру на балконе, то проблем с болезнями и вредными паразитами не произойдет.

Из всего следует, что этот томатный сорт не нуждается в особенном уходе. С такой культурой вполне справится любой начинающий огородник, и урожаи действительно будут отменными.

Тыква Титан — характеристика сорта, условия выращивания и основной уход

Гигантская тыква Титан — это уникальный сорт, в котором сочетаются все самые лучшие особенности этого растения. Это большой размер плода, ценные целебные свойства, способность тыквы в течение долгого временного периода сохранять свои товарные качества, привлекательный внешний вид и  достаточно неплохой вкус.

Тыква Титан — описание сорта

Тыква Титан относится к мускатным сортам, которые отличаются достаточно высоким содержанием сахаров. Именно поэтому этот тыквенный сорт очень часто используется хозяйками в сладких заготовках: из них выжимают сок, варят повидло и варенья.

Огромная тыква (фото)

Плод – огромная ложная многосеменная ягода шарообразной формы. Кожура имеет оранжевый цвет с еле заметным кремовым напылением. Сорт является среднеспелым – от первых всходов до полного созревания плода проходит около 4 месяцев.

Кусты с мощными удлиненными плетями, огромными тыквинами с рельефной сегментацией. Мякоть отличается насыщенно желто-оранжевым цветом, сладостью и сочностью. Большое значение играет и форма тыковки. Гигантскими становятся только круглые и немного удлиненные вверх плоды.

Из-за сильной плетистости сорта, а также из-за огромных размеров плодов, растение требует достаточного места при посадке. Семена при посадке следует размещать в квадрате периметром 4 метра.

Этот сорт является светолюбивым. Может переносить небольшое засорение земли, на которой растет. Не переносит повышенную кислотность почвы.

Опылять это растение рекомендуют вручную, с целью получения более ранней завязи, которая будет иметь возможность сформировать плоды до конца сезона. При формировании трех и более больших мощных ветвей у одного растения, к середине лета на нем могут быть обнаружены около 8 завязей.

Для того, чтобы вырастить тыкву рекордного размера, перед посадкой семян в почву нужно отобрать семена самых крупных тыквенных экземпляров. При посадке не следует сажать гигантскую тыкву вблизи кабачков и патиссонов, потому что может происходить переопыление этих тыквенных культур. А гибриды имеют худшие вкусовые свойства, и они обычно не достигают возможных для тыквы Титана гигантских размеров.

Способная вырасти до гигантских размеров, тыква Титан обладает мощной корневой системой, проникающей вглубь до 3м. Находясь глубоко в земле, корневая система щедро снабжается необходимой для роста растения влагой. Но, несмотря на это, тыква нуждается в умеренном поливе. Растение хорошо реагирует на минеральные удобрения.

Где растет?

Выращивание в открытом грунте (фото)

Растет тыква Титан в умеренном климате, при котором среднесуточная температура в периодвыращивания составляет примерно 15 градусов. Вырастает до больших размеров на плодородных и окультуренных почвах, хорошо прогреваемых солнечным теплом. Тыква Титан плохо плодоносит в чересчур сырой и глинистой земле.

Огромные тыквы этого сорта были выращены в Европе, на севере Америки и на юге Канады, где лето не бывает слишком долгим и очень жарким.

Так, например:

• в Голландии была выращена тыква весом примерно 570 кг;
• на Аляске получили тыквенный урожай весом около 463 кг;
• самая большая тыква Титан, выращенная в Швеции, весит 541 кг.

Растение неприхотливо в уходе, если соблюдать необходимые условия для выращивания, можно получить хороший урожай.

Какого размера плоды

В аннотации к семенам обычно пишут, что средняя масса плодов этого сорта достигает 200 кг, а при созданных благоприятных условиях, согласно отзывов, некоторые образцы бывают 500 кг.

Фото спелого плода гигантской тыквы

Не применяя какую-то особенную технологию культивирования растения, тыква Титан достигает веса от 35 до 50 кг, что тоже не так уж и мало. На практике при должном уходе и обеспечении необходимых условий роста вес одной тыквы достигает 150 кг.

Для того, чтобы вырастить тыкву Титан рекордных размеров, необходимо оставлять на растении 1-2 плодов. Все образующиеся завязи очень важно  удалять.

Огромный размер тыквы можно вырастить, каждый год покупая новые семена. Для рекордного роста растения не рекомендуют использовать прошлогодние семена. Покупая пакетик семян, обязательно нужно обращать внимание на срок их годности.

Необходимый уход

При обеспечении тыквы Титан необходимым уходом, можно получить весьма впечатляющий урожай. Для этого нужно:

Благодаря тому, что тыквенный сорт достаточно неплохо плетется, семена высаживают на расстоянии 1,5 метра.

Для обеспечения роста плодов почва для их выращивания удобряется перегноем.

Чтобы вырастить вкусную, сладкую тыкву с мускатным ароматом, растение нужно умеренно поливать.

После обильного дождя поливать не нужно в течение нескольких дней, почва под растением не должна быть чрезмерно увлажненной.

Почва для посадки растения готовится с осени. Заправляется коровьим или конским навозом, весной добавляется только перегной.

Перед тем, как тыква будет посажена, в землю можно посадить растения, которые способствуют улучшению почвенной структуры, такие как: горох, клевер, пшеница или овес.

Тыква, выращенная из рассады

Тыква Титан высаживается в небольшие торфяные емкости, объем которых достигает не меньше одного литра.

В грунт высаживается рассада вместе с торфяной емкостью, это делается для того, чтобы чувствительные к пересадке корешки растения не были повреждены.

Необходимо сделать небольшие заслоны для невысоких растения, для обеспечения их защиты от заморозков, ветров и обильных осадков.

Если диаметр каждого плода измерять по окружности сантиметровой лентой в течение недельного срока, можно определить какой растет быстрее своих собратьев. В результате на ветке нужно оставить именно этот плод, остальные удалить.

Достаточно рано надо начинать пасынкование. При достижении маленькой тыковки размера 3 м, нужно прищипнуть побег.

После пасынкования концы побегов тыквы нужно надежно укоренить в почву, таким образом уменьшится влагопотеря.

Соблюдая эти несложные правила ухода за растением, к концу сентября оно порадует крупными сладкими сочными плодами.

Какая подкормка необходима

Подкормку корневой системы рекомендуют проводить раствором на водной основе из минеральных удобрений.

Тыква, готовая к употреблению

Первая подкормка должна быть произведена через четырнадцать дней после высадки растения. Для первоначального разведения удобрения берутся азот, калий и фосфор в пропорции 15:30:15.

На втором месяце жизни растения пропорции минерального удобрения меняются. Компоненты остаются неизменными: азот, калий и фосфор в пропорции 20:20:20. А ближе к началу августа нужно брать такое соотношение этих компонентов: 15:11:29. Главное помнить, что тыкву Титан лучше недокормить, чем нанести вред корневой системы из-за излишней добавки минеральных удобрений.

Тыква Титан становится готова к уборке урожая непосредственно перед первыми заморозками, начиная примерно с середины октября.

Невсегда размеры говорят о зрелости. Чтобы понять, когда возможен сбор урожая, нужно обратить внимание:

• Насколько одревесневела плодоножка плода, у зрелой тыквы Титан она должна быть высохшей и достаточно жесткой.
• Насколько высохли и пожелтели листья.
• Цвет спелой тыквы Титан должен быть насыщенно оранжевым, у неспелой цвет кожуры более спокойный.
• Насколько плотна оболочка плода.

Если плод вырос до внушительных размеров и вышеописанные условия соблюдены, можно приступать к сбору долгожданного урожая.

Мнение эксперта

Юлия Юрьевна

Имею большой сад и огород, несколько теплиц. Люблю современные методики культивирования растений и мульчирования почвы, делюсь опытом.

Задать вопрос

Возможные болезни и вредители

Описанный сорт имеет неплохой иммунитет и не часто подвергается заболеваниям. Но иногда, в период длительной влажной и холодной погоды, а также в результате погрешностей в уходе иммунитет растения падает и его может поразить инфекция.

Наибольший урон тыке может нанести бактериоз. Характерный признак — коричневые пятна на листве. Когда они полностью засыхают, то образуют впадины.

Болезнь чаще всего развивается при значительных колебаниях температуры или в следствии произрастания куста в слишком влажном грунте. Это устойчивая болезнь, что сохраняется на растительных остатках и может поражать даже семена.

При первых признаках нужно удалить пораженные части растения. Если заболевание успело распространиться, лучше уничтожить весь куст, пока инфекция не поразила расположенные рядом культуры. Важен севооборот — лучше высаживать тыквенные растения на одной и той же грядке не чаще, чем раз в 4 года.

Посадочный материал нужно подержать в растворе сернокислого цинка около суток. Как для профилактики, так и с целью лечения кусты можно обработать бордосской смесью.

Если листья и стебли покрылись белым налётом, похожим на пыль, причина проблемы в развитии мучнистой росы. По мере развития грибка, такой налет распространяется по всему листку, который в дальнейшем желтеет и отмирает.

При обнаружении проблемы нужно вырезать все пораженные участки. Также, рекомендуем убирать весь мусор с грядки после сбора урожая, ведь споры прекрасно зимуют в сухой траве и листьях.

Предпосылками к болезни могут стать: избыточное внесение азотсодержащих подкормок, недостаток влаги, а также ее излишек, большое количество сорных растений на грядке.

Для лечения или профилактики можно обработать тыкву препаратом Квадрис или Топаз.

Из вредителей наиболее опасны паутинные клещи. Появляются преимущественно в жаркую и очень сухую погоду. Признаками нападения такого вредителя являются сухие и пожелтевшие листики, что при этом опутаны тонкой паутинкой. Клещик постепенно уничтожает растение, так как питается его соками.

Мерами профилактики являются соблюдение чистоты на грядках, своевременный полив, опрыскивание растений в особенно засушливые периоды. Из препаратов применяют Неорон или Актеллик. При незначительном распространении можно использовать раствор мыла и золы.

На кустах тыквы также может появиться тля. К соблюдению севооборота и чистоты на грядках стоит добавить уничтожение расположенных рядом муравейников. Для изгнания непрошенных гостей применяют раствор борной кислоты, Актару или Карбофос.

Во время просмотра видео вы узнаете о выращивании тыквы.

Для получения гигантского сорта тыквы, получившего широкое распространение по всему миру, нужна плодородная земля, неплохие погодные условия с мягким нежарким летом, соблюдение правил полива и удобрения растения. Осенью можно будет собирать плоды удивительно больших размеров и долго лакомиться спелой сладковатой мякотью.  

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.

Это меня удивило

Бахчевые

Титан

Химический элемент титан относится к переходным металлам. Он был открыт в 1791 году преподобным Уильямом Грегором.

Зона данных

Классификация:	Титан — переходный металл
Цвет:	серебристо-белый
Атомный вес:	47,87
Состояние:	цельный
Температура плавления:	1668 o C, 1941 K
Температура кипения:	3287 o C, 3560 K
Электронов:	22
Протонов:	22
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе:	26
Электронные оболочки:	2,8,10,2
Электронная конфигурация:	[Ар] 3d 2 4s 2
Плотность при 20 o C:	4. 50 г / см 3

Показать больше, в том числе: температуры, энергии, окисление,
реакции, соединения, радиусы, проводимости

Атомный объем:	10,64 см 3 / моль
Состав:	hcp: шестиугольное закрытие pkd
Твердость:	6.0 mohs
Удельная теплоемкость	0,52 Дж г -1 K -1
Теплота плавления	14.15 кДж моль -1
Теплота распыления	471 кДж моль -1
Теплота испарения	425 кДж моль -1
1 st энергия ионизации	658 кДж моль -1
2 nd энергия ионизации	1310,3 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации	2652.5 кДж моль -1
Сродство к электрону	7,6 кДж моль -1
Минимальная степень окисления	–1
Мин. общее окисление нет.	0
Максимальное число окисления	4
Макс. общее окисление нет.	4
Электроотрицательность (шкала Полинга)	1,54
Объем поляризуемости	14.6 Å 3
Реакция с воздухом	легкая, без нагрева ⇒ TiO 2
Реакция с 15 M HNO 3	пассивированный
Реакция с 6 M HCl	нет
Реакция с 6 М NaOH	нет
Оксид (оксиды)	TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 (диоксид титана) и др.
Гидрид (-ы)	TiH 2
Хлориды	TiCl 2 , TiCl 3 , TiCl 4
Атомный радиус	140 вечера
Ионный радиус (1+ ион)	128 вечера
Ионный радиус (2+ ионов)	100 часов
Ионный радиус (3+ ионов)	81 вечера
Ионный радиус (1-ионный)	–
Ионный радиус (2-ионный)	–
Ионный радиус (3-ионный)	–
Теплопроводность	21. 9 Вт м -1 K -1
Электропроводность	2,6 x 10 6 См -1
Температура замерзания / плавления:	1668 o C, 1941 K

Музей Гуггенхайма, Бильбао, покрытый титановыми панелями.

Ильменит, минерал, в котором Уильям Грегор открыл титан.

Открытие титана

Доктор Дуг Стюарт

Об открытии титана было объявлено в 1791 году геологом-любителем преподобным Уильямом Грегором из Корнуолла, Англия. ^{(1), (2)}

Грегор нашел черный магнитный песок, похожий на порох, в ручье в округе Маннакан в Корнуолле, Англия. (Теперь мы называем этот песчаный ильменит; это смесь, состоящая в основном из оксидов железа и титана.)

Грегор проанализировал песок и обнаружил, что это в основном магнетит (Fe ₃ O ₄ ) и довольно нечистый оксид нового металла, который он описал как «красновато-коричневый кальций».

Эта окалина стала желтой при растворении в серной кислоте и пурпурной при восстановлении железом, оловом или цинком.Грегор пришел к выводу, что он имеет дело с новым металлом, который он назвал манакканитом в честь прихода Маннакана.

Обнаружив новый металл, Грегор вернулся к своим пастырским обязанностям.

Немногое больше происходит в нашей истории до 1795 года, когда известный немецкий химик Мартин Клапрот испытал волнение от открытия нового металлического элемента. Клапрот назвал новый металл титаном в честь титанов, сыновей богини Земли в греческой мифологии.

Клапрот обнаружил титан в минерале рутиле из Бойника, Венгрия.Как и калькс Грегора, рутил был красного цвета. В 1797 году Клапрот прочитал отчет Грегора от 1791 года и понял, что красный оксид, в котором он нашел титан, и красный оксид, в котором Грегор нашел манакканит, на самом деле одно и то же; титан и макканит были одним и тем же элементом, и Грегор был настоящим первооткрывателем этого элемента.

Грегор, возможно, превзошел Клапрота в новом металле, но ученые предпочли «титан» Клапрота «манакканиту» Грегора.

Получить образец чистого титана оказалось намного сложнее, чем его обнаружить.

Многие ученые пытались, но прошло 119 лет с момента его открытия, пока в 1910 году металлург Мэтью Хантер в Скенектади, штат Нью-Йорк, не выделил титан с чистотой 99,9%, который нагрел хлорид титана (IV) с натрием до красного тепла в цилиндре под давлением. ⁽²⁾

В 1936 году процесс Кролла (нагрев хлорида титана (IV) с магнием) сделал возможным промышленное производство титана. К 1948 году мировое производство достигло всего 3 тонн в год.

К 1956 году, однако, ученые и инженеры поняли, что свойства титана очень желательны, и мировое производство резко выросло до 25 000 тонн в год. ⁽³⁾

Прогноз мирового производства металлического титана с использованием процесса Kroll на 2011 год составлял 223 000 метрических тонн. ⁽⁴⁾

Кузнец делает нож из титана и демонстрирует свойства металла.

Мелкодисперсный титан легко горит.

Компьютерное изображение атомов титана (синий), связанных с углеродной нанотрубкой в ​​водородном (красный) топливном элементе.Подобные молекулы могут повысить эффективность топливных элементов для использования в автомобилях. Изображение: T. Yildirim / NIST

Внешний вид и характеристики

Вредные воздействия:

Металлический титан считается нетоксичным. В виде металлической стружки или порошка он представляет значительную опасность пожара. Хлориды титана вызывают коррозию.

Характеристики:

Чистый титан — легкий, серебристо-белый, твердый, блестящий металл. Он обладает превосходной прочностью и устойчивостью к коррозии, а также имеет высокое соотношение прочности и веса.

Скорость коррозии титана настолько мала, что после 4000 лет в морской воде коррозия могла бы проникнуть в металл только на толщину тонкого листа бумаги. ⁽³⁾

При высоких температурах металл горит на воздухе и, что необычно, титан горит еще и в чистом азоте.

Титан пластичен и податлив при нагревании.

Нерастворим в воде, но растворим в концентрированных кислотах.

Использование титана

Металлический титан используется в качестве легирующего агента с металлами, включая алюминий, железо, молибден и марганец.Сплавы титана в основном используются в аэрокосмической отрасли, самолетах и ​​двигателях, где необходимы прочные, легкие, термостойкие материалы.

Благодаря своей устойчивости к морской воде (см. Выше) титан используется для изготовления корпусов судов, гребных валов и других конструкций, подверженных воздействию моря.

Титан также используется в имплантатах для замены суставов, таких как шаровидный тазобедренный сустав.

Около 95% производства титана приходится на долю диоксида титана (диоксида титана).Этот ярко-белый пигмент с высоким показателем преломления и сильным поглощением УФ-излучения используется в белых красках, пищевых красителях, зубных пастах, пластмассах и солнцезащитных кремах.

Титан используется в нескольких повседневных изделиях, таких как сверла, велосипеды, клюшки для гольфа, часы и портативные компьютеры.

Численность и изотопы

Полнота земной коры: 0,56% по массе, 0,25% по молям

Солнечная система изобилия: 4 части на миллион по весу, 100 частей на миллиард по молям

Стоимость, чистая: 661 доллар за 100 г

Стоимость, оптом: $ за 100 г

Источник: Титан — девятый по содержанию металл в земной коре.Титан не встречается в природе в свободном виде, но содержится в таких минералах, как рутил (оксид титана), ильменит (оксид железа, титана) и сфен (титанит или силикат титана кальция).

В промышленных масштабах металл выделяют с использованием процесса Кролла, при котором оксид титана сначала получают из минерала ильменита. Оксид TiO ₂ затем превращается в хлорид (TiCl ₄ ) посредством карбохлорирования. Его конденсируют и очищают фракционной перегонкой, а затем восстанавливают расплавленным магнием в атмосфере аргона.

Изотопы: Титан имеет 18 изотопов, период полураспада которых известен, с массовыми числами от 39 до 57. Встречающийся в природе титан представляет собой смесь его пяти стабильных изотопов, и они находятся в указанных процентах: ⁴⁶ Ti (8,2%), ⁴⁷ Ti (7,4%), ⁴⁸ Ti (73,7%), ⁴⁹ Ti (5,4%) и ⁵⁰ Ti (5,2%). Наиболее естественно распространенный из этих изотопов ⁴⁸ Ti 73,7%.

Список литературы

1. Уильям Грегор, Beobachtungen und Versuche über den Menakanite, einen in Cornwall gefundenen magnetischen Sand., в Chemische Annalen Лоренца Крелла, 1791, стр. 40.
2. Мэри Эльвира Уикс, Открытие элементов. XI. Некоторые элементы, выделенные с помощью калия и натрия: цирконий, титан, церий и торий. J. Chem. Образов., 1932, с. 1231.
3. Том Маргерисон, Будущее титана., New Scientist, 12 июня 1958 г., стр. 156.
4. Исследования и разработки в области титана.

Цитируйте эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

 Титан 
 

или

  Факты о титановых элементах 
 

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:

 «Титан». Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 18 октября 2012 г. Интернет.
. 

Информация о марках титана

— свойства и области применения для всех титановых сплавов и чистых марок

Марки и сплавы титана: свойства и применение

Ниже приводится обзор наиболее часто встречающихся титановых сплавов и чистых марок, их свойств, преимуществ и промышленных применений. Конкретную терминологию см. В разделе «Определения» в конце этой страницы.

Технически чистый титан марок

1 класс

Титан Grade 1 — это первая из четырех технически чистых марок титана. Это самая мягкая и пластичная из этих марок. Он обладает превосходной формуемостью, отличной коррозионной стойкостью и высокой ударной вязкостью.

Благодаря всем этим качествам материал Grade 1 является предпочтительным для любого применения, где требуется простота формуемости, и обычно доступен в виде титановых пластин и трубок.К ним относятся:

• Химическая обработка
• Производство хлоратов
• Аноды размерные стабильные
• Опреснение
• Архитектура
• Медицинская промышленность
• Морская промышленность
• Автозапчасти
• Конструкция планера

2 класс

Титан Grade 2 называют «рабочей лошадкой» индустрии коммерчески чистого титана благодаря его разнообразным возможностям использования и широкой доступности. Он имеет многие из тех же качеств, что и титан Grade 1, но немного прочнее. Оба одинаково устойчивы к коррозии.

Этот сплав обладает хорошей свариваемостью, прочностью, пластичностью и формуемостью. Это делает титановые прутки и листы Grade 2 лучшим выбором для многих областей применения:

• Архитектура
• Производство электроэнергии
• Медицинская промышленность
• Переработка углеводородов
• Морская промышленность
• Кожух выхлопных труб
• Обшивка планера
• Опреснение
• Химическая обработка
• Производство хлоратов

3 класс

Детали из титана 3-го класса

Этот сорт наименее используется из коммерчески чистых марок титана, но это не делает его менее ценным.Сорт 3 прочнее, чем классы 1 и 2, аналогичен по пластичности и лишь немного менее пластичен, но обладает более высокими механическими характеристиками, чем его предшественники.

Grade 3 используется там, где требуется умеренная прочность и высокая коррозионная стойкость. К ним относятся:

• Конструкции аэрокосмические
• Химическая обработка
• Медицинская промышленность
• Морская промышленность

4 класс

Марка 4 известна как самая прочная из четырех марок технически чистого титана.Он также известен своей превосходной коррозионной стойкостью, хорошей формуемостью и свариваемостью.

Хотя он обычно используется в следующих промышленных приложениях, сорт 4 недавно нашел свою нишу в качестве титана медицинского назначения. Он необходим там, где требуется высокая прочность:

• Детали планера
• Сосуды криогенные
• Теплообменники
• Оборудование CPI
• Трубки конденсатора
• Хирургическое оборудование
• Корзины для маринования

Титановые сплавы

7 класс

Grade 7 механически и физически эквивалентен Grade 2, за исключением добавления промежуточного элемента палладия, что делает его сплавом.Марка 7 обладает отличной свариваемостью и фабричностью, а также самой высокой коррозионной стойкостью среди всех титановых сплавов. Фактически, он наиболее устойчив к коррозии в восстанавливающих кислотах.

Grade 7 используется в химических процессах и компонентах производственного оборудования.

11 класс

Обработка титана Grade 1

Grade 11 очень похож на Grade 1, за исключением добавления небольшого количества палладия для повышения коррозионной стойкости, что делает его сплавом.Эта коррозионная стойкость полезна для защиты от щелевой эрозии и снижения кислотности в хлоридных средах.

Другие полезные свойства включают оптимальную пластичность, формуемость в холодном состоянии, полезную прочность, ударную вязкость и отличную свариваемость. Этот сплав может использоваться в тех же областях применения титана, что и сплав 1, особенно там, где существует проблема коррозии, например:

• Химическая обработка
• Производство хлоратов
• Опреснение
• Морское применение

Ti 6Al-4V (класс 5)

Известный как «рабочая лошадка» титановых сплавов, Ti 6Al-4V, или титан Grade 5, является наиболее часто используемым из всех титановых сплавов. На его долю приходится 50 процентов от общего объема потребления титана во всем мире.

Его удобство использования заключается в его многочисленных преимуществах. Ti 6Al-4V может подвергаться термообработке для повышения его прочности. Его можно использовать в сварных конструкциях при рабочих температурах до 600 ° F. Этот сплав отличается высокой прочностью при небольшом весе, полезной формуемостью и высокой коррозионной стойкостью.

Удобство использования

Ti 6AI-4V делает его лучшим сплавом для использования в нескольких отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, медицинская, морская и химическая промышленность.Может быть использован при создании таких технических вещей как:

• Турбины авиационные
• Детали двигателя
• Конструктивные элементы самолета
• Крепеж для аэрокосмической отрасли
• Высокопроизводительные автоматические детали
• Морское применение
• Спортивное оборудование

Ti 6AL-4V ELI (класс 23)

Хирургический титан Grade 23

Ti 6AL-4V ELI, или Grade 23, является версией Ti 6Al-4V с более высокой степенью чистоты. Из него могут быть катушки, пряди, проволока или плоская проволока. Это лучший выбор для любой ситуации, когда требуется сочетание высокой прочности, небольшого веса, хорошей коррозионной стойкости и высокой прочности. Он имеет более высокую устойчивость к повреждениям по сравнению с другими сплавами.

Эти преимущества делают Grade 23 лучшим сортом титана для стоматологии и медицины. Он может использоваться в биомедицинских приложениях, таких как имплантируемые компоненты, благодаря своей биосовместимости, хорошей усталостной прочности и низкому модулю упругости.Его также можно использовать в подробных хирургических процедурах, например:

• Спицы и винты ортопедические
• Тросы ортопедические
• Зажимы для лигатуры
• Скобы хирургические
• Пружины
• Ортодонтические аппараты
• При замене суставов
• Сосуды криогенные
• Аппараты костной фиксации

12 класс

Титан класса 12 Применения

Титан класса 12 имеет оценку «отлично» за его высокое качество свариваемости. Это очень прочный сплав, обеспечивающий большую прочность при высоких температурах. Титан марки 12 обладает характеристиками, аналогичными нержавеющим сталям серии 300.

Этот сплав может быть подвергнут горячей или холодной штамповке с использованием листогибочного пресса, гидравлического прессования, штамповки с растяжением или метода ударного молота. Его способность формироваться различными способами делает его полезным во многих приложениях. Высокая коррозионная стойкость этого сплава также делает его бесценным для производственного оборудования, где существует проблема щелевой коррозии.Grade 12 может использоваться в следующих отраслях и сферах применения:

• Кожух и теплообменники
• Гидрометаллургия
• Химическое производство при повышенных температурах
• Морские и авиационные компоненты

Ti 5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2.5Sn — это нетермообрабатываемый сплав, который обеспечивает хорошую свариваемость и стабильность. Он также обладает высокой температурной стабильностью, высокой прочностью, хорошей коррозионной стойкостью и хорошим сопротивлением ползучести. Ползучесть — это явление пластической деформации в течение длительных периодов времени, которое происходит при высоких температурах.

Ti 5Al-2.5Sn в основном используется в самолетах и ​​корпусах самолетов, а также в криогенных приложениях.

Определения

Титановая прутковая ложа

Метод ударного молотка — Использование машины, состоящей из наковальни или основания, выровненного с молотком, который поднимается и затем опускается на расплавленный металл для ковки или штамповки металла.

Пластичность — способность металла легко вытягиваться в проволоку или тонко забиваться молотком; легко формуются или формируются.

Фабричность — Относится к способности металла использовать для создания машин, конструкций и другого оборудования посредством формования и сборки.

Формуемость — Способность металла принимать различные формы и формы.

Формование с помощью гидропресса — Давление, оказываемое резиновой головкой пресса, формирует лист металла в соответствии с конфигурацией инструмента, формируя металл.

Промежуточные элементы — «примеси», обнаруженные в чистых металлах, иногда улучшающие сплав.

Листогибочный пресс для формовки — Станок, используемый для гибки листового металла в любую требуемую форму.

Метод формования растяжением — метод, при котором нагретый металлический лист растягивается по форме, а затем охлаждается для придания формы.

Титановые сплавы — обзор

7.3 Титановые сплавы

7.3.1 Введение

Титановые сплавы давно используются для лечения травматических переломов костей.Было обнаружено, что титановые сплавы являются хорошей заменой SS из-за их лучшей коррозионной стойкости, меньшей жесткости и более легкой обработки. Однако модуль Юнга титанового сплава (113 ГПа) по-прежнему намного выше, чем у кортикального слоя кости (15–20 ГПа). Об успешном лечении травматических переломов костей было опубликовано много публикаций с хорошими клиническими результатами с использованием имплантатов из титанового сплава. Имплантаты из титанового сплава обеспечат фиксацию кость-имплантат с хорошей прочностью в условиях физиологической нагрузки человека, при которых кость может зажить с высокой скоростью сращения переломов. Однако качество зажившей кости и время сращения не могут быть эффективно достигнуты в кости с низкой минеральной плотностью. Даже у молодых пациентов с костной тканью с хорошей минеральной плотностью функциональные потребности пациента могут быть не полностью удовлетворены. Жесткость конструкции кость-имплантат для раннего образования костной мозоли, защита от напряжения на заключительном этапе заживления кости, фиксация винтов на кости, потеря репозиции, смещение фиксации, удаление имплантата [57] и т. Д. — вот некоторые клинические проблемы, которые имеют риск неудачи и стать причиной неудачных клинических исходов.Уменьшение боли и естественная функция суставов в месте перелома — вот окончательные клинические результаты, которых желают пациенты. Успешные результаты имплантатов из титанового сплава описаны в ряде статей [58–82] для дистальной лучевой пластины [58–61], дистальной пластины бедренной кости [62–65], проксимальной пластины большеберцовой кости [66–69], одной трети пластина [70–72], пластина для реконструкции [74,75,83], пластина дистальной части плечевой кости [76–78], пластина проксимальной части плечевой кости [79,80] и пластина с крючком для локтевого сустава [81]. Несмотря на сообщенные успешные результаты для имплантатов из титанового сплава, некоторые биоматериалы (например,g., композиты PEEK [84] и биоразлагаемый магний) оказались многообещающими для использования в имплантатах для травм. Хотя механические побочные эффекты титанового сплава могут ограничить эффективное лечение травматических переломов костей, он по-прежнему является надежным материалом для использования в травматических имплантатах. Механические свойства этого материала могут быть усовершенствованы, чтобы уменьшить несоответствие кортикальной кости [85–87]. Однако лечение костного остеопороза является ключом к разработке травматических имплантатов с учетом материала, структуры имплантата и механизма.В костях с низкой минеральной плотностью использовалась костная пластика для улучшения заживления кости в сочетании с титановыми имплантатами. Титановый имплантат может вызвать раздражение или разрыв мягких тканей (например, разрыв сухожилия сгибателя в дистальной зоне лучевой кости), что потребует удаления пластины [88].

7.3.2 Разработка титанового сплава для биомедицинских имплантатов

Для разработки биомедицинских титановых сплавов предусмотрены более высокая биосовместимость, более высокая коррозионная стойкость и более низкий модуль упругости кортикального слоя кости.Хотя Ti6Al4V обладает хорошей механической прочностью и коррозионной стойкостью, выделение ионов ванадия (V) и алюминия (Al) может ограничить возможность использования этого материала в течение длительного времени. Восстановление α-фазы в титановых сплавах снижает модуль Юнга; поэтому титановые сплавы с более высокой β-фазой (β-титан) были исследованы для использования в имплантатах для травм. Титановые сплавы с высоким содержанием β-фазы (например, Ti – 35Nb – 7Zr – 5Ta, Ti – 29Nb – 4.6Zr – 13Ta, Ti-15Mo (TM) и Ti-15Mo-5Zr-3Al (TMZA)) имеют более высокую коррозию. сопротивление и лучшая пластичность по сравнению с α + β титановыми сплавами (Ti-GAl-7Nb (TAN), Ti-6Al-4V (TAV) и Ti-6Al-4V ELI (TAV ELI)) [89,90].Было обнаружено, что с помощью микроструктурной инженерии титановых сплавов можно разработать оптимальные микроструктурные фазы α + β для получения титановых сплавов с более низким модулем Юнга и хорошей механической прочностью для использования в системах покрытия травм [91]. Например, Dai et al. [92] разработали новый β-титан (Ti-35Nb-4Sn-6Mo-9Zr) с модулем Юнга 65 ГПа, что значительно ниже, чем у обычного титанового сплава «Ti6Al4V» (110 ГПа), а их выход и предел прочности сопоставим.

Arifin et al. [94] обнаружили, что модуль титанового сплава может быть уменьшен путем смешивания с гидроксиапаптитом HA с использованием соответствующей порошковой металлургии. В их исследованиях температура спекания или диффузии двух материалов играла доминирующую роль при обработке HA / Ti. Интеграция композита HA / Ti с естественными тканями наблюдалась в тестах на биологическую активность in vitro и in vivo, из которых можно было сделать вывод о более высокой биологической активности композита HA / Ti по сравнению с титановыми сплавами.Кроме того, наноструктурирование может улучшить механические свойства [95,96] и биоактивность [97,98] материалов на основе титана. В процессе наноструктурирования диффузия и скольжение границ усиления улучшаются, чтобы сформировать ультрамелкозернистые материалы на основе титана для биомедицинского применения [99]. Сплав β-титан-хром (β-Ti-9Cr) использовался для спинного стержня с более низким модулем Юнга (85 ГПа) и более высоким пределом текучести (> 1000 МПа) и удлинением разрушения (~ 20%) по сравнению со сплавом Ti6Al4V [ 100,101].Этот новый сплав был разработан путем сочетания технологий ω-фазового превращения, вызванного деформацией, деформационного двойникования и скольжения дислокаций для достижения желаемых механических свойств при оптимизации высвобождения ионов для использования в спинном стержне. Аналогичным образом, титан-35-ниобиевый сплав (Ti-35Nb) был исследован как потенциальный материал для использования в биомедицинских имплантатах [102,103]. Модуль Юнга этого сплава составляет 80 ГПа, что намного ниже, чем у обычного сплава Ti (100–110 ГПа) с сопоставимой биосовместимостью.Также было показано, что биоактивность Ti-35Nb может быть увеличена с образованием пористого слоя на его поверхности [102].

Образование слоя оксида титана очень желательно для повышения коррозионной стойкости пластины и винтов из титанового сплава, чтобы предотвратить попадание ионов в жидкость организма [104]. Например, вокруг имплантатов Ti6Al4V обнаружено накопление алюминия [105], которое может быть вредным для организма; следовательно, правильный пассивирующий слой снижает риск выделения алюминия.

7.3.3 Остеоинтеграция

Увеличение шероховатости поверхности [106], покрытие биоактивной керамикой (например, ГК, трикальцийфосфат, биостекло и т. Д.) [107–111] и лазерная абляция [112] могут увеличить остеоинтеграцию титана или титановых сплавов. Однако было замечено, что после имплантации имплантатов на основе Ti формирование кости (остеогенез) происходило преимущественно на обнажении кости, а не вокруг имплантата [113], и интеграция кости с имплантатом могла быть достигнута на более поздних этапах заживления кости. .Чтобы улучшить нанесение или интеграцию гидроксиапатитового покрытия на титановый сплав, нанопористый слой оксида титана был сформирован анодно в растворе кислоты H ₂ SO ₄ в качестве промежуточного слоя [114]. Комбинация многослойного покрытия TiO ₂ / HA повысила коррозионную стойкость титанового сплава и прочность слоя покрытия на сдвиг по сравнению с однослойным покрытием HA на титановом сплаве [114,115].

Сообщается, что остеоинтеграция имплантатов из титанового сплава является фактором, который, возможно, препятствует удалению травматической пластины и винтов после сращения перелома [116].Рост кости в незаполненные отверстия винтами наблюдался после того, как пластина находилась в теле в течение некоторого времени. Следовательно, остеоинтеграция титанового сплава нежелательна для удаления пластины после заживления перелома.

7.3.4 Сравнение титанового сплава и нержавеющей стали

Marshall et al. [117] сравнили механическую прочность титанового сплава и фиксирующей пластины локального дистального радиуса SS при фиксации перелома типа AO-C3. Они заметили, что деформация фиксации перелома SS меньше, чем фиксация титаном.Точно так же они сообщили, что средняя нагрузка до разрушения и жесткость немного выше при фиксации из нержавеющей стали. Хотя стабильность фиксации SS выше, чем у фиксации из титанового сплава, небольшая разница в механической прочности между фиксацией из титана и SS позволяет предположить использование титановой пластины. Было обнаружено, что время соединения короче при фиксации покрытия титановым сплавом по сравнению с пластиной и винтом из нержавеющей стали [118]. Имплантаты из титанового сплава обладают более низким эффектом экранирования напряжений, чем имплантаты из нержавеющей стали [119, 120].На основании клинических наблюдений при фиксации перелома из титанового сплава образование костной мозоли было получено раньше, чем при фиксации перелома SS [62]. Аналогичным образом, Gaines et al. [121] сообщили о более низком уровне несращения при фиксации перелома из титанового сплава (7%) по сравнению с фиксацией перелома SS (23%). Таблица 7.4 представляет сравнение между титановыми пластинами и пластинами из нержавеющей стали.

Таблица 7.4. Сравнение титановых пластин и пластин из нержавеющей стали

Элемент сравнения	Описание
Union	Было обнаружено, что частота сращивания трещин, обработанных титановыми пластинами, намного выше, чем у пластин из нержавеющей стали. Более высокая жесткость SS способствовала более высокому уровню несращения.
Размер костной мозоли	Костная мозоль была больше при переломах, обработанных титановыми пластинами, по сравнению с переломами, обработанными SS.
Усталостная прочность	Пластина из титанового сплава имеет большую усталостную прочность, чем пластина из нержавеющей стали. На пластине из титанового сплава была проведена поверхностная обработка, которая улучшает усталостную прочность и может препятствовать остеоинтеграции.
Биосовместимость	Биосовместимость титанового сплава больше, чем SS.
Совместимость с магнитно-резонансной томографией	Совместимость с магнитно-резонансной томографией титанового сплава больше, чем SS.

Оценка in vitro характеристик материалов ортодонтических проволок из нержавеющей стали и бета-титана

Введение: Точный состав и свойства материалов металлических сплавов, используемых в ортодонтии, обычно не указываются производителями и даже не доступны от них. Это делает невозможным осмысленное сравнение проводов и неприемлемо с точки зрения биосовместимости. Целью этого исследования было изучение характеристик материалов современных проволок из нержавеющей стали (SS) и бета-титана (бета-Ti), также известных как титано-молибденовый сплав (ТМА), для сравнения.

Методы: Двадцать две разные проволоки из нержавеющей стали и бета-титана, предпочтительно прямые с размером 0.43 x 0,64 мм (0,017 x 0,025 дюйма) были протестированы вслепую на предмет размеров проволоки, химического состава, свойств изгиба и растяжения, а также характеристик поверхности.

Результаты: Для проволок из бета-Ti найдено четыре химического состава: титан-11,5, молибден-6, цирконий-4,5 олово; титан-3, алюминий-8, ванадий-6, хром-4, молибден-4, цирконий; титан-6, алюминий-4, ванадий и ниобий титан-45. Проволока SS была из нержавеющей стали AISI типа 304 или из безникелевого варианта BioDur 108. Все проволоки из бета-титана имели высокие значения шероховатости поверхности. ТМА 02 имел самый высокий модуль упругости, ТМА 02 и ТМА 11 имели самый высокий предел текучести 0,2%, ТМА 02 имел самую высокую твердость, а ТМА 12 был самой пластичной проволокой среди проволок из бета-Ti. Все проволоки SS показали высокий предел текучести 0,2%, проволока SS 10 имела самый низкий модуль упругости и была самой пластичной проволокой, а проволока SS 08 показала самые низкие значения твердости среди всех проволок SS.

Выводы: Существенные различия были обнаружены между проволоками из нержавеющей стали и бета-Ti, но разница между механическими и физическими характеристиками, испытанными в каждой подгруппе, была незначительной или отсутствовала вовсе. Тем не менее, морфологический анализ ясно показал, что завершающая фаза (отжиг, полировка) процесса производства проволоки не имеет того качества, которого можно было бы ожидать в отношении хороших механических свойств и проблем биосовместимости. Срочно необходимы точные спецификации качества ортодонтических проволок на рынке.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

границ | Деформация холодной прокатки, характерная для пластины из сплава Ti – 25Nb – 3Zr – 2Sn – 3Mo биомедицинского бета-типа, и ее влияние на α-осажденные фазы и механические свойства при комнатной температуре во время обработки старением

Введение

По сравнению с другими благородными металлами (Au, Ag), медицинской нержавеющей сталью (316L), сплавами магния (Mg – 4Y – 3RE) и сплавами Co – Cr – Mo (Co – 28Cr – 6Mo), Ti и его сплавы обладают более выдающиеся комплексные характеристики в семействе материалов для металлических имплантатов (Rack and Qazi, 2006; Niinomi et al. , 2012; Чжан и Чен, 2019; Лю и др., 2020). В реконструкции и замене твердых тканей существуют как большой потенциал применения, так и коммерческая ценность благодаря их привлекательным характеристикам, включая низкий модуль упругости, превосходные механические свойства, а также превосходные биофункции и биосовместимость (Niinomi, 2002; Geetha et al., 2009; Niinomi and Nakai , 2011; Zhang et al., 2020). Следовательно, Ti и сплавы Ti широко применяются при обработке и производстве дентальных имплантатов, костных пластин, устройств внутренней фиксации позвоночника, ортодонтических проволок, интрамедуллярных ногтей, а также других устройств для ортопедического ремонта (Taddei et al., 2004; Li Y. et al., 2014; Duraccio et al., 2015). В настоящее время коммерческие Ti64 и Ti – 13Nb – 13Zr в основном используются для изготовления устройств для протезирования суставов. Однако коммерческий Ti64 содержит токсичные элементы, такие как Al и V, которые могут вызвать болезнь Альцгеймера после длительной имплантации в организм пациента (Gepreel and Niinomi, 2013; Abdelrhman et al. , 2019). Биомедицинский сплав β-Ti преимущественно состоит из биосовместимых компонентов, включая Nb, Zr, Sn, Mo, Ta и Fe (Wang L. et al., 2010; Malek et al., 2012). В целом уровень прочности биомеханических свойств имеет решающее значение для долгосрочной службы и безопасности металлических материалов имплантатов и их устройств (Горяинов и др., 2014). Примечательно, что сплавы β-Ti могут достичь полной степени соответствия с высокой прочностью, хорошей биосовместимостью и приемлемой пластичностью за счет оптимизации обработки (Niinomi, 2008; Ramezannejad et al., 2019). Кроме того, на основе эффекта дисперсионного упрочнения уровень прочности Ti-сплава β-типа может быть значительно улучшен после обработки раствором с последующим быстрым охлаждением и старением (Banerjee et al., 2004; Чен и др., 2014; Xu et al., 2019b). До сих пор несколько типичных метастабильных сплавов β-Ti, например, сплавы на основе Ti – Mo, Ti – Nb, Ti – V и Ti – Ta, привлекали значительное внимание из-за их контролируемой микроструктуры и характеристик (Mantani and Tajima, 2006; Sun et al. , 2010; Min et al., 2012). Детальное исследование влияния термической обработки на эволюцию микроструктуры, фазовые переходы, механические свойства и механизмы деформации было выполнено для метастабильных сплавов β-Ti.Более того, для Ti-сплавов β-типа подходящий процесс термообработки полезен для получения мелких, однородных и диспергированных α-выделений в β-матрице, тем самым улучшая механические свойства Ti-сплавов β-типа (Jaworski and Ankem, 2005; Qazi и др., 2005). Важно отметить, что плотность, распределение и отношение длины к диаметру вторичных фаз считаются основными факторами, влияющими на уровень прочности Ti-сплавов β-типа. Предыдущие исследования показали, что повышение прочности Ti-сплавов может быть достигнуто с помощью обработки композита холодной прокаткой с последующим старением при определенных условиях (Малинов и др., 2003). Большое количество дислокационных клубков / разрастаний, центров зарождения и субграниц (границ раздела) может быть введено в деформированную микроструктуру Ti-сплава β-типа во время пластической деформации. Считается, что наличие дефектов способствует измельчению и равномерному распределению фаз осаждения. Между тем, измельчение зерна очевидно (Xu et al., 2016a). Как правило, кристаллические дефекты, вносимые во время пластической деформации, в основном состоят из дислокаций, двойников, границ раздела и т. Д., который может способствовать фазовому переходу β → α (Wang et al., 2009; Karthikeyan et al., 2010). Основная причина заключается в том, что наличие дефектов способно в некоторой степени снизить движущую силу и барьер, необходимый для возникновения фазового перехода.

До сих пор большое количество групп постоянно фокусировались на микроструктурном контроле, оптимизации механических свойств и взаимосвязи между ними, что привело к большому количеству репрезентативных исследований (Ивасишин и др., 2005; Xu et al., 2016b). Ли Т. и др. (2014) приготовили сплав Ti – 15Nb – 2Mo – 2Zr – 1Sn β-типа с ультрамелкими зернами, используя горячую или холодную обработку с последующим старением. Более мелкие выделения были склонны к образованию на удлиненных границах зерен или границах субзерен, что приводило к значительному повышению уровня прочности при комнатной температуре. Картикеян и др. (2010) исследовали влияние скорости охлаждения на особенности текстуры и выбор варианта фазового перехода для сплава Ti – 5Ta – 1.8Nb при старении. Они обнаружили, что влияние холодной прокатки на микроструктуру и фазовый переход при последующем отжиге имеет значительную наследуемость.Song et al. (2010) обсуждали влияние предварительной деформации в сочетании со старением на микроструктурные особенности и механические свойства при комнатной температуре для сплава Ti – 10Mo – 8V – 1Fe – 3.5Al β-типа. Результаты показали, что сплав подвергается только предварительному деформированию и однократному старению. Хотя более высокая прочность сплава может быть достигнута при комнатной температуре, пластичность будет очень низкой. Конечная плотность дислокаций может быть уменьшена, а уровень пластичности может быть дополнительно повышен после предварительного старения при более низкой температуре с последующей обработкой вторичным старением при более высокой температуре. Guo et al. (Qiang et al., 2011) выявили прогресс и механизм выделения вторичной фазы и его влияние на механические свойства сплава ТВ5 (номинальный состав: Ti – 15V – 3Cr – 3Sn – 3Al) после интенсивной пластической деформации. Они обнаружили, что более мелкие выделения образуются в области сильной деформации и равномерно распределяются внутри β-зерен, тогда как в других переходных областях вновь выделившиеся фазы имеют толстую пластинчатую форму или форму челнока с относительно большим размером.Следовательно, при обработке полуфабрикатов из Ti-сплавов β-типа более мелкие и однородно диспергированные выделения могут быть получены с использованием метода подготовки композитов холодной деформации в сочетании с обработкой старением, что приводит к очевидному повышению уровня прочности. Однако механизм упрочнения биомедицинских Ti-сплавов на основе Ti-Nb-Zr-Sn-Mo β-типа, подвергнутых холодной деформации в сочетании со старением, до сих пор не исследовался и не был предложен. Хотя биомедицинские Ti-сплавы β-типа обладают превосходной обрабатываемостью в холодном состоянии по сравнению со сплавами α- и (α + β) -типа, их поведение при пластической деформации чрезвычайно сложно. Механизм деформации связан не только с фазовой стабильностью, но и с уменьшением деформации (Wang et al., 2015; Hafeez et al., 2020). Механические свойства Ti-сплава β-типа связаны с несколькими режимами деформации, включая дислокационное скольжение, механическое двойникование, мартенситное превращение, вызванное напряжением, деформацию изгиба, бездислокационную пластическую деформацию и т. Д. (Xiang et al., 2020; Zheng et al. , 2020). Следовательно, исследование поведения Ti-сплавов β-типа при холодной деформации имеет чрезвычайно важное практическое значение для разработки биофункциональных Ti-сплавов с превосходной степенью согласования с более низким модулем упругости и более высокой прочностью.

Сплав

Ti – 25Nb – 3Zr – 2Sn – 3Mo (TLM), тип метастабильного титанового сплава β-типа, независимо разработан для хирургических имплантатов лабораторией биомедицинских металлических материалов Шэньси (Kent et al., 2010; Yu et al. ., 2011, 2014). Преципитаты α образуются в β-зернах и на границах зерен после обработки раствором с последующим старением, что приводит к очевидному увеличению уровня прочности сплава (Salib et al. , 2013). Малинов и др. (2003) с помощью экспериментальных исследований и методов компьютерного моделирования раскрыли механизм фазового превращения Ti-сплава β-21s в постоянных температурных условиях в диапазоне температур от 400 ° C до 750 ° C.Между тем были установлены соответствующие термодинамическая и кинетическая модели соответственно. Xu et al. (2015) исследовали влияние различных термических обработок на механизм фазового перехода, микроструктурные особенности и механические свойства сплава ТВ8 при комнатной температуре. Они обнаружили, что расположение и морфологические особенности выделений тесно связаны с температурой и временем старения. Кроме того, более мелкие и более однородные вторичные фазы могут быть получены путем соответствующей обработки раствором с последующим старением, что приводит к значительному повышению уровня прочности.Между тем, Xu et al. (2016b) исследовали микроструктурные особенности и механизм фазового перехода в двухстадийном процессе старения. Они обнаружили, что изотермические омега-переходные фазы, осажденные в одном процессе старения, могут обеспечивать больше центров зародышеобразования для α-фаз, что приводит к очевидному измельчению α-фаз. Kent et al. (2011) исследовали микроструктурные особенности и поведение фазовых переходов сплава Ti – 25Nb – 3Zr – 2Sn – 3Mo, используя технологию обработки накопительным валковым соединением (ARB).Был приготовлен ультрамелкозернистый сплав, и по границам зерен образовывались α-выделения наноразмеров, что приводило к увеличению уровня прочности. Таким образом, для биомедицинского метастабильного сплава Ti β-типа морфология микроструктуры и компонент текстуры будут одновременно изменяться во время холодной деформации (Ma et al., 2018; Vajpai et al., 2018; Ozan et al., 2019). Это вызовет наличие предпочтительной ориентации и увеличение плотности дислокаций, что приведет к изменению скорости зарождения и роста выделений во время старения.Между тем, движущая сила и барьер будут уменьшены, когда произойдет фазовый переход β → α.

Эта работа будет в основном сосредоточена на эволюции микроструктуры и фазовом переходе пластин из сплава TLM после холодной прокатки в сочетании с обработкой старением. Обсуждается также влияние индуцированных холодной деформацией дислокаций и границ субзерен на механизм образования выделений и механические свойства. Эта работа предоставит теоретические рекомендации и оптимизацию технологии для точного контроля микроструктуры и свойств высокоэффективных биомедицинских Ti-сплавов β-типа, которые имеют важное научное и инженерное значение.

Экспериментальные материалы и методы

Слиток сплава ТЛМ (Ti – 25Nb – 3Zr – 2Sn – 3Mo, мас.%) Трижды был изготовлен методом ВАР (вакуумно-дугового переплава). В качестве сырья использовались губчатый титан (марки 0, 3–12,7 мм), губчатый цирконий (технический, Zr-1), бинарные лигатуры (стружка) Nb – 47Ti, Ti – 80Sn, Ti – 2Mo. Блоки плавящихся электродов были приготовлены на четырехстоечном гидравлическом прессе грузоподъемностью 1000 т. И слитки сплава, и лигатуры были изготовлены NIN BRC SKLBMM (Северо-Западный институт исследований цветных металлов, Центр исследования биоматериалов, Ключевая лаборатория биомедицинских металлических материалов Шэньси, Сиань, Китай). Чистые обрезки токарной обработки и объемные образцы для испытаний были изготовлены из слитка в двух различных положениях. Поверхность обработанного образца гладкая, без заусенцев. Химический состав сплава TLM был исследован с использованием оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICPOES, для основных металлических элементов, включая Mo, Zr, Sn, Fe и Nb) и метода инфракрасного поглощения (ИК-поглощение, для межузельных элементов, включая N , O, H и C). Химический состав слитка сплава TLM в двух различных положениях приведен в таблице 1.Слиток размером Φ160 мм × 500 мм был подвергнут многоступенчатой ​​горячей ковке с целью измельчения крупных зерен после гомогенизационной обработки при 1150 ° C в течение 8 часов. Заготовки из сплава TLM подвергали горячей прокатке при 750 ° C в листы толщиной 5 мм с использованием 2000 тонн оборудования для реверсивной прокатки листов. Сначала заготовка горячекатаного листа была выровнена и выпрямлена на автоматическом листоправильном станке. Впоследствии оксидный слой пластины был эффективно удален с помощью пескоструйной обработки и механической полировки.В конце поверхность пластины из сплава полировалась. Затем пластины из сплава были обработаны на твердый раствор (ST) при 805 ° C в течение 1 ч с последующим водяным охлаждением и холодной прокаткой с обжатием на 6, 34, 40 и 60% по толщине на прокатном оборудовании типа 650. Для холоднокатаных образцов старение проводили при 510 ° С в течение 8 ч в муфельной печи. Как оксидный слой, так и микрометаллургические дефекты были удалены станками с ЧПУ. Схематическое изображение маршрутов холодной прокатки и термообработки пластин из сплава TLM в данной работе показано на рисунке 1.

Таблица 1. Химический состав слитка сплава TLM (Ti – 25Nb – 3Zr – 2Sn – 3Mo, мас.%) В двух различных положениях.

Рис. 1. Схематическое изображение маршрутов холодной прокатки и термообработки пластин из сплава Ti – 25Nb – 3Zr – 2Sn – 3Mo (TLM), использованных в данной работе.

На рис. 2 показаны микроструктуры пластины ST из сплава TLM при 805 ° C в течение 1 часа с последующим водяным охлаждением и старением при 510 ° C в течение 8 часов после обработки раствором.Карта обратной полюсной фигуры (IPF) и изображения, полученные с помощью просвечивающего электронного микроскопа (TEM) для пластины из сплава ST TLM, показывают, что микроструктуры состоят из β-фазы, как показано на рисунках 2A, B. Осадки α, образующиеся во время одностадийного старения после обработки раствором, имеют форму иглы в матрице β, как показано на рисунке 2C.

Рисунок 2. Микроструктура пластины из сплава TLM. (A) Карта дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD) раствора образца, обработанного при 805 ° C в течение 1 часа. (B) Изображение, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ) образца, обработанного раствором. (C) Сканирующая электронная микроскопия (Ивасишин и др.) Изображение обработанной раствором (805 ° C / 1 ч, WQ) с последующей обработкой старением (510 ° C / 8 ч, AC) пластиной из сплава (WQ, закалка в воде; AC, охлаждение на воздухе).

Испытание на одноосное растяжение проводилось на машине INSTRON 598X (максимальная нагрузка: 250 кН) при постоянной скорости деформации 5 × 10 ^–3 с ^–1 при комнатной температуре.Образцы на растяжение были изготовлены из пластин сплава TLM в соответствии со стандартом ASTM E8 / E8M-13a (ширина: 6,0 ± 0,1 мм, расчетная длина: 25 ± 0,1 мм). Оптические микроструктуры (ОМ) исследовали на микроскопе LEICA. Металлографические образцы травили с помощью реактива Кролла (10 об.% HF + 10 об.% HNO ₃ + 80 об.% H ₂ O). Рентгеноструктурный анализ (XRD) проводили на аппарате BRUKER D8 ADVANCE, оснащенном излучением меди K _α . Ускоряющее напряжение и рабочий ток были установлены на 40 кВ и 40 мА соответственно.XRD проводился при угле 2 тета, равном 20–90 °, с шагом 0,02 ° и скоростью сканирования 6 ° / мин. Текстурный анализ проводился с использованием XRD высокого разрешения (XPert Pro MRD). Морфологию трещин и морфологию микроструктуры наблюдали и анализировали с помощью сканирующего электронного микроскопа FEI Quanta 650F. Определение характеристик дифракции обратнорассеянных электронов (EBSD) проводилось компанией AZtech (Oxford Instrument, программное обеспечение для анализа данных HKL Channel 5) при ускоряющем напряжении 20 кВ. Морфология микроструктуры при большом увеличении наблюдалась с помощью ПЭМ FEI Tecnai G2 F20, работающего при 200 кВ.Образцы ПЭМ механически шлифовали до толщины примерно 40 мкм с использованием абразивной бумаги SiC (зернистость 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500 и 2000). Ионное измельчение было выполнено для приготовления и наблюдения образцов ПЭМ.

Результаты и обсуждение

Холодная прокатка и анализ текстуры

В процессе пластической деформации металлических материалов как плотность дислокаций, так и остаточные напряжения чрезвычайно высоки в области с большой степенью деформации, что приводит к значительному снижению скорости калибровки EBSD.Качество полученных изображений оставляет желать лучшего, форма зерна и кристаллографическая ориентация не могут быть достигнуты. Напротив, скорость калибровки выше, а качество изображения относительно лучше в некоторых областях с меньшей степенью деформации. Кроме того, скорость калибровки также относительно низкая из-за высокой плотности дефектов или дислокаций на границах зерен. На ранней стадии исследования было обнаружено, что более высокое остаточное напряжение может значительно повлиять на скорость калибровки (менее 50%) в холоднодеформированных образцах с использованием метода EBSD, что приведет к размытым рисункам Кикучи.По сравнению с методом EBSD подготовка образцов для XRD проста. Образец облучают характеристическим рентгеновским излучением, и анализ текстуры проводят по разнице в интенсивности дифракции в разных характерных направлениях. Оценка макроскопических свойств кристаллических материалов уникальна. Таким образом, метод XRD может эффективно компенсировать недостатки более низкой скорости калибровки холоднодеформированных металлических образцов. Между тем, этот метод больше подходит для исследования эволюции текстуры и отношения кристаллографической ориентации титана и его сплавов во время холодной деформации, такой как холодная прокатка и холодное волочение.

На рис. 3 показаны полюсные фигуры (PF) пластин из сплава TLM, деформированных в холодном состоянии с уменьшением толщины на 6, 34 и 60%, измеренным методом XRD. Из рисунка 3А видно, что когда лист из сплава TLM подвергается холодной прокатке с обжатием на 6%, β-зерна представляют своего рода характеристику распределения относительно случайной ориентации, и только небольшая часть β-зерен вращается во время холодной прокатки. Основная причина вращения β-зерен заключается в том, что дислокационные сплетения являются доминирующими для листа сплава TLM во время холодной прокатки при относительно небольшом обжатии.Удлиненные β-зерна можно наблюдать в пластинах из холоднокатаного сплава, и было образовано несколько вторичных фаз или рекристаллизованных зерен. Кроме того, как видно из PF на фиг. 3B, C, с повышенной степенью деформации холодной прокатки текстура <110> постепенно появляется и увеличивается. Как показано на рисунке 3B, когда пластина из сплава TLM подвергается холодной деформации с обжатием на 34%, интенсивность текстур <200> и <110> увеличивается. Между тем, когда обжатие увеличивается до 60%, пластина из сплава TLM имеет очевидную текстуру <110>.Можно разумно предположить, что β-зерна имеют тенденцию вращаться в направлении <110> вместо <211> во время холодной прокатки. Как правило, для титановых сплавов β-типа с объемно-центрированной кубической структурой (ОЦК) при увеличении холодного обжатия легче представить текстуру <110> из-за плотности расположения атомов и систем скольжения на близком расстоянии. -упакованный самолет при пластической деформации (растяжение, сжатие, прокатка) при комнатной температуре.

Рисунок 3. Полюсные фигуры {200}, {211} и {110} (PF) для листа из сплава TLM после холодной прокатки с различными обжатиями: (A) 6%, (B) 34% и ( В) 60%.

Холодная прокатка, распределение дислокаций и основание

Рентгенограммы образца TLM ST при 805 ° C в течение 1 ч с последующей закалкой в ​​воде и холодной прокаткой при различных обжатиях показаны на рис. 4. Дифракционные пики орторомбических фаз, очевидно, обнаруживаются в пластине сплава ST при 805 ° C в течение 1 ч.Между тем, несколько мартенситных фаз, вызванных напряжением, постепенно появляются после холодной прокатки с различным обжатием при комнатной температуре. Можно сделать вывод, что фазовый переход мартенсита, вызванного напряжением, из β-фазы в α-фазу ускоряется после холодной деформации. Кроме того, интенсивность и количество дифракционных пиков для ”-фазы постепенно увеличивается с увеличением степени восстановления из-за мартенситного фазового перехода, который может усиливаться после холодной прокатки. Можно заметить, что дифракционные пики (110) _β , (200) _β , (211) _β и (220) _β обнаруживаются во всех образцах.Более того, с увеличением обжатия на холоде, интенсивность дифракционного пика (200) _β сначала уменьшается до уменьшения на 34%, а затем увеличивается до уменьшения на 40%, а затем снова уменьшается после восстановления на 60%. Рассчитанные отношения β (200) / β (110) составляют 0,209, 0,037, 0,029, 0,055 и 0,018 соответственно. Это открытие показывает, что текстура изменяется с уменьшением холодной деформации; текстуры холоднодеформированной пластины сплава ТЛМ постепенно переходят в ориентацию <110> в процессе холодной обработки.Обычно полуширина на полувысоте (FWHM) на рентгенограммах деформированных металлов используется для анализа искажения решетки из-за движения дислокаций, двойников деформации, перегиба и т. Д. Значение FWHM дифракционного пика β (110), полученного с помощью Jade 6.0 составляют 0,494, 0,527, 0,597 и 0,697 для образцов, деформированных в холодном состоянии при 0 (обработка раствором), 6, 34, 40 и 60% обжатия при прокатке соответственно. Хорошо видно, что с увеличением обжатия в холодном состоянии значения FWHM дифракционного пика β (110) имеют тенденцию к возрастанию.Кроме того, изменение полуширины дифракционного пика β (110) в различных холоднодеформированных образцах показывает, что дислокационные клубки и субструктуры являются преобладающими механизмами деформации в образцах с интенсивной пластической деформацией. Пластина из холоднокатаного сплава TLM с большим количеством клубков дислокаций препятствует образованию дислокационных ячеек и субзерен, особенно в сплавах с ОЦК. Внутри деформированных микроструктур образуется множество полос деформации для координационной деформации.Таким образом, деформированные зерна и новообразованные субструктуры, такие как субзерен, границы субзерен и двойники деформации, могут быть обнаружены в образцах TLM после интенсивной пластической деформации (Hao et al., 2012; Xu et al., 2019a).

Рис. 4. Спектры дифракции рентгеновских лучей (XRD) для листа из сплава TLM после холодной прокатки с обжатием 0% (обработка раствором), 6, 34, 40 и 60%.

Микрофотографии на просвечивающем электронном микроскопе пластины из сплава TLM после холодной прокатки с обжатием 34 и 60%.Светлопольные изображения (BF) используются для выявления кристаллографической разориентации и характеристик холоднодеформированных микроструктур. Плотность дислокаций в холоднодеформированном образце ТЛМ (рис. 5) выше, чем в отожженном на твердый раствор сплаве (рис. 2В). Таким образом, можно сделать вывод, что размножение дислокаций, взаимные реакции и движение играют важную роль в холодной прокатке листа из сплава TLM. Из рисунка SAED (рис. 5А) видно, что черные полосы, разбросанные внутри холоднодеформированного сплава TLM, не являются вновь образованными фазами или другими структурами, а представляют собой клубки дислокаций, образовавшиеся в процессе холодной прокатки.Плотность дислокации заметно увеличивается после холодной прокатки при обжатии на 34%. Изображение в светлом поле, полученное с другой области пластины из сплава TLM, подвергшейся холодной деформации на 34%, представлено на рисунке 5В, на котором показано скопление дислокаций вблизи границ зерен, а также внутри зерен. Как видно из паттернов SAED (рис. 5B), фазовый переход и вновь образованные субструктуры наблюдаются в области черных и белых полос. Это интересное явление было ранее обнаружено Такемото при исследовании поведения деформации при растяжении и холодной прокатки при различных степенях обжатия титано-молибденового сплава (Takemoto et al., 2004). Образование полос в какой-то мере объясняется движением дислокаций и неоднородностью клубков. Кроме того, можно заметить, что расширение и рост полос подавляются границей зерен. Изображение в светлом поле (BF) и шаблоны SAED для пластины из сплава TLM, деформированной в холодном состоянии на 60%, показаны на рисунках 5C, D. Мы также можем видеть, что область сильной деформации в основном состоит из клубка дислокаций и двойников деформации типа 112 <111> вблизи границы зерен.Как правило, ω-фазы, вызванные напряжением во время холодной прокатки, не были обнаружены с помощью XRD и TEM в холоднодеформированном сплаве TLM (Cheng et al., 2020). Одна из причин заключается в том, что содержание β-стабильных элементов, таких как Nb, Zr, Sn и Mo, настолько велико, что образование ω-выделений в значительной степени подавляется. Этот вид ω-фазы можно рассматривать как индуцированное напряжением фазовое превращение омега (SIO), запускаемое рекомбинацией растворенных атомов в плоскостях решетки {112} с ориентацией семейств кристаллографических направлений <111>.Механизм движения дислокаций и клубков также может быть выяснен путем замены растворенных атомов в плоскостях решетки {112} в направлении <111> во время холодной деформации. Более того, степень накопления дислокаций, очевидно, улучшается с увеличением восстановлений, что может привести к образованию новых границ для Ti-сплавов β-типа (Wu et al., 2014; Yang et al., 2018; Rabadia et al. др., 2019а, б).

Рис. 5. Анализ методом ПЭМ холоднокатаных листов из сплава TLM с различным обжатием. (A, B) Микрофотографии в светлом поле (BF) и образцы SAED для образца, деформированного в холодном состоянии с обжатием на 34%. (C, D) Микрофотографии в светлом поле (BF) и образцы SAED для образца, деформированного в холодном состоянии с обжатием на 60%.

Обработка старением, фазы осаждения и механические свойства

Как правило, фазовое превращение β → α могло запускаться в сплаве TLM во время обработки на твердый раствор плюс старения. На рисунке 6 представлена ​​морфология (SEM и TEM) фаз выделения сплава после холодной прокатки при различных обжатиях плюс обработка старением при 510 ° C.Как видно из рисунков 6C, F, по сравнению с размером выделившихся фаз в одном образце, подвергнутом обработке старением, выделения, образованные в сплаве TLM, подвергнутом холодной прокатке в сочетании с таким же старением, должны быть в значительной степени измельчены. Когда лист из сплава TLM подвергается холодной прокатке с обжатием на 34% в сочетании с обработкой старением в течение 8 часов, длина фаз выделения составляет примерно 150–500 нм, что намного меньше, чем у пластины после однократного старения. Образование дислокационных линий или дислокационных ячеек, вызванное деформацией холодной прокаткой, играет очень важную роль в появлении выделений во время обработки старением.На рис. 6В представлено изображение морфологии крошечных осадков, образовавшихся в процессе холодной прокатки при обжатии на 34% с последующей обработкой кратковременным старением, в темнопольном электронном микроскопе (DF). Как видно из картины SAED, белые фазы преципитации должны быть α-фазой. Проведены систематические исследования α-фаз выделения с нанометровыми размерами исходного образца, например β21s, подвергнутого определенной термообработке старением. Однако α-фазы в β-матрице с помощью электронного микроскопа практически не наблюдались (Малинов и др., 2003; Банерджи и Уильямс, 2013). Причина этого интересного явления заключается в том, что дефекты кристалла, такие как дислокационные линии, субграницы, межфазная граница и двойниковые границы, могут способствовать фазовому переходу β → α и одновременно сокращать время последующего старения (Wang YB et al. ., 2010; Guo et al., 2013). На рисунках 6A, B показано, что длина осажденных α-фаз составляет приблизительно 15–90 нм в образце, подвергнутом холодной прокатке при 34% обжатии с последующей обработкой старением в течение 0,5 часа. После прокатки в исходную микроструктуру было введено большое количество дислокаций, что способствует гомогенному процессу зарождения фазового перехода β → α при старении, что приводит к измельчению α-выделений.Все больше и больше центров зародышеобразования в β-матрице будут проводить, чтобы подавить быстрый рост α-фазы. Кроме того, в деформированный образец было введено большое количество вновь созданных интерфейсов. Эти новые границы раздела ускоряют выделение ламеллярных α-фаз, что может привести к снижению пластичности состаренных образцов. Вновь образованные границы зерен способствуют гомогенному зарождению и дисперсному выделению α-фазы в процессе холодной прокатки при различных обжатиях.Более того, из рисунков 6D-F можно увидеть, что вновь образованные границы зерен появляются во время холодной прокатки при относительно большом обжатии (60%), что приводит к линейной дисперсии вторичных фаз вместе с ними после обработки старением.

Рис. 6. Микрофотографии холоднокатаного листа из сплава TLM с различным обжатием в сочетании со старением, обработанным при 510 ° C. (A, B) Изображение SEM, темнопольная микрофотография TEM и картина SAED для образца после холодной прокатки при обжатии на 34% в сочетании с обработкой старением для 0.5 ч. (C) СЭМ-изображение образца после холодной прокатки при обжатии на 34% в сочетании с обработкой старением в течение 8 часов. (D, E) СЭМ-изображения образца после холодной прокатки при обжатии на 60% в сочетании с обработкой старением в течение 0,5 часа. (F) СЭМ-изображение образца после холодной прокатки при обжатии на 60% в сочетании с обработкой старением в течение 8 часов.

Предыдущие исследования показали, что плотность дислокаций сплава составляет приблизительно 1,0 × 10 ⁹ мм ^–2 после пластической деформации (Azushima et al., 2008; Cheong, 2008). Во время обработки холодной прокаткой образование дислокаций в пластине сплава TLM может обеспечить движущую силу для β → α-превращения после старения, что способствует измельчению α-фазы. Таким образом, механизмы упрочнения холоднокатаного листа из сплава TLM с различными обжатиями с последующим старением могут быть разъяснены с помощью изложенной выше теории. Такая более мелкая α-фаза может предложить больше межфазных границ, которые будут рассматриваться как один из типов мощных дислокационных препятствий, а также может помочь в получении повышения прочности сплава TLM.

Схематическая диаграмма эволюции микроструктуры и процесса осаждения пластин из сплава TLM, подвергнутых холодной прокатке с обжатием 0, 6, 36, 40 и 60% с последующей обработкой старением при 510 ° C в течение 8 часов, представлена ​​на рисунке 7. Морфология α-фаз показывает заметную разницу при различных обжатиях при холодной прокатке. Между тем, при холодной деформации постепенно появляется большое количество полос скольжения и вновь образованных границ зерен. Насколько известно автору, они считаются обычно низшей микроструктурной характеристикой, которая после обработки старением склонна превращаться в крупные пластинчатые α-осадки.Скольжение или движение дислокаций подавляется за счет укрупнения этой микроструктуры, и одновременно снижается пластичность во время деформации растяжением при комнатной температуре. Кроме того, когда лист подвергается холодной прокатке с обжатием на 60% в сочетании с обработкой старением при 510 ° C в течение 8 часов, максимальное значение прочности (предел прочности: 1005 МПа) достигается в этих условиях.

Рис. 7. Схематическая диаграмма эволюции микроструктуры и процесса осаждения для листов из сплава TLM, подвергнутых холодной прокатке с обжатием 0, 6, 36, 40 и 60% с последующей обработкой старением при 510 ° C в течение 8 часов.

Кривые растяжения для листа TLM ST при 805 ° C в течение 1 часа с последующей закалкой в ​​воде и холодной прокаткой с различными обжатиями в сочетании с обработкой старением при 510 ° C в течение 8 часов показаны на рисунке 8. Для обработанного β-раствором ( 805 ° C / 1 ч, WQ) кривая демонстрирует эффект так называемой «двойной текучести» во время деформации растяжения. Причина этого явления заключается в том, что когда температура выбирается в области бета-фазы, бета-фаза находится в относительно метастабильном состоянии, и выделение мартенситной фазы (α ”) склонно к усилению.Кривая растяжения с довольно низким значением кажущегося напряжения текучести обусловлена ​​зарождением мартенситной фазы и наследованием режимов деформации при комнатной температуре. Между тем, появление второго предела текучести объясняется приложенным напряжением, необходимым для активации определенных систем скольжения, которые могут подавлять движение мартенситных планок во время деформации. Прочность на разрыв и относительное удлинение сплава ТЛМ ST при 805 ° C в течение 1 ч с последующим водяным охлаждением составляет 609 МПа и 43 МПа.7% соответственно. Кроме того, предел прочности при растяжении постепенно увеличивается с увеличением обжатия, тогда как относительное удлинение уменьшается с увеличением обжатия при холодной прокатке. Максимальное значение прочности на разрыв составляет 1005 МПа при холодной прокатке с 60% обжатием с последующей обработкой старением. Однако в этом состоянии удлинение пластины из сплава TLM составляет всего около 4,5%. Пластина из сплава ТЛМ явно не продемонстрировала характеристики пластической деформации. Можно сделать вывод, что прочность на разрыв и удлинение пластины из сплава TLM, очевидно, различаются из-за объемного процентного содержания, размера и формы α-фаз, образовавшихся после холодной деформации с последующей обработкой старением.Сплав TLM, имеющий более мелкие α-выделения, образующиеся на основе стимулированного зарождения и роста дислокационных клубков, или скопления во время холодной деформации с обжатием на 34%, обладает более высоким уровнем прочности на разрыв. Основной причиной этого считаются следующие факторы, включая геометрический размер и объемный процент α-фазы, а также количество и плотность границ раздела α-фазы, на которые существенно влияет степень деформации при холодной прокатке. Основываясь на критерии дисперсионного упрочнения, измельчение выделенной фазы α способствует повышению прочности на разрыв для сплава TLM (Gao et al., 2019; Bermingham et al., 2020). Кроме того, можно отметить, что удлинение при комнатной температуре пластины из сплава, подвергнутой отжигу на твердый раствор плюс обработке прямым старением, составляет примерно 24%, а предел прочности на разрыв составляет примерно 660 МПа. Причина в том, что образование фаз выделения α с толстыми пластинками подавляется из-за отсутствия вновь образованных границ раздела в образце (ST + AG), в то время как они будут выделяться внутри пластин сплава после холодной прокатки в сочетании с обработкой старением.Эти многочисленные вновь образованные α-границы раздела будут препятствовать скольжению или перемещению дислокаций и приведут к уменьшению удлинения при комнатной температуре. Кроме того, прочность на разрыв и удлинение для листа из сплава TLM, подвергнутого холодной прокатке с обжатием на 6% с последующей обработкой старением при 510 ° C в течение 8 часов, составляют 882 МПа и 6,5% соответственно.

Рис. 8. Кривые растяжения для образца, обработанного раствором, и листа из сплава TLM, подвергнутого холодной прокатке при обжатиях 0, 6, 34, 40 и 60% плюс старение при 510 ° C в течение 8 часов.

ОВ пластин из сплава TLM, подвергнутых холодной прокатке с обжатием на 0% (обработка на раствор), 34% и 60% с последующей обработкой старением при 510 ° C в течение 8 часов, и их соответствующие поверхности излома после деформации растяжения представлены на Рис. 9. В общем, ОМ и поверхности излома часто используются для анализа и характеристики деталей эволюции микроструктуры экспериментальных пластин из сплава в соответствии с особенностями морфологии и деформационным поведением, которые необходимо прогнозировать.Рисунки 9A, B показывают, что α-фазы выделяются в β-матрице, и очень небольшое количество зон без микровыделений (PFZ) можно наблюдать в пластине сплава TLM, подвергнутой отжигу на твердый раствор плюс обработке прямым старением. Интересно, что из рисунков 9C, D можно наблюдать, что все больше и больше α-выделений с меньшими размерами образуются в пластине из сплава TLM, подвергнутой холодной прокатке с обжатием на 34% с последующей обработкой старением. Считается, что холодная прокатка играет важную роль в равномерном распределении и измельчении α-выделений и увеличении количества вторичных фаз.Что касается пластины из сплава TLM, подвергнутой холодной прокатке с обжатием на 34%, многие дефекты кристаллов, вызванные пластической деформацией, такие как спутывание или скопление дислокаций, способствуют образованию большего количества мест зарождения и подавлению чрезмерного укрупнения и роста вторичных фаз. при старении. Кроме того, на Фигуре 9D очевидно видно, что режим межкристаллитного разрушения является преобладающим в листе из сплава TLM, подвергнутом холодной прокатке при обжатии на 34% с последующей обработкой старением.Как видно из деталей морфологии поверхности излома, пластина из сплава в некоторой степени демонстрирует вязкий характер разрушения. Поверхность излома состоит из массивных ямок размером примерно 5–11 мкм. Этот режим разрушения связан с более однородными и мелкими вторичными фазами, выделенными в β-зернах, и приемлемой пластичностью 6,9% при комнатной температуре. Более мелкий масштаб вторичных фаз, выделяющихся в процессе старения после холодной прокатки, приведет к образованию большого количества границ раздела между альфа- и бета-фазами.Эти границы раздела можно рассматривать как множество эффективных препятствий для движения дислокаций и вызывают заметное увеличение прочности на разрыв для TLM и других титановых сплавов (Cai et al., 2013; Ozan et al., 2019). OM и поверхность излома (изображение SEM) для листа из сплава TLM, подвергнутого холодной прокатке с обжатием на 60% и с последующей обработкой старением, представлены на рисунках 9E, F. Поверхность излома демонстрирует признаки хрупкого разрушения, в некоторой степени из-за образования толстой решетчатой ​​α-фазы на границе зерен, что может привести к уменьшению удлинения после деформации растяжения при комнатной температуре.

Рис. 9. Микроструктуры и поверхности изломов пластин из сплава TLM, подвергнутых холодной прокатке при различных обжатиях с последующей обработкой старением при 510 ° C в течение 8 ч: (A, B) Обжатие 0%. (C, D) Уменьшение на 34%; (E, F) Снижение 60%.

Заключение

В данной работе в основном изучались микроструктурные характеристики пластин из сплава ТЛМ, холоднодеформированные при различных обжатиях, и ее влияние на выделившиеся фазы при старении.Пластины из сплава TLM обладали различными механическими свойствами из-за различной морфологии, размера и объемной доли α-выделенных фаз после деформации холодной прокаткой с различным обжатием (0, 6, 34, 40 и 60%) в сочетании с обработкой старением при 510 ° C в течение 8 часов. Эти основные выводы можно резюмировать из этой работы:

(1) Текстура <110> была склонна к формированию в пластинах из сплава TLM, обработанных β-раствором, подвергшихся деформации холодной прокаткой с различным обжатием при комнатной температуре.После холодной прокатки в β-матрице заметно наблюдались дислокационные клубки.

(2) Выделенные фазы α, образовавшиеся после холодной прокатки с различным обжатием (0, 34 и 60%) в сочетании с обработкой старением, обладали различными характеристиками. Размер выделившихся фаз в пластине из сплава, подвергнутой холодной прокатке, был меньше, чем размер фаз, преобразованных после прямой обработки на твердый раствор в сочетании со старением.

(3) Когда лист из сплава подвергали холодной прокатке с обжатием на 60% в сочетании со старением, можно было достичь максимальной прочности на растяжение, в то время как относительное удлинение было относительно низким.Большое количество вновь образованных границ субзерен и поверхностей раздела было склонно образовываться после холодной деформации с различным восстановлением при комнатной температуре. Образовались выпавшие фазы с толстыми пластинками, что можно рассматривать как одну из основных причин относительно небольшого удлинения.

(4) Когда лист из сплава был подвергнут холодной прокатке с обжатием на 34% в сочетании со старением, меньшие по размеру выделившиеся фазы α могли образоваться внутри β-матрицы, что привело к относительно высокому пределу прочности на разрыв 931 МПа и приемлемому уровню прочности. удлинение 6.9%. Следовательно, сплав TLM будет рассматриваться как потенциальный материал в области ортопедии.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.

Авторские взносы

JC взял на себя написание рукописи и анализ данных. JL взяла на себя техническое руководство и надзор. SY взял на себя исследование литературы и предоставил исследовательские идеи.ZD и XZ взяли на себя определение микроструктуры. WZ взял на себя испытания механических свойств. JG и HW взяли на себя подготовку образцов. Компания HS взяла на себя холодную прокатку листового сплава. З.Ы. взял на себя анализ текстур. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Национального фонда естественных наук Китая (№№ 513, 51861029, 51801162 и 32071327), Программы ключевых исследований и разработок Шэньси (программы №2019GY-151, 2019GY-178 и 2020GY-251), Проект научно-технического плана района Вэйян в городе Сиань (201905) и Сианьский научно-технический проект (2020KJRC0141). JC был лидером по финансированию.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Абдельрхман, Ю. М., Геприл, М.А., Кобаяси, С., Окано, С., Окамото, Т. (2019). Биосовместимость новых недорогих (α + β) сплавов Ti-Mo-Fe для длительной имплантации. Mater. Sci. Англ. С 99, 552–562. DOI: 10.1016 / j.msec.2019.01.133

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Азусима А., Копп Р., Корхонен А. С., Янг Д., Микари Ф., Лахоти Г. и др. (2008). Процессы интенсивной пластической деформации (ИПД) металлов. CIRP Ann. Manuf. Technol. 57, 716–735.

Google Scholar

Банерджи Д. и Уильямс Дж. К. (2013). Перспективы науки и технологии титана. Acta Mater. 61, 844–879. DOI: 10.1016 / j.actamat.2012.10.043

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Банерджи, Р., Наг, С., Стечшулте, Дж., И Фрейзер, Х. Л. (2004). Механизмы упрочнения в ортопедических сплавах Ti-Nb-Zr-Ta и Ti-Mo-Zr-Fe. Биоматериалы 25, 3413–3419. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2003.10.041

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бермингем, М.Дж., Кент, Д., Пейс, Б., Кэрни, Дж. М., и Даргуш, М. С. (2020). Высокопрочный термообрабатываемый β-титановый сплав для аддитивного производства. Mater. Sci. Англ. А 791: 139646. DOI: 10.1016 / j.msea.2020.139646

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цай, С., Даймонд, М. Р., Рен, Ю., Бейли, Д. М., и Кей, Л. Е. (2013). Влияние кратковременного отжига на восстанавливаемую деформацию титанового сплава бета III. Mater. Sci. Англ. Структура. Матер. 562, 172–179. DOI: 10.1016 / j.msea.2012.11.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, Ю., Ду, З., Сяо, С., Сюй, Л., и Тянь, Дж. (2014). Влияние термической обработки старением на микроструктуру и свойства растяжения нового высокопрочного титанового сплава β. J. Alloys Compd. 586, 588–592. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2013.10.096

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Cheng, J., Li, J., Yu, S., Du, Z., Zhang, X., Gai, J., et al. (2020). Деформация при комнатной температуре и сверхупругое поведение титанового сплава ТЛМ в различных условиях растворения. Фронт. Матер. 7: 114. DOI: 10.3389 / fmats.2020.00114

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чеонг, К. (2008). Роль дислокаций в циклически деформируемых металлических поликристаллах. Curr. Прил. Phys. 8, 436–439. DOI: 10.1016 / j.cap.2007.10.068

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дураччо Д., Муссано Ф. и Фага М. Г. (2015). Биоматериалы для дентальных имплантатов: современные и будущие тенденции. J. Mater. Sci. 50, 4779–4812.DOI: 10.1007 / s10853-015-9056-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гао, Дж., Ноулз, А. Дж., Гуань, Д., и Рейнфорт, В. М. (2019). ω-фаза упрочнена метастабильным β-титановым сплавом 1,2 ГПа с высокой пластичностью. Scr. Матер. 162, 77–81. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2018.10.043

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гита М., Сингх А. К., Асокамани Р. и Гогиа А. К. (2009). Биоматериалы на основе Ti, лучший выбор для ортопедических имплантатов — обзор. Prog. Матер. Sci. 54, 397–425. DOI: 10.1016 / j.pmatsci.2008.06.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Горяинов, В., Кук, Р., Латам, Дж. М., Данлоп, Д. Г., и Ореффо, Р. О. К. (2014). Кость и металл: ортопедический взгляд на остеоинтеграцию металлов. Acta Biomater. 10, 4043–4057. DOI: 10.1016 / j.actbio.2014.06.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Го, С., Мэн, К., Ху, Л., Ляо, Г., Чжао, X., и Сюй, Х. (2013). Подавление изотермической ω-фазы дислокационными клубками и границами зерен в метастабильных титановых сплавах β-типа. J. Alloys Compd. 550, 35–38. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2012.09.081

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hafeez, N., Liu, J., Wang, L., Wei, D., Tang, Y., Lu, W., et al. (2020). Сверхупругий отклик низкомодульного пористого сплава Ti-35Nb-2Ta-3Zr бета-типа, полученного методом наплавления лазерного порошка. Доп. Manuf. 34: 101264.DOI: 10.1016 / j.addma.2020.101264

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хао Ю., Чжан З., Ли С. и Ян Р. (2012). Микроструктура и механические свойства сплава Ti-24Nb-4Zr-8Sn, обработанного теплой обжимкой и теплой прокаткой. Acta Mater. 60, 2169–2177. DOI: 10.1016 / j.actamat.2012.01.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ивасишин, О. М., Марковский, П. Э., Семятин, С. Л., Уорд, К. Х. (2005). Реакция старения крупнозернистых и мелкозернистых β-титановых сплавов. Mater. Sci. Англ. Структура. Матер. 405, 296–305. DOI: 10.1016 / j.msea.2005.06.027

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Картикеян, Т., Дасгупта, А., Хатиркар, Р. К., Сароджа, С., Самадждар, И., и Виджаялакшми, М. (2010). Влияние скорости охлаждения на текстуру превращения и выбор вариантов при ß → превращении в сплаве Ti – 5Ta – 1.8Nb. Mater. Sci. Англ. Структура. Матер. 528, 549–558. DOI: 10.1016 / j.msea.2010.09.055

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кент, Д., Ван Г., Ю З., Даргуш М. С. (2010). Псевдоупругое поведение сплава β Ti – 25Nb – 3Zr – 3Mo – 2Sn. Mater. Sci. Англ. Структура. Матер. 527, 2246–2252. DOI: 10.1016 / j.msea.2009.11.059

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кент, Д., Ван, Г., Ю, З., Ма, X., и Даргуш, М. С. (2011). Повышение прочности биомедицинского титанового сплава за счет модифицированной техники накопительного валкового соединения. J. Mech. Behav. Биомед. Матер. 4, 405–416. DOI: 10.1016 / j.jmbbm.2010.11.013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли Т., Кент Д., Ша Г., Даргуш М. С. и Кэрни Дж. М. (2014). Осаждение α-фазы в ультрамелкозернистом бета-титановом сплаве, обработанном интенсивной пластической деформацией. Mater. Sci. Англ. Структура. Матер. 605, 144–150. DOI: 10.1016 / j.msea.2014.03.044

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Ю., Ян, К., Чжао, Х., Цюй, С., Ли, X., и Ли, Ю.(2014). Новые разработки сплавов на основе Ti для биомедицинских приложений. Материалы 7, 1709–1800. DOI: 10.3390 / ma7031709

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю С., Лю Дж., Ван, Л., Ма, Р. Л., Чжун, Ю., Лу, В. и др. (2020). Сверхупругое поведение на месте в результате эвтектической реакции, созданной высокопрочным трехмерным пористым каркасом из NiTi-Nb. Scr. Матер. 181, 121–126. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2020.02.025

CrossRef Полный текст | Google Scholar

млн лет назад, Du, Z., Cui, X., Cheng, J., Liu, G., Gong, T., et al. (2018). Влияние процесса холодной прокатки на микроструктуру и механические свойства тонких листов высокопрочного β-титанового сплава. Prog. Nat. Sci. Матер. Int. 28, 711–717. DOI: 10.1016 / j.pnsc.2018.10.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Малек, Дж., Хнилица, Ф., Весели, Дж., Смола, Б., Бартакова, С., и Ваник, Дж. (2012). Влияние химического состава и термомеханической обработки на сплавы Ti – Nb – Ta – Zr. Mater. Des. 35, 731–740. DOI: 10.1016 / j.matdes.2011.10.030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Малинов С., Ша В., Марковский П. Е. (2003). Экспериментальное исследование и компьютерное моделирование фазового превращения β → α + β в сплаве β21s в изотермических условиях. J. Alloys Compd. 348, 110–118.

Google Scholar

Мантани Ю. и Таджима М. (2006). Фазовое превращение закаленного α ”мартенсита при старении в сплавах Ti – Nb. Mater. Sci. Англ. А 438, 315–319. DOI: 10.1016 / j.msea.2006.02.180

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мин, X., Цузаки, К., Эмура, С., и Цучия, К. (2012). Образование гетерогенных двойников и его влияние на свойства растяжения в β-титановых сплавах на основе Ti – Mo. Mater. Sci. Англ. Структура. Матер. 554, 53–60. DOI: 10.1016 / j.msea.2012.06.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нииноми, М. (2002). Современные металлические материалы для биомедицинских приложений. Металл. Матер. Пер. А 33: 477. DOI: 10.1007 / s11661-002-0109-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нииноми М. и Накаи М. (2011). Биоматериалы на основе титана для предотвращения защиты от напряжений между имплантатами и костью. Внутр. J. Biomater. 2011: 836587.

Google Scholar

Озан, С., Линь, Дж., Чжан, Ю., Ли, Ю., и Вэнь, К. (2019). Деформация при холодной прокатке и поведение при отжиге титанового сплава Ti – 34Nb – 25Zr β-типа для биомедицинских приложений. J. Mater. Res. Technol. 9, 2308–2318. DOI: 10.1016 / j.jmrt.2019.12.062

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кази Дж. И., Марквардт Б., Аллард Л. Ф. и Рэк Х. Дж. (2005). Фазовые превращения в сплавах Ti – 35Nb – 7Zr – 5Ta– (0,06–0,68) O. Mater. Sci. Англ. С 25, 389–397. DOI: 10.1016 / j.msec.2005.01.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Qiang, G., Qing, W., Xiuli, H., Xuekun, L., Dongli, S., and Gaohui, W. (2011).Осаждение α-фазы и механические свойства в сильно пластически деформированном сплаве Ti-15-3. Rare Metal Mater. Англ. 40, 377–383. DOI: 10,1016 / s1875-5372 (11) 60019-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Rabadia, C., Liu, Y., Chen, L., Jawed, S. F., Wang, L., Sun, H., et al. (2019a). Деформационные и прочностные характеристики фаз Лавеса в титановых сплавах. Mater. Des. 179: 107891. DOI: 10.1016 / j.matdes.2019.107891

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рабадия, К., Liu, Y., Zhao, C.H., Wang, J., Jawed, S.F., Wang, L., et al. (2019b). Улучшенный компромисс между прочностью и пластичностью в метастабильных сплавах бета-типа Ti-Zr-Fe-Sn на основе титана. Mater. Sci. Англ. Структура. Матер. 766: 138340. DOI: 10.1016 / j.msea.2019.138340

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рэк, Х. Дж., И Кази, Дж. И. (2006). Титановые сплавы для биомедицинских приложений. Mater. Sci. Англ. С 26, 1269–1277.

Google Scholar

Рамезаннеджад, А., Сюй В., Сяо В. Л., Фокс К., Лян Д. и Цянь М. (2019). Новые взгляды на сверхэластичные титановые сплавы без никеля для биомедицинских приложений. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 23: 100783. DOI: 10.1016 / j.cossms.2019.100783

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Салиб М., Тейшейра Дж., Жермен Л., Ламиэль Э., Гей Н. и Эбиготье Э. (2013). Влияние температуры превращения на формирование микроструктуры, связанной с выделением α на границах β-зерен в β-метастабильном титановом сплаве. Acta Mater. 61, 3758–3768. DOI: 10.1016 / j.actamat.2013.03.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сун, З., Сунь, К., Сяо, Л., Лю, Л., и Сун, Дж. (2010). Влияние предварительной деформации и старения на микроструктуру и свойства при растяжении сплава Ti – 10Mo – 8V – 1Fe – 3.5Al. Mater. Sci. Англ. Структура. Матер. 527, 691–698. DOI: 10.1016 / j.msea.2009.09.046

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сан, Ф., Прима, Ф. и Глориант, Т.(2010). Высокопрочный наноструктурированный сплав Ti – 12Mo из пластичного метастабильного прекурсора бета-состояния. Mater. Sci. Англ. Структура. Матер. 527, 4262–4269. DOI: 10.1016 / j.msea.2010.03.044

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Таддеи, Э. Б., Энрикес, В. А. Р., Сильва, К. Р. М., и Каир, К. А. А. (2004). Производство нового титанового сплава для ортопедических имплантатов. Mater. Sci. Англ. С 24, 683–687. DOI: 10.1016 / j.msec.2004.08.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Такемото, Ю., Симидзу, И., Сакакибара, А., Хида, М., и Мантани, Ю. (2004). Поведение при растяжении и холодная обрабатываемость сплавов Ti-Mo. Mater. Пер. 45, 1571–1576. DOI: 10.2320 / matertrans.45.1571

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ваджпай, С. К., Шарма, Б., Ота, М., и Амеяма, К. (2018). Влияние холодной прокатки и термообработки на микроструктуру и механические свойства β-титанового сплава Ti-25Nb-25Zr. Mater. Sci. Англ. Структура. Матер. 736, 323–328.DOI: 10.1016 / j.msea.2018.09.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Л., Лу, В., Цинь, Дж., Чжан, Ф., и Чжан, Д. (2009). Влияние фазы выделения на микроструктуру и сверхупругость холоднокатаного бета-титанового сплава при термообработке. Mater. Des. 30, 3873–3878. DOI: 10.1016 / j.matdes.2009.03.042

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Л., Лу, В., Цинь, Дж., Чжан, Ф., и Чжан, Д. (2010). Характеристика эффекта памяти формы для биомедицинского титанового сплава β-типа с низким модулем упругости. Mater. Charact. 61, 535–541. DOI: 10.1016 / j.matchar.2010.02.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wang, L., Qu, J., Chen, L., Meng, Q., Zhang, L., Qin, J., et al. (2015). Исследование механизмов деформации сплава Ti-35Nb-2Ta-3Zr β-типа методом FSP, приводящего к упрочнению поверхности. Металл. Матер. Пер. А 46, 4813–4818. DOI: 10.1007 / s11661-015-3089-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Ю. Б., Чжао, Ю., Lian, Q., Liao, X.Z., Valiev, R.Z., Ringer, S.P., et al. (2010). Размер зерен и обратимое бета-фазовое превращение в омега-фазу в сплаве Ti. Scr. Матер. 63, 613–616. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2010.05.045

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wu, S.Q., Ping, D.H., Yamabe-Mitarai, Y., Xiao, W.L., Yang, Y., Hu, Q.M, et al. (2014). {112} <111> двойникование при переходе ø в объемно-кубическую. Acta Mater. 62, 122–128. DOI: 10.1016 / j.actamat.2013.09.040

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xiang, K., Chai, L., Wang, Y., Wang, H., Guo, N., Ma, Y., et al. (2020). Микроструктурные характеристики и твердость покрытия из среднеэнтропийного сплава CoNiTi на подложке из чистого Ti, полученного методом импульсной лазерной наплавки. J. Alloys Compd. 849: 156704. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2020.156704

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй, Т., Коу, Х., Ли, Дж. С., Чжан, Ф. С., Фэн, Ю. (2015).Влияние условий фазового превращения на микроструктуру и свойства при растяжении сплава Ti-3Al-15Mo-3Nb-0.2Si. J. Mater. Англ. Выполнять. 24, 3018–3025. DOI: 10.1007 / s11665-015-1583-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй Т., Ли, Дж. С., Чжан, С., Чжан, Ф., и Лю, X. (2016a). Поведение сплава Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si при холодной деформации и его влияние на α-выделение и свойства при растяжении при обработке старением. J. Alloys Compd. 682, 404–411.DOI: 10.1016 / j.jallcom.2016.04.293

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй, Т., Чжан, С.С., Чжан, Ф., Коу, Х., и Ли, Дж. С. (2016b). Влияние ř-стимулированного осаждения на β → α превращение и растягивающие свойства сплава Ti – 15Mo – 2.7Nb – 3Al – 0.2Si. Mater. Sci. Англ. Структура. Матер. 654, 249–255. DOI: 10.1016 / j.msea.2015.12.052

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй, Т., Чжан, С., Цуй, Н., Цао, Л., и Ван, Ю. (2019a). Влияние скорости деформации и температуры отжига на развитие микроструктуры и текстуры чистого ниобия. Металл. Матер. Пер. Физ. Металл. Матер. Sci. 50, 5297–5313. DOI: 10.1007 / s11661-019-05425-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй, Т., Чжан, С., Цуй, Н., Цао, Л., и Ван, Ю. (2019b). Поведение при осаждении сплава Ti15Mo и его влияние на микроструктуру и механические характеристики. J. Mater. Англ. Выполнять. 28, 7188–7197. DOI: 10.1007 / s11665-019-04456-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг Ю., Кастани П., Бертран, Э., Корнен, М., Лин, Дж. Х. и Глориант, Т. (2018). Вызванное снятием напряжения межфазная двойная граница ω образование фазы в монокристалле на основе Ti β-типа, демонстрирующее индуцированное напряжением α ”мартенситное превращение. Acta Mater. 149, 97–107. DOI: 10.1016 / j.actamat.2018.02.036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю. С., Ю. З., Ван, Г., Хан, Дж., Ма, X., и Даргуш, М. С. (2011). Биосовместимость и остеокондукция активных пористых кальций-фосфатных пленок на новом биомедицинском сплаве Ti – 3Zr – 2Sn – 3Mo – 25Nb. Colloids Surf. B Биоинтерфейсы 85, 103–115. DOI: 10.1016 / j.colsurfb.2011.02.025

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Yu, Z., Zhang, M., Tian, ​​Y., Cheng, J., Ma, X., Liu, H., et al. (2014). Обозначение и разработка биомедицинских сплавов Ti с улучшенной биомеханической совместимостью в долговременных хирургических имплантатах. Фронт. Матер. Sci. 8, 219–229. DOI: 10.1007 / s11706-014-0254-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, Л., Чен, Л., и Ван, Л. (2020). Модификация поверхности титана и титановых сплавов: технологии, разработки, интересы будущего. Adv. Англ. Матер. 22: 18. DOI: 10.1002 / adem.2018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, L.-C., and Chen, L.-Y. (2019). Обзор биомедицинских титановых сплавов: последние достижения и перспективы. Adv. Англ. Матер. 21: 1801215. DOI: 10.1002 / adem.201801215

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжэн, З., Чай, Л., Сян, К., Хуанг, В., Ван, Ю., Лю, Л. и др. (2020). Типичные микроструктурные характеристики метастабильного сплава β-Ti Ti – 5Al – 5Mo – 5V – 3Cr – 1Fe, кованного в области α + β. Acta Metall. Грех. DOI: 10.1007 / s40195-020-01115-y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Характеристики и применение титана

Характеристики и применение титана

---

---

Просмотры сообщений: 949

Титан — серебристо-белый металл с температурой плавления 1668 ° C.По сравнению с другими металлами у титана больше и лучшие характеристики, поэтому он используется в различных сценариях. Итак, в этой статье давайте взглянем на характеристики и области применения титана .

Характеристики и применение титана

1. Низкая плотность, высокая удельная прочность

Плотность металлического титана составляет 4,51 г / см³, что выше, чем у алюминия, но ниже, чем у стали, , меди, , и , никеля, , но его удельная прочность выше, чем у алюминиевого сплава и высокопрочной легированной стали.Высокая удельная прочность указывает на то, что металл легкий и высокопрочный, поэтому титан является легким и высокопрочным металлическим конструкционным материалом.

Высокая удельная прочность титана делает его широко используемым при разработке передовых технологий, таких как авиация, аэрокосмическая промышленность, ракеты и оружие. Кроме того, титан и сплавы из титана также используются в защитных кольцах высокоскоростных вращающихся генераторов, лопастях больших паровых турбин, велосипедах высокого класса, клюшках для гольфа и палках для прыжков в высоту.

2. Низкий модуль упругости

Модуль упругости титана составляет 106,4 ГМПа при комнатной температуре, что составляет 57% от стали. Это указывает на то, что способность титана противостоять нормальной деформации ниже, чем у стали, поэтому использование титана ограничено и не подходит для жестких конструкционных деталей.

Модуль упругости титана уменьшается с повышением температуры. Титан используется при условии, что температура окружающей среды выше 300 ℃, модуль упругости будет значительно снижен.

3. Низкая теплопроводность

Механизм теплопередачи титана — это в основном электронная теплопроводность, за которой следует решеточная теплопроводность. Согласно фактическим результатам испытаний, теплопроводность титана составляет 0,1507 Дж, что составляет одну пятую от низкоуглеродистой стали и одну пятую от меди, которая аналогична нержавеющей стали.

4. Его предел прочности близок к пределу текучести.

Титан имеет высокий коэффициент текучести (предел прочности / предел текучести), что приводит к плохой пластической деформации во время штамповки.Кроме того, отношение предела текучести титана к модулю упругости больше, поэтому упругость титана во время формования выше.

5. Немагнитный, нетоксичный

Титан — немагнитный металл и не намагничивается в сильном магнитном поле. Титановые кардиостимуляторы не подвержены воздействию гроз и хорошо совместимы с тканями и кровью человека, поэтому они приняты медицинским сообществом.

6. Сильные антидемпфирующие свойства

После того, как металлический титан подвергается механической и электрической вибрации, время затухания его вибрации является самым большим по сравнению со сталью и медью.Эти характеристики титана можно использовать в качестве камертона, вибрирующего элемента медицинского ультразвукового пульверизатора и вибропленки для акустических колонок высокого класса.

7. Хорошая термостойкость

Новый титановый сплав может использоваться длительное время при температуре 600 ° C и выше. С развитием авиационной и космической промышленности жаропрочные титановые сплавы используются в таких деталях, как стартовые диски, лопасти, задняя часть фюзеляжа, направляющие и входные повороты.

8.Хорошая низкотемпературная стойкость

Низкотемпературные титановые сплавы, представленные ТА7 (Ti-5Al-2.5Sn) , TC4 ( Ti-6Al-4V ), Ti-2.5Zr-1.5Mo и др., Прочность которых возрастает. с понижением температуры, но пластическое изменение невелико. Они сохраняют хорошую пластичность и вязкость при низких температурах и избегают хладноломкости металлов. Поэтому они являются идеальными материалами для криогенных контейнеров, резервуаров для хранения и другого оборудования.

9. Высокая производительность геттера

Титан — химически очень активный металл, который может реагировать со многими элементами и соединениями при высоких температурах. Геттер титана в основном относится к реакции с углеродом, водородом, азотом и кислородом при высоких температурах.

10. Высокая коррозионная стойкость

Титан — очень активный металл. Его равновесный потенциал очень низок, а склонность к термодинамической коррозии в среде высока.Но на самом деле титан очень стабилен во многих средах. Например, титан устойчив к коррозии в окислительных, нейтральных и слабых восстановительных средах.

Это потому, что титан имеет большое сродство с кислородом. На воздухе или в кислородсодержащей среде на поверхности титана образуется плотная, прочная адгезия и инертная оксидная пленка, защищающая титановую матрицу от коррозии. Даже из-за механического износа он быстро заживает или регенерируется снова, что показывает, что титан — это металл с сильной тенденцией к пассивации.

Заключение

Спасибо, что прочитали нашу статью, и мы надеемся, что она поможет вам лучше понять характеристики и области применения титана. Если вы хотите узнать больше о титановых сплавах и , мы хотели бы посоветовать вам посетить Advanced Refractory Metals (ARM) для получения дополнительной информации.

со штаб-квартирой в Лейк-Форест, Калифорния, США, Advanced Refractory Metals ( ARM) является ведущим производителем и поставщиком тугоплавких металлов по всему миру, обеспечивая клиентов высококачественными тугоплавкими металлами и сплавами, такими как титан , титановые сплавы , вольфрам , молибден, тантал, рений , и цирконий по очень конкурентоспособной цене.