«Какая температура нужна для того, чтобы за долю секунды расплавить или разрезать надвое щит из титана?» — Яндекс Кью
ПопулярноеСообщества
ФизикаНаука
Анонимный вопрос
·
2,6 K
ОтветитьУточнитьDmitriy Razorenov
11,1 K
Старший научный сотрудник ИНЭОС РАН, химик, музыкант и радиолюбитель · 15 мар 2019
Владимир Замятин тут уже написал самый важный момент: для плавления важна не температура, а скорость подвода теплоты. Но автору вопроса этот ответ не понравился, и он начал возмущаться в комментариях. Такое иногда бывает, когда у человека сложности с концентрацией внимания, он не может усвоить материал, получить быстрый ответ на неправильно поставленный вопрос, и это вызывает агрессию.
В некоторых странах детям прописывают специальные таблетки в таких случаях.
Вопрос возник явно не в результате чтения учебника физики, а скорее при просмотре каких-нибудь фантастических фильмов про супергероев. Хорошо, супергероям периодически нужно разрезать стены из титана, и вот в данном случае автор предположил, что достаточно иметь какой-то объект с определенной температурой (нужно только узнать с какой!) и если добавить немного кинетической энергии, задача будет решена и титановый щит будет разрублен.
Сначала супергерой думал, что можно использовать разогретую руку своего роботского костюма, но потом оказалось, что это как-то неудобно и непрактично: делать костюм с тугоплавкими подогреваемыми руками, и он сделал раскаленный до 3000°С топор из вольфрама массой 100 кг. Ведь, логично, что 3000°С это больше, чем температура плавления титана 1670°С. Использовать разогретый топор из вольфрама можно только в космосе, на воздухе он просто сгорит, но работать в космосе для нашего супергероя — это не проблема.
Супергерой начинает рубить стену из титана раскаленным, светящимся ярким светом топором из вольфрама. И вдруг обнаруживает, что чтобы расплавить титан, ему приходится прислонять топор к щиту и долго его держать. Титан сначала нагревается от температуры холодного космоса до температуры 1670°С, на каждый моль (47 г) титана и на каждый градус требуется 25 джоулей. После того, как титан нагревается до температуры плавления, для того, чтобы из твердого титана с температурой 1670°С получился жидкий титан с температурой 1670°С требуется 18800 джоулей на моль.
- Блин, а я об этом не подумал, — говорит наш супергерой, — я думал, после того, как температура достигает 1670°С, титан просто плавится и всё!
Нет, глупый супергерой, и тебе говорили в комментариях, что не нужно путать понятия тепла (энергии) и температуры.
Прикинем, сколько энергии у нас есть в топоре из вольфрама. Масса топора 100 кг — это 544 моля, удельная теплоемкость вольфрама 24,27 Дж/(моль·К). Это значит, что максимальное теоретическое количество тепла, которое может отдать вольфрамовый топор при охлаждении от 3000 до 1670°С будет 17558257 джоулей.
Допустим, у нас температура титанового щита в космосе 0°С, тогда нам нужно 41750 Дж для нагрева 1 моля титана и 18800 Дж/моль для перевода его из твердое в жидкое состояние. То есть всей энергии, заключенной в 100 кг вольфрамовом топоре разогретом до 3000°С хватит на расплавление 13,6 кг титана. Но это в идеале, если бы энергию можно было бы целенаправленно передать от топора к титану. Реально же топор будет ежесекундно терять кучу энергии в виде излучения и остывать, скорость передачи тепла будет зависеть от разности температур, теплопроводности вольфрама (~150 Вт/м·К при 3000°С) и титана (~20 Вт/м·К), площади контакта. Энергия, подводимая от топора будет распределяться по всему щиту и излучаться в космос, но тут хорошо, что у титана ниже теплопроводность. Супергерой планировал это делать быстро, резать титан как масло горячим ножом, но нет, скорость передачи тепла ограничена, приходится надолго прикладывать топор и возить его туда-сюда по линии разреза. Любой, кто плавил олово паяльником представляет, как это выглядит.
В итоге может получиться расплавить пару килограммов титана, где-то продырявить щит.
Мы можем разогреть вольфрамовый топор еще до 3695°С, это добавит нам еще килограмм расплавленного титана, но не изменит ситуацию принципиально. А выше у нас уже не будет никаких твердых материалов. Мы можем использовать более горячую плазму, но угадайте, что будет важно в этом случае? Плазма — это более разреженная субстанция, ее поток придется направлять на титановый щит, и в итоге это значит, что будет важна скорость подвода тепла, измеряемая в ваттах, а не градусах. Можем сделать резак из вольфрама, подогреваемый электроэнергией, но тут опять будет важна мощность и скорость подвода тепла.
В общем, априори супергерой считал, что эксперты the Question дауны, так и написал им в комментариях. Но апостериори оказалось, что он сам не вполне осознавал законы физики, которые ему нужны для решения этой задачи, и был недостаточно вежливым с людьми, которые могли ему помочь.
Уильям Сыдыков
16 марта 2019
Ещё один псевдо-интеллектуал решил построить из себя психолога.
Если бы ты была врачом или психологом, то… Читать дальше
Комментировать ответ…Комментировать…
Вы знаете ответ на этот вопрос?
Поделитесь своим опытом и знаниями
Войти и ответить на вопрос
На какой температуре парить никель, титан?
Каждый день в современном мире на прилавках появляются все новые и новые устройства. Каждый день они претерпевают изменения и модернизации, и не каждый пользователь успевает следить за изменениями в технологиях и терминах, которыми эти изменения сопровождаются. Индустрия электронных сигарет не исключение.
И если еще пару лет назад весь технический сленг ограничивался десятком выражений, то сегодня даже парильщику со стажем могут быть непонятны некоторые нюансы. Последнее достижение в индустрии электронных сигарет – это температурный контроль. Что это такое, как это работает и на какой температуре парить никель и титан, сегодня будем с вами разбираться.
Содержание:
- 1 Термоконтроль.
Что ты такое, и зачем? - 2 Преимущества и недостатки устройств с ТК
- 3 Что нужно, чтобы так парить?
- 3.1 Мод или электронная сигарета
- 3.2 Проволока и спираль
- 4 Что лучше для парения никель или титан?
- 5 Неоднозначность вопроса
- 6 Заключение
Что ты такое, и зачем?Термоконтроль. Что ты такое, и зачем?
Термоконтроль – это слово, которое в последнее время вокруг себя вызвало настоящий ажиотаж, как революционный прорыв в мире электронных сигарет. И это вовсе не удивительно. Данная технология вывела парение на заоблачный уровень комфорта и безопасности. Однако, с одной стороны шумиха набирает обороты относительно крутости устройства, а с другой – относительно его цены. Но об этом немного позже. Что же все такие из себя представляет этот термоконтроль?
Детально об этом рассказывать можно очень и очень долго. Мы же рассмотрим основные принципы и концептуальное отличие новых девайсов с термоконтролем от электронных сигарет прошлого поколения.
Если попытаться уложить описание принципа действия этого показателя в одно предложение, то температурный контроль работает, используя сопротивление при нагреве некоторых металлов.
Разному металлу соответствует свое сопротивление.
Внутри каждой электронной сигареты есть металлическая спиралька, которая занимается испарением жидкости для парения, и превращением ее в пар. Техническим параметром данной спиральки является ее сопротивление. Если у вас аппарат с дисплеем, то сопротивление будет отображаться на дисплее устройства.
При изготовлении электронных сигарет существуют некоторые стандарты. По этому стандарту большинство испарителей и намоток выполняются из кантала. Сопротивление этого материала при нагреве не изменяется, или попросту не «скачет», что не влияет на изменение мощности, которую нужно подать на спираль для ее нагрева.
В термоконтроле будет использован материал, сопротивление которого будет изменяться, при изменении температуры нагрева этих материалов.
Плата внутри устройства имеет функциональную возможность по определенной формуле рассчитывать мощность, подаваемую на спираль.
Работает это следующим образом: мод запоминает исходное значение сопротивления спирали и в дальнейшем при изменении температуры и изменении сопротивления, рассчитывая по формуле мощность, поддерживает температуру нагрева на определенном уровне. К примеру, если изначально сопротивление было 20 Ом, а потом изменилось до 40 Ом, то значит, что температура примерно равна 200 градусам Цельсия.
Каждый мод с температурным контролем позволяет контролировать не только мощность, но и температуру нагревания спирали. Это дает возможность пользователю выставить нужный уровень нагрева спирали, а мод автоматически рассчитает нужную подаваемую мощность.
Преимущества и недостатки устройств с ТК
Как и в любом приборе, машине или аппарате при сравнении с аналогами будет ряд отличий, как положительных, так и отрицательных:
Самым важным преимуществом данной конструкционной особенности является полное предотвращение горения ваты, или просто говоря «гарика».
Рано или поздно, но это случалось со всеми без исключения. Либо пользователь не замечает, как заканчивается жидкость, либо выставлена была мощность больше чем положено, либо жидкости было залито малое количество.
Итог был всегда один: неприятное ощущение во рту, и как скрытая опасность — потенциальный вред здоровью. Некоторые металлы, а в частности никель, детальнее о котором мы поговорим чуть позже, при перегреве выделяют вредные и опасные, для организма человека, вещества.
Именно для того, чтобы избавить вейпера от этих неприятных моментов, на свете и появился ТК. Даже если вы не заметили, что ваша жидкость заканчивается, термоконтроль снизит подаваемую мощность на спираль, и как неприятный результат, вы получите только отсутствие пара, или его очень малое количество.
Вторым немаловажным моментом следует выделить значительное повышение работоспособности и длительности службы спиралей и испарителей. Так как ТК не даст разогреть спираль до критической температуры, то физически отбросит возможность переизноса, что само по себе говорит о повышении длительности ее работы.
Продолжительность жизни аккумуляторов тоже значительно возрастает. Мощность вариативно подстраивается под разные режимы нагрева спирали, тем самым в полтора раза увеличивая длительность работы батареи.
Что нужно, чтобы так парить?
Чтобы перейти на режим парения повышенной комфортности, вам, для начала, придётся обзавестись некоторыми устройствами и расходным материалом.
Мод или электронная сигарета
Самым первым шагом на вашем пути станет приобретение устройства, которое будет поддерживать термоконтроль. Найти его совершенно не проблема, как в специализированных магазинах, так и на просторах всемирной паутины. Цена на подобные устройства варьируется от 30 до 300 условных единиц.
Если вы не профессионал в делах оснастки и модернизации электронных сигарет, то лучше совершать покупку в магазине, предварительно проконсультировавшись со специалистом, который может пролить свет на некоторые технические моменты и повлиять на ваше решение в выборе товара.
Обратите внимание, как меняется цвет отпечатка на хлопке в зависимости от температуры.
Проволока и спираль
Выбор металла – вопрос не меньшей важности. Привычный кантал для режима термоконтроля не подходит.
Сейчас основными материалами для спирали в системах ТК используют:
- никель Ni200;
- титан;
- нержавейка.
Абсолютно все моды с режимом термоконтроля поддерживают никель. Но с июня 2015 года на сцене появляется титан. Наряду с титаном, нержавейка так же подходит не ко всем устройствам, но новые модели устройств поддерживают все три разновидности материалов.
Что лучше для парения никель или титан?
Такой вопрос очень часто возникает на форумах и порождает некоторое количество споров. Лучше всего по характеристикам, все всяких споров показывает себя титан. Если мы рассматриваем моды с термоконтролем, то тут титан обеспечит наилучший контроль температуры, что в итоге даст нам минимизацию затрат аккумулятора.
Вдобавок к этому титан обладает более высоким сопротивлением, и подстроить под него свое устройство будет гораздо проще. По своим физико-химическим характеристикам титан является самым безопасным металлом, в отличие от никеля.
Именно вокруг никеля и распространяется максимальное количество споров и сомнительных высказываний. Если мы рассмотрим никель, как материал для спирали в устройстве без термоконтроля, то опасность парения никеля действительно имеет место быть. Если почитать аннотации к намоткам из никеля, то вы везде встретите заметку о том, что такую спираль нельзя прожигать при установке.
При повышении температуры выше 250 градусов, никель начинает интенсивно выделять токсические вещества, которые довольно неприятно могут сказываться на организме человека в целом и органах дыхательной системы в частности.
Подобный же эффект может возникать при перегреве никеля, в устройствах без термоконтроля, просто по причине того, что жидкость в баке заканчивалась, а вы это вовремя не увидели.
Опасность очень даже реальна.
Как говорят скептики, то и при нормальном режиме нагрева, никель, хоть и в малых количествах, но все равно токсины выделяет. Причем токсины эти имеют свойство накапливаться в организме, и при длительном поступлении в тело человека могут вызывать уже серьезные проблемы.
Эта же беда потенциально касается и устройств, имеющих температурный контроль. Хоть и перегрева никеля добиться в таком случае невозможно, но малые дозы токсинов все равно представляют опасность. Группу риска для парения никеля составляют люди, с его индивидуальной непереносимостью. Так же существует ряд людей, у которых испарения никеля могут вызывать разнообразные аллергические реакции, вплоть до отека гортани. А такие проблемы могут вызывать уже более опасные последствия парения.
Неоднозначность вопроса
Примерно одинаковое количество людей высказывается как о вреде никеля, так и за абсурдность потенциальных опасений. Адепты второй стороны вопроса говорят о том, что невозможно на практике, при нормальных условиях парения, добиться такой передозировки вредными веществами от никелевой спирали.
Статистика, которую предоставляют медики и ученые, показывает 2-5 случаев на 1000 человек. Цифра, откровенно говоря, микроскопическая, но статистика обязана говорить о потенциальных опасностях.
Чтобы реально вызвать внушительное выделение вредных веществ из спирали ее нужно длительное время использовать на более чем 600 градусах, чего не допустит ни одно современное устройство.
Заключение
Таким образом, можно сделать вывод, что если вы имеете возможность сделать намотку самостоятельно или выбрать спираль из разных материалов, то от никеля, как в ТК системах, так и в обычных устройствах лучше отказаться. К этому металлу приходят из-за его значимой разницы по сравнению с титаном.
Немаловажно запомнить несколько нюансов:
- Если вы планируете покупку мода с термоконтролем, то берите устройство с поддержкой титана и нержавейки. Так вы сможете опробовать все доступные виды металлов и найти для себя оптимальный.
- Если ваш мод с системой температурный контроль работает только с никелем – отчаиваться не стоит. Парить на титане вы тоже сможете, только с определенными настройками устройства.
- Если же у вас испаритель на никеле, и от этого металла вам никуда не деться, то парить никель рекомендуется, не превышая температуру в 200 градусов Цельсия. Пусть пар при такой температуре будет не такой хороший и насыщенный как мог бы быть на более высокой мощности, но о собственной безопасности тоже стоит беспокоиться.
Парить на титане вы тоже сможете, только с определенными настройками устройства.Что бы вы не выбрали – подходите к этому с умом. Пусть парение принесет только пользу и удовольствие!
Спутник Сатурна — Титан — Маглипогода
Поделиться:
Титан — крупнейший спутник Сатурна, второй по величине спутник в Солнечной системе, является единственным, кроме Земли, телом в Солнечной системе, для которого доказано стабильное существование жидкости на поверхности, и единственным спутником планеты, обладающим плотной атмосферой.
Титан стал первым известным спутником Сатурна — в 1655 году.
Диаметр Титана — 5152 км (это в 1,48 раза больше, чем у Луны), при этом Титан на 80 % превосходит спутник Земли по массе. Титан также превосходит размерами планету Меркурий, хотя и уступает ей по массе. Сила тяжести на нём составляет приблизительно одну седьмую таковой на Земле. Масса Титана составляет 95 % массы всех лун Сатурна.
Поверхность Титана в основном состоит из водяного льда и осадочных органических веществ. Она геологически молодая и, в основном, ровная, за исключением небольшого количества горных образований и кратеров, а также нескольких криовулканов. Плотная атмосфера, окружающая Титан, не позволяла увидеть поверхность спутника долгое время — вплоть до прибытия аппарата «Кассини-Гюйгенс» в 2004 году.
Горы Титана, снятые зондом «Гюйгенс» с высоты 10 км.Поверхность Титана нельзя увидеть, даже находясь вблизи спутника, не говоря о земных телескопах.
Во всем виновата плотная облачность в верхних слоях атмосферы. Однако космические аппараты провели некоторые исследования в различных диапазонах и позволили многое узнать о том, что скрывается под облаками.
синий — озёра и моря
красный — кратеры
лиловый — дюны
жёлтый — холмы
розовый — лабиринты
зеленовато-голубой — равнины
Мало того, в 2005 году зонд «Гюйгенс» отделился от станции «Кассини» и опустился прямо на поверхность Титана, передав первые настоящие панорамные фотографии. Спуск через толстую атмосферу занял более двух часов. Да и сам «Кассини» за годы, проведенные на орбите Сатурна сделал много фотографий как облачного покрова Титана, так и его поверхности в разных диапазонах.
Поверхность Титана в основном ровная, без сильных перепадов. Однако кое-где встречаются и настоящие горные хребты высотой до 1 километра. Обнаружена и гора высотой 3337 метров. Также на поверхности Титана есть множество озер из этана, и даже целые моря – например, море Кракена по площади сравнимо с Каспийским морем.
Имеется множество этановых рек или их русла. В месте приземления зонда «Гюйгенс» видно много камней округлой формы – это следствие воздействия на них жидкости, в земных реках камни также постепенно обтачиваются.
Атмосфера преимущественно состоит из азота; также имеется небольшое количество метана и этана, которые образуют местный океан и облака, являющиеся источником жидких и, возможно, твёрдых осадков. На поверхности имеются метан-этановые озёра и реки. Давление у поверхности примерно в 1,5 раза превышает давление земной атмосферы. Температура у поверхности — минус 170—180 °C.
Сравнение атмосфер Титана и ЗемлиГраница атмосферы Титана находится примерно в 10 раз выше, чем на Земле. Граница тропосферы располагается на высоте 35 км. До высоты 50 км простирается обширная тропопауза, где температура остаётся практически постоянной, а затем температура начинает расти. Минимальная температура около поверхности составляет −180 °C, при увеличении высоты температура постепенно повышается и на расстоянии 500 км от поверхности достигает −121 °C.
Ионосфера Титана имеет более сложную структуру, чем земная, её основная часть располагается на высоте 1200 км.
Температура у поверхности Титана составляет в среднем −180 °C. Из-за плотной и непрозрачной атмосферы разница температуры между полюсами и экватором составляет всего 3 градуса. Такие низкие температуры и высокое давление противодействуют таянию водяного льда, вследствие чего в атмосфере практически нет воды.
В высоких слоях атмосферы содержится много метана; он должен был бы приводить к возникновению парникового эффекта и, как следствие, повышению температуры на спутнике. Однако оранжевый туман, состоящий из органических молекул, распространённый повсеместно в нижних слоях атмосферы, хорошо поглощает солнечное излучение и пропускает инфракрасное от поверхности, что приводит к антипарниковому эффекту и охлаждает поверхность примерно на 10 градусов.
Атмосферный вихрь над северным полюсом.
«Кассини», 2006 годВетер у поверхности Титана обычно довольно слабый и составляет примерно 0,3 м/с, на небольших высотах направление ветра менялось. На высотах более 10 км в атмосфере Титана постоянно дуют довольно сильные ветры. Их направление совпадает с направлением вращения спутника, а скорость растёт с высотой.
Метан конденсируется в облака на высоте нескольких десятков километров. Согласно данным, полученным «Гюйгенсом», относительная влажность метана повышается с 45 % у поверхности до 100 % на высоте 8 км (при этом общее количество метана, наоборот, уменьшается). На высоте 8—16 км простирается очень разреженный слой облаков, состоящих из смеси жидкого метана с азотом, покрывающий половину поверхности спутника. Слабая изморось постоянно выпадает из этих облаков на поверхность, компенсируемая испарением.
Несмотря на низкую температуру, Титан сопоставляется с Землёй на ранних стадиях развития, и нельзя исключать, что на спутнике возможно существование простейших форм жизни; в частности, в подземных водоёмах, где условия могут быть гораздо комфортнее, чем на поверхности.
Радиус орбиты Титана составляет 1 221 870 км (20,3 радиуса Сатурна). Таким образом, Титан находится вне колец Сатурна, крайнее из которых находится примерно в 750 000 км. Полный оборот вокруг планеты Титан производит за 15 дней, 22 часа и 41 минуту со средней скоростью 5,57 км/с. Как Луна и многие другие спутники планет в Солнечной системе, Титан имеет синхронное вращение относительно планеты, ставшее результатом приливного захвата. То есть периоды вращения вокруг своей оси и обращения вокруг Сатурна совпадают, и спутник повёрнут к планете всегда одной и той же стороной. От меридиана, проходящего через центр этой стороны, ведётся отсчёт долготы.
Слоистое строение атмосферы. «Кассини», 2004 год. Изображение раскрашено в естественные цветаПри сопоставимых размерах с Меркурием и Ганимедом, Титан обладает обширной атмосферой, толщиной более 400 км.
По современным оценкам атмосфера Титана состоит на 95 % из азота и оказывает давление на поверхность в 1,5 раза больше, чем атмосфера Земли. Наличие метана в атмосфере приводит к процессам фотолиза в верхних слоях и образованию нескольких слоёв углеводородного «смога», из-за чего Титан является единственным спутником в Солнечной системе, поверхность которого невозможно наблюдать в оптическом диапазоне.
Согласно расчётам, Титан имеет твёрдое ядро, состоящее из скальных пород, диаметром около 3400 км, которое окружено несколькими слоями водяного льда. Внешний слой мантии состоит из водяного льда и гидрата метана, внутренний из спрессованного, очень плотного льда. Между этими слоями возможно существование прослойки из жидкой воды. Как и на другие спутники Юпитера и Сатурна, такие, например, как Ио и Энцелад, на Титан действуют значительные приливные силы, которые играют существенную роль в тектонических процессах спутника, разогревают его ядро и поддерживают вулканическую активность.
Ряд учёных выдвинули гипотезу о существовании глобального подповерхностного океана. Предполагается, что в воде содержится значительное количество аммиака (около 10 %), который действует на воду как антифриз, то есть понижает температуру её замерзания. В сочетании с высоким давлением, оказываемым корой спутника, это может являться дополнительным условием существования подповерхностного океана.
Море Кракена на спутнике ТитанСогласно данным, обнародованным в конце июня 2012 года и собранным ранее КА «Кассини», под поверхностью Титана на глубине около 100 км действительно должен находиться океан, состоящий из воды с возможным небольшим количеством солей. На основании гравитационной карты спутника, построенной по данным «Кассини», учёные высказали предположение, что жидкость в подповерхностном океане Титана отличается повышенной плотностью и экстремальной соленостью. Скорее всего, она представляет собой рассол, в состав которого входят соли, содержащие натрий, калий и серу.
Кроме того, в разных районах спутника глубина океана неодинакова — в одних местах вода промерзает, изнутри наращивая ледяную корку, покрывающую океан, и слой жидкости в этих местах практически не сообщается с поверхностью Титана. Сильная солёность подповерхностного океана делает практически невозможным существование в нём жизни.
Знаете больше о Титане? Пишите в комментариях, добавим в основной текст.
Присоединяйтесь в Маглипогоду на Boosty!
С Уважением, Маглипогода!
Дисклеймер. Материалы, размещенные на данном сайте не являются официальными и не могут быть использованы, как эталонные! Все материалы предоставляются по принципу «как есть», без каких-либо явных или подразумеваемых гарантий. Команда проекта «Маглипогода» не несет и не может нести какую-либо ответственность за последствия использования этих материалов. При использовании материалов сайта, активная гиперссылка на соответствующую статью или страницу обязательна, при этом любое искажение оригнального текста или его рерайтинг строго запрещены!
Поддержите сайт!
Понимание тепловых свойств титана — IMS
Титан и его сплавы широко используются в конструкционных применениях в аэрокосмической, автомобильной, оборонной, спортивной технике и здравоохранении из-за их высокой прочности, малого веса, отличной коррозионной стойкости и в целом стабильных свойств при высоких температурах.
и низкие температуры. Однако уникальные термические свойства титана делают его непригодным для одних применений, в то время как для других он превосходен.
Титан ведет себя несколько иначе, чем большинство металлов при экстремальных температурах, поэтому важно понимать тепловые свойства титана, прежде чем использовать его в такой среде. Например, хотя титан остается прочным при высоких температурах, он плохо рассеивает тепло, что может привести к его накоплению в металле. Однако некоторые титановые сплавы также могут очень хорошо работать при криогенных температурах.
В этом посте мы рассмотрим термические свойства титана при высоких и криогенных температурах и то, как они влияют на его способность работать в обычных условиях.
Термические свойства титана при высоких температурах
Титан может хорошо работать в условиях экстремальных температур благодаря своей высокой температуре плавления и многоцикловой усталостной прочности. Он предпочтителен в таких приложениях, как авиационные двигатели, военно-морские корабли, космические корабли, ракеты и трубы для электростанций из-за его превосходной коррозионной стойкости, вызванной защитным процессом окисления, который происходит при воздействии высоких температур.
Эта температура окисления снижается в атмосфере чистого кислорода.
Ниже мы более подробно рассмотрим термические свойства технически чистого титана и титановых сплавов.
Коммерчески чистый титан
Коммерчески чистый титан имеет высокое отношение прочности к весу и является отличным выбором для использования в компонентах, работающих при высоких температурах, поскольку имеет температуру плавления около 3034°F и плотность приблизительно 4,5 г/см3. Однако его применение иногда может быть ограничено, так как титан может загореться и нанести серьезный ущерб, если он подвергается воздействию ситуаций, когда он трется о другие металлы при повышенных температурах.
Технически чистый титан устойчив к коррозии, образуя защитное оксидное покрытие при воздействии высоких температур. Это может быть положительным моментом, когда он вступает в реакцию с водой или при температуре окружающей среды в любой точке Земли. Однако титан также реагирует с кислородом и углеродом при высоких температурах, что создает проблемы при получении металлического титана, кристаллов или порошка.
Если титановый порошок нагревается в присутствии кислорода, он может стать взрывоопасным в таких процессах, как 3D-печать и металлургия порошкового спекания. Эти свойства превосходны для труб, но непригодны для реактивных двигателей и ракетных двигателей.
Благодаря своей высокой прочности и сопротивлению ползучести технически чистый титан может оставаться стабильным при температуре приблизительно до 572°F. По сравнению с другими металлами, такими как алюминий, титан имеет низкую тепло- и электропроводность, что может привести к чрезмерному накоплению тепла.
Титан не растворяется в воде, а его растворимость в водороде еще больше снижается при повышенных температурах, что делает его хорошим кандидатом для магнитных термоядерных реакторов. Титан также часто используется в ортопедических и зубных имплантатах, однако в большинстве случаев к титану часто добавляют другие металлы для создания более прочных и жестких сплавов.
Титановые сплавы
Чистый титан часто смешивают с другими металлами для создания сплавов, обеспечивающих повышенную прочность на растяжение и ударную вязкость даже при высоких температурах.
- Альфа-сплавы содержат такие металлы, как алюминий и олово, и обладают исключительным сопротивлением ползучести при температурах до 1100°F. Из-за этого альфа-сплавы часто предпочтительны для высокотемпературных применений. Однако они имеют прочность от низкой до средней, которую нельзя повысить термической обработкой.
- Бета-сплавы , которые содержат такие элементы, как молибден, ванадий и ниобий, обладают отличной прокаливаемостью и могут легко подвергаться термообработке для повышения прочности. Эти сплавы имеют высокую вязкость разрушения и хорошо поддаются ковке. Однако бета-сплавы не могут выдерживать такие высокие температуры, как альфа-сплавы.
- Сплавы Alpha+beta также поддаются термообработке и обладают прочностью от средней до высокой. Эти сплавы также могут работать при более высоких температурах, чем марки технически чистого титана, и имеют сопротивление ползучести до 500-800°F.
Некоторые титановые сплавы с более высокой сложностью демонстрируют высокую прочность при температурах примерно до 932°F. Титановые сплавы также обычно имеют более низкую теплопроводность, чем технически чистый титан.
Термические свойства титана при криогенных температурах
Титан и его сплавы также отличаются от других металлов тем, что некоторые из них могут невероятно хорошо сохранять свою прочность и пластичность при криогенных температурах. В частности, альфа-сплавы подходят для криогенных применений из-за отсутствия перехода от пластичности к хрупкости, характерного для бета-сплавов. Бета-сплавы обычно не рассматриваются для использования в средах с криогенными температурами из-за этого перехода от пластичности к хрупкости. Однако альфа-бета-сплавы, которые содержат кристаллические структуры как альфа-, так и бета-фазы, также обладают высокими прочностными характеристиками в криогенных средах. В частности, сплав Ti-6Al-4V альфа+бета может использоваться при криогенных температурах примерно до 800°F и используется для изготовления многих деталей планера и двигателя.
Ваш местный поставщик титана
Industrial Metal Service уже более двух десятилетий поставляет специальные металлы производителям, машинистам и производителям в районе залива Сан-Франциско и по всей стране, и мы создали репутацию благодаря профессионализму, надежности и клиентоориентированный сервис. Мы предлагаем как новые, так и переработанные остатки металлов, таких как титан, алюминий, сталь и медь, проверенные с помощью рентгенофлуоресцентных анализаторов, чтобы гарантировать качество приобретаемых вами металлов.
Нужен ли вам разовый специальный заказ или постоянный поставщик металла, мы упростим вам работу с нами. У нас нет требований к минимальному заказу и мы можем отправить по всей стране. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши требования к металлу.
Свяжитесь с нами
Термическая обработка титана и титановых сплавов
Титан и титановые сплавы подвергаются термической обработке для:
- снижения остаточных напряжений, возникающих при изготовлении (снятие напряжения)
- Производить оптимальное сочетание пластичности, обрабатываемости и размеров и структурной стабильности (отжиг)
- Повышение прочности (обработка раствором и старение)
- Оптимизация специальных свойств, таких как вязкость разрушения, усталостная прочность,
и сопротивление ползучести при высоких температурах.
Различные виды отжига (одиночный, дуплексный, (бета) и рекристаллизация). отжиг, например), обработка на твердый раствор и старение. достичь выбранных механических свойств. Можно использовать снятие напряжения и отжиг. для предотвращения предпочтительной химической атаки в некоторых агрессивных средах, для предотвращения деформации (стабилизирующая обработка) и подготовить металл для последующего формовочные и сборочные операции.
Типы сплавов и реакция на термообработку
Реакция титана и титановых сплавов на термическую обработку зависит от состав металла и влияние легирующих элементов на кристалл α-β превращение титана. Кроме того, не все циклы термообработки применимы. ко всем титановым сплавам, потому что разные сплавы предназначены для разных целей.
- Сплавы Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr и Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo рассчитаны на прочность в тяжелых сечениях.
- Сплавы Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo и Ti-6Al-5Zr-0,5Mo-0,2Si для сопротивления ползучести.
- Сплавы Ti-6Al-2Nb-1, Ta-1Mo и Ti-6Al-4V, для устойчивости к коррозии под напряжением в водных растворах солей и для высокой трещиностойкости.
- Сплавы Ti-5Al-2,5Sn и Ti-2,5Cu для свариваемости; и
- Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-4V и Ti-10V-2Fe-3Al для высокой прочности при низких и средних температуры.
Влияние легирующих элементов на α-β превращение. Беспримесный титан аллотропный. Его плотноупакованная гексагональная структура (α-фаза) изменяется в объемно-центрированную кубическую структуру (β-фазу) при 885 ° C (1625 ° F) и эта структура сохраняется при температурах вплоть до точки плавления.
Что касается их влияния на аллотропное превращение, легирующие элементы
в титане классифицируются как α-стабилизаторы или β-стабилизаторы. Альфа
стабилизаторы, такие как кислород и алюминий, повышают превращение α в β
температура. Азот и углерод также являются стабилизаторами, но эти элементы обычно
не добавляются намеренно в рецептуру сплава.
Бета-стабилизаторы, такие как марганец,
хром, железо, молибден, ванадий и ниобий снижают α-к-β
температуре превращения и, в зависимости от добавленного количества, может привести к
сохранение некоторого количества β-фазы при комнатной температуре.
Типы сплавов. На основе типов и количества легирующих элементов которые они содержат, титановые сплавы классифицируются как α, околоα, α-β, или β-сплавы. Реакция этих типов сплавов на термическую обработку кратко описана. описано ниже.
Альфа- и почти альфа-титановые сплавы могут подвергаться снятию напряжения и отжигу, но высокая прочность не может быть достигнута в этих сплавах ни при каких видах термической обработки. (например, старение после бета-обработки раствора и закалки).
Коммерческие β-сплавы на самом деле являются метастабильными β-сплавами. Когда
эти сплавы подвергаются воздействию выбранных повышенных температур, сохраняющаяся β-фаза
разрушается и происходит укрепление.
Для β-сплавов, снятие напряжения и старение
обработки могут быть объединены, а отжиг и обработка на твердый раствор могут быть идентичными
операции.
Альфа-бета сплавы являются двухфазными сплавами и, как следует из названия, содержат обе α- и β-фазы при комнатной температуре. Это наиболее распространенные и самый универсальный из трех типов титановых сплавов.
Уровни кислорода и железа оказывают значительное влияние на механические свойства после термическая обработка. Следует понимать, что:
- Кислород и железо должны быть близки к указанным максимумам, чтобы соответствовать уровням прочности в некоторые технически чистые сорта
- Кислород должен быть близок к указанному максимуму, чтобы соответствовать уровням концентрации в растворе. обработанный и состаренный Ti-6Al-4 V
- Уровень кислорода должен поддерживаться на как можно более низком уровне, чтобы оптимизировать вязкость разрушения. Однако уровень кислорода должен быть достаточно высоким, чтобы соответствовать требованиям прочности на растяжение
- Содержание железа должно быть как можно ниже, чтобы оптимизировать ползучесть и разрушение под напряжением
характеристики.
Снятие стресса
Титан и титановые сплавы могут быть сняты с напряжения без неблагоприятного воздействия. прочность или пластичность.
Обработки для снятия стресса уменьшают нежелательные остаточные напряжения, возникающие в результате во-первых, неравномерная горячая штамповка или деформация от холодной штамповки и правки, во-вторых, асимметричная обработка листа или поковок и, в-третьих, сварка и охлаждение отливки. Снятие таких напряжений помогает сохранить стабильность формы и устраняет неблагоприятные условия, такие как общеизвестная потеря предела текучести при сжатии как эффект Баушингера.
Когда симметричные формы обрабатываются в отожженном состоянии с использованием умеренных резов и
равномерный съем материала, снятие напряжения может не потребоваться. Диски компрессора из
Таким образом Ti-6Al-4V обрабатывался удовлетворительно, в соответствии с размерными
требования.
Отжиг
Отжиг титана и титановых сплавов служит, прежде всего, для увеличения разрушения.
ударная вязкость, пластичность при комнатной температуре, размерная и термическая стабильность, ползучесть
сопротивление. Многие титановые сплавы принимаются на вооружение в отожженном состоянии. Потому что
улучшение одного или нескольких свойств обычно достигается за счет какого-либо другого
свойство, цикл отжига следует выбирать в соответствии с целью
лечение.
Общие процедуры отжига:
- Мельничный отжиг
- Дуплексный отжиг
- Рекристаллизационный отжиг
- Бета-отжиг
Прокатный отжиг — это универсальная обработка, применяемая ко всем прокатным изделиям. Это не является полным отжигом и может оставить следы холодной или теплой обработки в микроструктуры тяжелообработанных изделий, особенно листов.
Дуплексный отжиг изменяет форму, размеры и распределение фаз на те, которые
требуется для улучшения сопротивления ползучести или вязкости разрушения. При дуплексном отжиге
сплава Corona 5, например, первый отжиг происходит вблизи β-перехода к
глобулизировать деформированное α и минимизировать его объемную долю. Это следует
вторым отжигом при более низкой температуре для осаждения новых линзовидных (игольчатых) α
между глобулярными α-частицами. Это образование игольчатой α
связаны с улучшением прочности на ползучесть и вязкости разрушения.
Рекристаллизационный отжиг и β-отжиг используются для улучшения разрушения прочность. При рекристаллизационном отжиге сплав нагревают в верхней части диапазоне α-β, выдерживали некоторое время, а затем очень медленно охлаждали. В последнее время лет рекристаллизационный отжиг заменил β-отжиг для критического разрушения. компоненты планера.
β (бета) Отжиг. Аналогично рекристаллизационному отжигу, β-отжигу
улучшает вязкость разрушения. Бета-отжиг проводится при температурах выше β
поперечное сечение отжигаемого сплава. Для предотвращения чрезмерного роста зерна температура
для β-отжига должно быть лишь немного выше, чем β-трансус. Отжиг
время зависит от толщины сечения и должно быть достаточным для полной
трансформация. Время пребывания при температуре после трансформации должно быть сведено к минимуму.
контролировать рост β-зерен. Секции большего размера должны охлаждаться вентилятором или охлаждаться водой.
для предотвращения образования фазы на границах β-зерен.
Правка, калибровка и правка титановых сплавов часто необходимы в чтобы соответствовать размерным требованиям. Правка прутка с жесткими допусками и правка листа представляют собой серьезные проблемы для производителей титана и производители.
В отличие от алюминиевых сплавов, титановые сплавы не так легко правятся в холодном состоянии, потому что высокий предел текучести и модуль упругости этих сплавов приводят к значительным отпрянуть. Поэтому правку титановых сплавов в основном проводят ползучей правкой. и/или горячее выпрямление (ручное или штамповое), причем первое встречается значительно чаще. чем последний.
Выпрямление, калибровка и выравнивание могут быть объединены с отжигом с использованием
соответствующие приспособления. Детали, навалом или в приспособлениях, могут быть загружены непосредственно в
печь, работающая при температуре отжига. При температурах отжига многие титановые
сплавы имеют достаточно низкое сопротивление ползучести, чтобы их можно было выправить во время отжига.
Выпрямление при ползучести может быть легко осуществлено во время отжига и/или старения. обработки большинства титановых сплавов. Однако, если температура отжига/старения ниже примерно от 540 до 650°C (от 1000 до 1200°F), в зависимости от сплава, время необходимое для достижения желаемого выпрямления при ползучести, может быть увеличено. Слизняк выпрямление осуществляется с помощью элементарных или сложных приспособлений и загрузки системы, в зависимости от сложности детали и требуемой степени правки.
Ползучесть заключается в нагревании титанового листа между двумя чистыми плоскими листами.
стали в печи с окислительной или инертной атмосферой. Вакуумная ползучесть
сплющивание используется для производства плоской пластины без напряжений для последующей механической обработки.
плита размещена на большой плоской керамической платформе со встроенным электрическим подогревом
элементы. Поверх плиты укладывается изоляция, и заклеивается пластиковый лист
к раме.
Стабильность. В титановых сплавах α-β термическая стабильность является функцией β-фазных превращений. При охлаждении от температуры отжига β может трансформироваться и при определенных условиях и в β-сплавах может образовывать хрупкую промежуточная фаза, известная как ω.
Обработка стабилизирующим отжигом предназначена для получения стабильной β-фазы, способной
сопротивления дальнейшей трансформации при воздействии повышенных температур в процессе эксплуатации.
Альфа-бета-сплавы с низким содержанием β, такие как Ti-6Al-4V, можно охлаждать на воздухе из
температуры отжига без ухудшения их стабильности. Для получения максимальной ползучести
стойкость и стабильность в ближних α сплавах Ti-8Al-1 Mo-1 V и
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo используется дуплексная обработка отжигом. Это лечение начинается
с отжигом на раствор при высокой температуре в диапазоне α-β, обычно
От 25 до 55°C (от 50 до 100°F) ниже β-перехода для Ti-8Al-1Mo-1V и 15
до 25°C (от 25 до 50°F) ниже перехода α-β для Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo.
Обработка раствором и старение
Широкий диапазон уровней прочности может быть получен в сплавах α-β или β с помощью обработка раствором и старение. За исключением уникального сплава Ti-2,5Cu (который основан на упрочнении в результате классической реакции старения в результате осаждения Ti2Cu аналогично образованию зон Гинье-Престона в алюминиевых сплавах), происхождение термические реакции титановых сплавов заключаются в нестабильности высокотемпературная β-фаза при более низких температурах.
Нагрев сплава α-β до температуры обработки на твердый раствор дает более высокое соотношение β фазы. Это разделение фаз поддерживается закалкой; на при последующем старении происходит распад нестабильной β-фазы, обеспечивающий высокую прочность. Коммерческие β-сплавы обычно поставляются в обработанном раствором состоянии, и нужно только быть в возрасте.
После очистки титановые компоненты должны быть загружены в приспособления или стойки, которые
обеспечит свободный доступ к нагревающим и охлаждающим средам.
Толстые и тонкие компоненты
одного и того же сплава можно обрабатывать на твердый раствор вместе, но время при температуре равно
определяется по самой толстой части. Комбинации времени/температуры для обработки раствора
приведены в табл. 1. Загрузку можно загружать непосредственно в печь, работающую на
температура обработки раствором. Хотя предварительный нагрев не является обязательным, его можно использовать для
свести к минимуму искажения сложных деталей.
| Сплав | Температура раствора [°C] | Время решения [ч] | Скорость охлаждения | Температура старения [°C] | Время старения [ч] |
| α или близкие к α сплавы | |||||
| Ти-8Ал-1Мо-1В | 980-1010 | 1 | Масло или вода | 565-595 | |
| Ti-2,5Cu (ИМИ 230) | 795-815 | 0,5-1 | Воздух или вода | 390-410 | 8-24 (шаг 1) |
| 465-485 | 8 (шаг 2) | ||||
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | 955-980 | 1 | Воздуха | 595 | 8 |
| Ti-6Al-5Zr-0,5Mo-0,2Si (ИМИ 685) | 1040-1060 | 0,5-1 | Масло | 540-560 | 24 |
| Ti-5,5Al-3,5Sn-3Zr-1Nb-0,3Mo-0,3Si (ИМИ 829) | 1040-1060 | 0,5-1 | Воздух или масло | 615-635 | 2 |
| Ti-5,8Al-4Sn-3,5Zr-0,7Nb-0,5Mo-0,3Si (ИМИ 834) | 1020 | 2 | Масло | 625 | 2 |
| сплавы α-β | |||||
| Ти-6Ал-4В | 955-970 | 1 | Вода | 480-595 | 4-8 |
| 955-970 | 1 | Вода | 705-760 | 2-4 | |
| Ti-6al-6V-2Sn (Cu+Fe) | 885-910 | 1 | Вода | 480-595 | 4-8 |
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo | 845-890 | 1 | Воздуха | 580-605 | 4-8 |
| Ti-4Al-4Mo-2Sn-0,5Si (ИМИ 550) | 890-910 | 0,5-1 | Воздуха | 490-510 | 24 |
| Ti-4Al-4Mo-4Sn-0,5Si (ИМИ 551) | 890-910 | 0,5-1 | Воздуха | 490-510 | 24 |
| Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr | 845-870 | 1 | Воздуха | 580-605 | 4-8 |
| Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0,25Si | 870-925 | 1 | Вода | 480-595 | 4-8 |
| β-сплавы или близкие к β-сплавы | |||||
| Ти-13В-11Cr-3Al | 775-800 | 1/4-1 | Воздух или вода | 425-480 | 4-100 |
| Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn (бета III) | 690-790 | 1/8-1 | Воздух или вода | 480-595 | 8-32 |
| Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (бета-C) | 815-925 | 1 | Вода | 455-540 | 8-24 |
| Ти-10В-2Фе-3Ал | 760-780 | 1 | Вода | 495-525 | 8 |
| Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn | 790-815 | 1/4 | Воздуха | 510-595 | 8-24 |
Обработка на твердый раствор титановых сплавов обычно включает нагрев до температуры
либо чуть выше, либо чуть ниже температуры β-трансуса.
Выбранная температура обработки раствором зависит от типа сплава и практического применения.
соображения, кратко описанные ниже.
β (бета) сплавы обычно получают от производителей в обработанном раствором условие. Если требуется повторный нагрев, время выдержки должно быть ровно столько времени, сколько необходимо. для получения полного решения. Температуры обработки на твердый раствор для β-сплавов составляют над трансусом β; поскольку второй фазы нет, рост зерна может продолжаться быстро.
α-β (альфа-бета) сплавы. Выбор температуры обработки раствором для сплавов α-β основано на сочетании желаемых механических свойств после старения. Изменение температуры обработки на твердый раствор α-β-сплавов изменяет количество β-фазы и, следовательно, изменяет реакцию на старение.
Для получения высокой прочности при достаточной пластичности необходимо проводить обработку на твердый раствор при
высокая температура в области α-β, обычно от 25 до 85°C (от 50 до 150°F)
ниже β-перехода сплава.
Если высокая вязкость разрушения или улучшенная стойкость
для коррозионного воздействия под напряжением может потребоваться β-отжиг или β-обработка на твердый раствор.
желательно. Однако термическая обработка сплавов α-β в диапазоне β вызывает
значительная потеря пластичности. Эти сплавы обычно подвергаются термообработке на раствор ниже
β переход для получения оптимального баланса пластичности, вязкости разрушения,
свойства ползучести и прочности на разрыв.
Термическое расширение титана
%PDF-1.4 % 70 0 объект > эндообъект 65 0 объект >поток application/pdf
