Теплопроводность стали и титана

Титан широко распространен в земной коре, где его содержится около 6 %, а по распространенности он занимает четвертое место после алю-миния, железа и магния. Однако промышленный способ его извлечения был разработан лишь в 40-х годах ХХ века. Благодаря прогрессу в области самолето- и ракетостроения производство титана и его сплавов интенсивно развивалось. Это объясняется сочетанием таких ценных свойств титана, как малая плотность, высокая удельная прочность (s _в/r × g), коррозионная стойкость, технологичность при обработке давлением и свариваемость, хладостойкость, немагнитность и ряд других ценных физико-механических характеристик.

Основные сведения о титане

Титан – химический элемент с порядковым номером 22, атомный вес 47,88, легкий серебристо-белый металл. Плотность 4,51 г/см3, Tпл=1668+(-)5 °С, Tкип=3260 °С. Титан и титановые сплавы сочетают легкость, прочность, высокую коррозионную стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, возможность работы в широком диапазоне температур.

История открытия титана

Оксид титана TiO2 впервые был обнаружен в 1789 году английским ученым, специалистом в области минералогии У. Грегором, который при исследовании магнитного железистого песка выделил окись неизвестного металла, назвав ее менакеновой. Первый образец металлического титана получил в 1825 году шведский химик и минераловед Й. Я. Берцелиус.

Свойства титана

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева титан расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях металл четырехвалентен. По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам. Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668±4 °С) и кипит при 3300 °С, скрытая теплота плавления и испарения титана почти в два раза больше, чем у железа.

Известны две аллотропические модификации титана (две разновидности титана, имеющие одинаковый химический состав, но различное строение и свойства). Низкотемпературная альфа-модификация, существующая до 882,5 °С и высокотемпературная бетта-модификация, устойчивая от 882,5 °С и до температуры плавления.

По плотности и удельной теплоемкости титан занимает промежуточное место между двумя основными конструкционными металлами: алюминием и железом. Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия. Но титан может активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла. С углеродом титан образует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердостью.

Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза – железа. Коэффициент термического расширения при комнатной температуре сравнительно мал, с повышением температуры он возрастает.

Модули упругости титана невелики и обнаруживают существенную анизотропию. Модули упругости характеризуют способность материала упруго деформироваться при приложении к нему силы. Анизотропия заключается в различии свойств упругости в зависимости от направления действия силы. С повышением температуры до 350 °С модули упругости уменьшаются почти по линейному закону.

Небольшое значение модулей упругости титана – существенный его недостаток, т.к. в некоторых случаях для получения достаточно жестких конструкций приходится применять большие сечения изделий по сравнению с теми, которые следуют из условий прочности.

Титан имеет довольно высокое удельное электросопротивление, которое в зависимости от содержания примесей колеблется в пределах от 42·10-8до 80·10-6 Ом·см. При температурах ниже 0,45 К он становится сверхпроводником.

Титан – парамагнитный металл. Обычно у парамагнитных веществ магнитная восприимчивость при нагревании уменьшается. Магнитная восприимчивость характеризует связь между намагниченностью вещества и магнитным полем в этом веществе. Титан составляет исключение из этого правила – его восприимчивость существенно увеличивается с температурой.

Характеристики физико-механических свойств титана (ВТ1-00)

Плотность r , кг/м 3	4,5 × 10 –3
Температура плавления Тпл, ° С	1668± 4
Коэффициент линейного расширения a × 10 –6 , град –1	8,9
Теплопроводность l , Вт/(м × град)	16,76
Предел прочности при растяжении s в, МПа	300–450
Условный предел текучести s 0,2, МПа	250–380
Удельная прочность (s в/r × g)× 10 –3 , км	7–10
Относительное удлинение d , %	25–30
Относительное сужение Y , %	50–60
Модуль нормальной упругости Е´ 10 –3 , МПа	110,25
Модуль сдвига G´ 10 –3 , МПа	41
Коэффициент Пуассона m ,	0,32
Твердость НВ	103
Ударная вязкость KCU, Дж/см 2	120

Титан имеет две полиморфные модификации: a -титана с гексагональной плотноупакованной решеткой с периодами

а = 0,296 нм, с = 0,472 нм и высокотемпературную модификацию b -титана с кубической объемно-центрированной решеткой с периодом а = 0,332 нм при 900 ° С. Температура полиморфного a « b -превращения составляет 882 ° С.

Механические свойства титана существенно зависят от содержания примесей в металле. Различают примеси внедрения — кислород, азот, углерод, водород и примеси замещения, к которым относятся железо и кремний. Хотя примеси повышают прочность, но одновременно резко снижают пластичность, причем наиболее сильное отрицательное действие оказывают примеси внедрения, особенно газы. При введении всего лишь 0,003 % Н, 0,02 % N или 0,7 % О титан полностью теряет способность к пластическому деформированию и хрупко разрушается.

Особенно вреден водород, вызывающий

водородную хрупкость титановых сплавов. Водород попадает в металл при плавке и последующей обработке, в частности при травлении полуфабрикатов. Водород малорастворим в a -титане и образует пластинчатые частицы гидрида, снижающего ударную вязкость и особенно отрицательно проявляющегося в испытаниях на замедленное разрушение.

Поэтому содержание примесей, особенно газов, в титане и титановых сплавах (табл. 17.1, 17.2) строго ограничено.

Промышленный способ производства титана состоит в обогащении и хлорировании титановой руды с последующим его восстановлением из четыреххлористого титана металлическим магнием (магнийтермический метод). Полученный этим методом титан губчатый (ГОСТ 17746–79) в зависимости от химического состава и механических свойств выпускают следующих марок:
ТГ-90, ТГ-100, ТГ-110, ТГ-120, ТГ-130, ТГ-150, ТГ-Т_В

(см. табл. 17.1). Цифры означают твердость по Бринеллю НВ, Т_В — твердый.

Для получения монолитного титана губка размалывается в порошок, прессуется и спекается или переплавляется в дуговых печах в вакууме или атмосфере инертных газов.

Механические свойства титана характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Например, технически чистый титан марки ВТ1-0 имеет: s _в = 375–540 МПа, s _0,2 = 295–410 МПа, d ³ 20 %, и по этим характеристикам не уступает ряду углеродистых и Cr—Ni коррозионностойких сталей.

Высокая пластичность титана по сравнению с другими металлами, имеющими ГПУ- решетку (Zn, Mg, Cd), объясняется большим количеством систем скольжения и двойникования благодаря малому сотношению с/а = 1,587. По-видимому, с этим связана высокая хладостойкость титана и его сплавов (подробнее см. гл. 13).

При повышении температуры до 250 ° С прочность титана снижается почти в 2 раза. Однако жаропрочные Ti-сплавы по удельной прочности в интервале температур 300–600 ° С не имеют себе равных; при температурах выше 600 ° С сплавы титана уступают сплавам на основе железа и никеля.

Титан имеет низкий модуль нормальной упругости (Е = 110,25 ГПа) — почти в 2 раза меньше, чем у железа и никеля, что затрудняет изготовление жестких конструкций.

Титан относится к числу химически активных металлов, однако он обладает высокой коррозионной стойкостью, так как на его поверхности образуется стойкая пассивная пленка TiO₂, прочно связанная с основным металлом и исключающая его непосредственный контакт с коррозионной средой. Толщина этой пленки обычно достигает 5–6 нм.

Благодаря оксидной пленке, титан и его сплавы не корродируют в атмосфере, в пресной и морской воде, устойчивы против кавитационной коррозии и коррозии под напряжением, а также в кислотах органического происхождения.

Производство изделий из титана и его сплавов имеет ряд технологических особенностей. Из-за высокой химической активности расплавленного титана его плавку, разливку и дуговую сварку производят в вакууме или в атмосфере инертных газов.

При технологических и эксплуатационных нагревах, особенно выше 550–600 ° С, необходимо принимать меры для защиты титана от окисления и газонасыщения (альфированный слой) (см. гл. 3).

Титан хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии и удовлетворительно в холодном. Он легко прокатывается, куется, штампуется. Титан и его сплавы хорошо свариваются контактной и аргонодуговой сваркой, обеспечивая высокую прочность и пластичность сварного соединения. Недостатком титана является плохая обрабатываемость резанием из-за склонности к налипанию, низкой теплопроводности и плохих антифрикционных свойств.

Основной целью легирования титановых сплавов является повышение прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости. Широкое применение нашли сплавы титана с алюминием, хромом, молибденом, ванадием, марганцем, оловом и др. элементами. Легирующие элементы оказывают большое влияние на полиморфные превращения титана.

Марки, химический состав (%) и твердость титана губчатого (ГОСТ 17746–79)

Марка	Ti, не менее	Не более

10/1500/30, не более

FeSiNiCClNOТГ-9099,740,050,010,040,020,080,020,0490ТГ-10099,720,060,010,040,030,080,020,04100 ТГ-11099,670,090,020,040,030,080,020,05110ТГ-12099,640,110,020,040,030,080,020,06120ТГ-13099,560,130,030,040,030,100,030,08130ТГ-15099,450,20,030,040,030,120,030,10150ТГ-Тв99,751,9––0,100,150,10––

Марки и химический состав (%) деформируемых титановых сплавов (ГОСТ 19807–91)

Обозначения марок	Ti	Al	V	Mo	Sn	Zr	Mn	Cr	Si	Fe	O	H	N	C
ВТ1-00	Основа	–	–	–	–	–	–	–	0,08	0,15	0,10	0,008	0,04	0,05
ВТ1-0	То же	–	–	–	–	–	–	–	0,10	0,25	0,20	0,010	0,04	0,07
ВТ1-2	То же	–	–	–	–	–	–	–	0,15	1,5	0,30	0,010	0,15	0,10
ОТ4-0	То же	0,4–1,4	–	–	–	0,30	0,5–1,3	–	0,12	0,30	0,15	0,012	0,05	0,10
ОТ4-1	То же	1,5–2,5	–	–	–	0,30	0,7–2,0	–	0,12	0,30	0,15	0,012	0,05	0,10
ОТ4	То же	3,5–5,0	–	–	–	0,30	0,8–2,0	–	0,12	0,30	0,15	0,012	0,05	0,10
ВТ5	То же	4,5–6,2	1,2	0,8	–	0,30	–	–	0,12	0,30	0,20	0,015	0,05	0,10
ВТ5-1	То же	4,3–6,0	1,0	–	2,0 –3,0	0,30	–	–	0,12	0,30	0,15	0,015	0,05	0,10
ВТ6	То же	5,3–6,8	3,5–5,3	–	–	0,30	–	–	0,10	0,60	0,20	0,015	0,05	0,10
ВТ6с	То же	5,3–6,5	3,5–4,5	–	–	0,30	–	–	0,15	0,25	0,15	0,015	0,04	0,10
ВТ3-1	То же	5,5–7,0	–	2,0–3,0	–	0,50	–	0,8–2,0	0,15–0,40	0,2–0,7	0,15	0,015	0,05	0,10
ВТ8	То же	5,8–7,0	–	2,8–3,8	–	0,50	–	–	0,20–0,40	0,30	0,15	0,015	0,05	0,10
ВТ9	То же	5,8–7,0	–	2,8–3,8	–	1,0–2,0	–	–	0,20–0,35	0,25	0,15	0,015	0,05	0,10
ВТ14	То же	3,5–6,3	0,9–1,9	2,5–3,8	–	0,30	–	–	0,15	0,25	0,15	0,015	0,05	0,10
ВТ20	То же	5,5–7,0	0,8–2,5	0,5–2,0	–	1,5–2,5	–	–	0,15	0,25	0,15	0,015	0,05	0,10
ВТ22	То же	4,4–5,7	4,0–5,5	4,0–5,5	–	0,30	–	0,5–1,5	0,15	0,5–1,5	0,18	0,015	0,05	0,10
ПТ-7М	То же	1,8–2,5	–	–	–	2,0–3,0	–	–	0,12	0,25	0,15	0,006	0,04	0,10
ПТ-3В	То же	3,5–5,0	1,2–2,5	–	–	0,30	–	–	0,12	0,25	0,15	0,006	0,04	0,10
АТ3	То же	2,0–3,5	–	–	–	–	–	0,2–0,5	0,20–0,40	0,2–0,5	0,15	0,008	0,05	0,10

Примечание. Сумма прочих примесей во всех сплавах составляет 0,30 %, в сплаве ВТ1-00 — 0,10 %.

Сегодня титан является одним из наиболее популярных металлов. Сплавы титана находят применение во многих отраслях промышленности, а особенно в авиакосмической сфере. Благодаря низкой плотности и другим уникальным свойствам титан применяется, как при изготовлении ортопедических и стоматологических имплантов, так и самолетов последнего поколения и космических кораблей.

Повсеместное применение титана делает его одним из самых востребованных металлов на Земле. Популярность титана обусловлена его высокой сопротивляемости коррозии, по сравнению с другими металлами. Титан очень прочный и легкий металл, его плотность немногим выше плотности алюминия. При одинаковой прочности титановые конструкции легче стальных на 45%.

Титан «работает» в кислых средах, в морской воде, не реагирует с большинством агрессивных веществ. Титан легко сплавляется с алюминием, железом, ванадием, молибденом, образуя прочные и легкие титановые сплавы.

В таблицах приведены следующие теплофизические свойства титана Ti: плотность титана, теплоемкость, температуропроводность, теплопроводность титана, удельное сопротивление, функция Лоренца, коэффициент температурного расширения.

Плотность титана равна 4500 кг/м 3 при комнатной температуре. При нагревании титан расширяется и его плотность снижается. Плотность жидкого титана имеет значение 4120 кг/м 3 . Теплоемкость титана при температуре 27°С составляет величину 530,8 Дж/(кг·град) и при повышении температуры растет.

Свойства титана представлены в зависимости от от температуры, в интервале от 100 до 2000 К.

Теплопроводность титана не высока, ее значение сравнимо с теплопроводностью нержавеющей стали. Теплопроводность титана при комнатной температуре в среднем составляет величину 18 Вт/(м·град). По мере нагревания, теплопроводность титана увеличивается.

В периодической системе элементов Менделеева титан расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях он четырехвалентен. По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам. Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668±4°С) и кипит при 3300 °С, скрытая теплота плавления и испарения титана почти в два раза больше, чем у железа.

Известны две аллотропические модификации титана. Низкотемпературная альфа-модификация, существующая до 882,5 ° С и высокотемпературная бетта-модификация, устойчивая от 882,5 °С до температуры плавления.

По плотности и удельной теплоемкости титан занимает промежуточное место между двумя основными конструкционными металлами: алюминием и железом. Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия. Но титан может активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла. С углеродом титан образует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердостью.

Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза – железа. Коэффициент термического расширения при комнатной температуре сравнительно мал, с повышением температуры он возрастает.

Модули упругости титана невелики и обнаруживают существенную анизотропию. С повышеиием температуры до 350°С модули упругости уменьшаются почти по линейному закону. Небольшое значение модулей упругости титана – существенный его недостаток, т.к. в некоторых случаях для получения достаточно жестких конструкций приходится применять большие сечення изделий по сравнению с теми, которые следуют из условий прочности.

Титан имеет довольно высокое удельное электросопротивлеиие, которое в зависимости от содержания примесей колеблется в пределах от 42·10-8 до 80·10-6 Ом·см. При температурах ниже 0,45 К он становится сверхпроводником.

Титан – парамагнитный металл. У парамагнитных веществ магнитная восприимчивость при нагревании обычно уменьшается. Титан составляет исключение из этого правила – его восприимчивость существенно увеличивается с температурой.

Физические свойства титана
Титан существует в виде двух аллотропических модификаций: ниже температуры 882,5 °С устойчива α-форма с гексагональной плотноупакованной решеткой (а = 2,951Å, с = 4,679Å), a выше этой температуры – β-форма с кубической объемноцентрированной решеткой а = 3,269Å. Примеси и легирующие добавки могут существенно изменять температуру α/β превращения.

Плотность α-формы при 20°С 4,505 г/см3, a при 870°С 4,35 г/см3; β-формы при 900°С 4,32 г/см3; атомный радиус Ti 1,46 Å, ионные радиусы Ti+ 0,94 А, Ti2+ 0,78 Å, Ti3+ 0,69 Å, Ti4+ 0,64 Å; Тпл 1668 °С, Ткип 3227 °С; теплопроводность в интервале 20-25°С 22,065 вт/(м·К) [0,0527 кал/(см·сек·°С)]; температурный коэффициент линейного расширения при 20°С 8,5·10-6, в интервале 20-700°С 9,7·10-6; теплоемкость 0,523 кдж/(кг·К) [0,1248 кал/(г·°С)]; удельное электросопротивление 42,1·10-6 ом·см при 20 °С; температурный коэффициент электросопротивления 0,0035 при 20 °С; обладает сверхпроводимостью ниже 0,38 К. Титан парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость 3,2·10-6 при 20 °С. Предел прочности 256 Мн/м2 (25,6 кгс/мм2), относительное удлинение 72% , твердость по Бринеллю менее 1000 Мн/м2 (100 кгс/мм2). Модуль нормальной упругости 108 000 Мн/м2 (10 800 кгс/мм2). Металл высокой степени чистоты ковок при обычной температуре.

Применяемый в промышленности технический Титан содержит примеси кислорода, азота, железа, кремния и углерода, повышающие его прочность, снижающие пластичность и влияющие на температуру полиморфного превращения, которое происходит в интервале 865-920 °С. Для технического Титана марок ВТ1-00 и ВТ1-0 плотность около 4,32 г/см3, предел прочности 300-550 Мн/м2 (30-55кгс/мм2), относительное удлинение не ниже 25%, твердость по Бринеллю 1150-1650 Мн/м2 (115-165 кгс/мм2). Конфигурация внешней электронной оболочки атома Ti 3d24s2.

Химические свойства титана
Чистый Титан – химически активный переходный элемент, в соединениях имеет степени окисления +4, реже +3 и +2. При обычной температуре и вплоть до 500-550 °С коррозионно устойчив, что объясняется наличием на его поверхности тонкой, но прочной оксидной пленки.

С кислородом воздуха заметно взаимодействует при температуре выше 600 °С с образованием ТiO2. Тонкая титановая стружка при недостаточной смазке может загораться в процессе механической обработки. При достаточной концентрации кислорода в окружающей среде и повреждении окисной пленки путем удара или трения возможно загорание металла при комнатной температуре и в сравнительно крупных кусках.

Оксидная пленка не защищает Титан в жидком состоянии от дальнейшего взаимодействия с кислородом (в отличие, например, от алюминия), и поэтому его плавка и сварка должны проводиться в вакууме, в атмосфере нейтрального газа или под флюсом. Титан обладает способностью поглощать атмосферные газы и водород, образуя хрупкие сплавы, непригодные для практическое использования; при наличии активированной поверхности поглощение водорода происходит уже при комнатной температуре с небольшой скоростью, которая значительно возрастает при 400 °С и выше. Растворимость водорода в Титане является обратимой, и этот газ можно удалить почти полностью отжигом в вакууме. С азотом Титан реагирует при температуре выше 700 °С, причем получаются нитриды типа TiN; в виде тонкого порошка или проволоки Титан может гореть в атмосфере азота. Скорость диффузии азота и кислорода в Титане значительно ниже, чем водорода. Получаемый в результате взаимодействия с этими газами слой отличается повышенными твердостью и хрупкостью и должен удаляться с поверхности титановых изделий путем травления или механической обработки. Титан энергично взаимодействует с сухими галогенами, по отношению к влажным галогенам устойчив, так как влага играет роль ингибитора.

Металл устойчив в азотной кислоте всех концентраций (за исключением красной дымящейся, вызывающей коррозионное растрескивание Титана, причем реакция иногда идет со взрывом), в слабых растворах серной кислоты (до 5% по массе). Соляная, плавиковая, концентрированная серная, а также горячие органических кислоты: щавелевая, муравьиная и трихлоруксусная реагируют с Титаном.

Титан коррозионноустойчив в атмосферном воздухе, морской воде и морской атмосфере, во влажном хлоре, хлорной воде, горячих и холодных растворах хлоридов, в различных технологических растворах и реагентах, применяемых в химической, нефтяной, бумагоделательной и других отраслях промышленности, а также в гидрометаллургии. Титан образует с С, В, Se, Si металлоподобные соединения, отличающиеся тугоплавкостью и высокой твердостью. Карбид TiC (tпл 3140 °С) получают нагреванием смеси TiO2 с сажей при 1900-2000 °С в атмосфере водорода; нитрид TiN (tпл 2950 °С) – нагреванием порошка Титан в азоте при температуре выше 700 °С. Известны силициды TiSi2, TiSi и бориды TiB, Ti2B5, TiB2. При температуpax 400-600 °C Титан поглощает водород с образованием твердых растворов и гидридов (TiH, Tih3). При сплавлении TiO2 со щелочами образуются соли титановых кислот мета- и ортотитанаты (например, Na2TiO3 и Na4TiO4), а также полититанаты (например, Na2Ti2O5 и Na2Ti3O7). К титанатам относятся важнейшие минералы Титана, например, ильменит FeTiO3, перовскит CaTiO3. Все титанаты малорастворимы в воде. Оксид Титана (IV), титановые кислоты (осадки), а также титанаты растворяются в серной кислоте с образованием растворов, содержащих титанилсульфат TiOSO4. При разбавлении и нагревании растворов в результате гидролиза осаждается Н2ТiO3, из которой получают оксид Титана (IV). При добавлении перекиси водорода в кислые растворы, содержащие соединения Ti (IV), образуются перекисные (надтитановые) кислоты состава Н4ТiO5 и h5TiO8 и соответствующие им соли; эти соединения окрашены в желтый или оранжево-красный цвет (в зависимости от концентрации Титана), что используется для аналитического определения Титана.

Теплопроводность — титан — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Теплопроводность титана составляет — 14 0 Вт / м град, что несколько ниже теплопроводности легированной стали. Материал хорошо куется, штампуется, обрабатывается резанием. Сварка изделий из титана производится вольфрамовым электродом в защитной атмосфере аргона. В последнее время титан используется для изготовления широкого ассортимента труб, листа, проката.  [1]

Теплопроводность титана низкая — примерно в 13 раз ниже алюминия и в 4 4 раза ниже железа.  [2]

Теплопроводность титана близка к теплопроводности нержавеющей стали и составляет 14 ккал / м С час. Титан хорошо куется, штампуется и удовлетворительно обрабатывается резанием. При температуре более 200 С склонен поглощать газы. Сварка титана производится вольфрамовым электродом в защитной атмосфере аргона.  [3]

Теплопроводность титана и его сплавов примерно в 15 раз ниже, чем у алюминия, и в 3 5 — 5 раз ниже, чем у стали. Коэффициент линейного термического расширения титана также значительно ниже, чем у алюминия и нержавеющей стали.  [4]

Теплопроводность титана составляет — 14 0 Вт / ( м — К), что несколько ниже теплопроводности легированной стали. Материал хорошо куется, штампуется, обрабатывается резанием. Сварка изделий из титана производится вольфрамовым электродом в защитной атмосфере аргона. В последнее время титан используется для изготовления широкого ассортимента труб, листа, проката.  [5]

Коэффициент теплопроводности титана в области рабочих температур ( 20 — 400 С) составляет 0 057 — 0 055 кал / ( см-с — С), что примерно в 3 раза меньше теплопроводности железа, в 16 раз меньше теплопроводности меди и близко к теплопроводности нержавеющих сталей аустенитного класса.  [6]

Поэтому, например, теплопроводность титана в 8 — 10 раз меньше теплопроводности алюминия.  [7]

Полученные расчетные значения фононнои теплопроводности титана совпадают с оценкой этой величины, сделанной в работе [5], где она принята равной 3 -: — 5 вт / м-град.  [8]

Прежде всего необходимо учитывать, что теплопроводность титана и его сплавов при невысоких температурах очень низка. При комнатной температуре теплопроводность титана равна приблизительно 3 % от теплопроводности меди и в несколько раз ниже, чем, например, у сталей ( теплопроводность титана равна 0 0367 кал / см сек С, а теплопроводность стали 40 равна 0 142 кал. С повышением температуры теплопроводность титановых сплавов возрастает и приближается к теплопроводности сталей. Это сказывается на скоростях нагрева титановых сплавов в зависимости от температуры, на которую они нагреваются, что видно по скоростям нагрева и охлаждения технически чистого титана ( сплав ВТ1) сечением 150 мм ( фиг.  [9]

При легировании так же, как и при увеличении содержания примесей, теплопроводность титана, как правило, уменьшается. При нагреве теплопроводность сплавов, как и чистого титана, увеличивается; уже при 500 — 600 С она приближается к теплопроводности нелегированного титана.  [10]

Модуль упругости титана почти вдвое меньше модуля упругости железа, находится на одном уровне с модулем медных сплавов и значительно выше, чем у алюминия. Теплопроводность титана низкая: она составляет около 7 % от теплопроводности алюминия и 16 5 % от теплопроводности железа. Это необходима учитывать при нагреве металла для обработки давлением и при сварке. Электросопротивление титана примерно в 6 раз больше чем у железа и в 20 раз больше, чем у алюминия.  [11]

Прежде всего необходимо учитывать, что теплопроводность титана и его сплавов при невысоких температурах очень низка. При комнатной температуре теплопроводность титана равна приблизительно 3 % от теплопроводности меди и в несколько раз ниже, чем, например, у сталей ( теплопроводность титана равна 0 0367 кал / см сек С, а теплопроводность стали 40 равна 0 142 кал. С повышением температуры теплопроводность титановых сплавов возрастает и приближается к теплопроводности сталей. Это сказывается на скоростях нагрева титановых сплавов в зависимости от температуры, на которую они нагреваются, что видно по скоростям нагрева и охлаждения технически чистого титана ( сплав ВТ1) сечением 150 мм ( фиг.  [12]

Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза меньше теплопроводности железа. С повышением температуры теплопроводность титана несколько понижается и при 700 С составляет 0 0309 кал / см сек СС.  [13]

Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза меньше теплопроводности железа. С повышением температуры теплопроводность титана несколько понижается и при 700 С составляет 0 0309 кал / см сек С.  [14]

При сварке плавлением для получения соединения хорошего качества необходима надежная защита от газов атмосферы ( О2, Nj, h3) металла сварного соединения, нагретого до температуры выше 400 С с обеих сторон шва. Рост зерна усугубляется низкой теплопроводностью титана, увеличивающей время пребывания металла сварного соединения при высоких температурах. Для преодоления указанных трудностей сварку выполняют при минимально возможной погонной энергии.  [15]

Страницы:      1    2

Коэффициент теплопроводности в системе титан-кремний » Ремонт Строительство Интерьер

Теплопроводность К металлического титана изучалась рядом авторов в сравнительно широком интервале температур. При этом выяснилось, что для чистого металла зависимость Л(T) носит экстремальный характер (рис. 12, кружки). В области низких температур коэффициент теплопроводности a-Ti сравнительно быстро увеличивается с повышением температуры, а выше 50—70° К заметно убывает вплоть до 500° К, после чего остается практически постоянным. Подобный вид зависимости в общих чертах напоминает характеристики образцов, у которых основной вклад в теплопроводность связан с переносом энергии электронами.

Именно в связи с этим еще в работе Мендельсона и Розенберга отмечалось, что до 40° К Л = 5,87*10в-3 T вт/(см*град), в то время как при высоких температурах dЛ/dT<0.

Согласно данным Микрюкова, изучавшего методом Кольрауша иодидный и кованый титан между 20 и 526° С, его теплопроводность сначала с повышением температуры несколько увеличивается [от 20,5 вт/(м*град) при 38,9° С до 22,1 вт/(м*град) при 116° С], а затем очень медленно убывает, достигая 20,9 вт/(м*град) при 526° С. Следует заметить, что одновременное исследование температурной зависимости электропроводности (о) обнаружило качественно сходную зависимость, однако с заметно большими температурными коэффициентами. В силу этого выяснилось, что постоянная Лоренца L = Ло-1Т-1 монотонно меняется с температурой от 3,52*10в-8 вт*ом/град2 при 38,9°С до 3,00*10в-8 вт*ом/град2 при 526° С, оставаясь при всех температурах выше теоретического значения L0 = 2,45*10в-8 вт*ом/град2. Это говорит о том, что даже при высоких температурах вклад решеточной теплопроводности в случае титана достаточно велик.

Следует особо отметить, что теплопроводность титана, так же как и другие кинетические характеристики металлов, весьма чувствительны к его чистоте и регулярности решетки, а также к микроструктуре (в частности, к размерам зерен, характеру текстуры и т. д.). Именно в связи с этим температурные зависимости коэффициентов теплопроводности образцов технического титана отличаются от характеристик чистого металла не только количественно, но и качественно. Прежде всего это обнаруживается в переходе от экстремальной зависимости X(T) к монотонно возрастающей (рис. 12, точки). В частности, в области повышенных температур, согласно результатам многих авторов, теплопроводность технического металла либо слабо увеличивается с ростом температуры, либо остается практически неизменной. Так, по данным Кржижановского, для металла, содержащего 99,6% Ti между 0 и 500°С Л=17,8 вт/(м*град), а между 500 и 650° С сравнительно быстро увеличивается. Сопоставляя полученные данные с результатами одновременно измеренных электросопротивлений титана, автор приходит к выводу, что рост Л в основном обусловлен увеличением либо концентрации носителей тока, либо их подвижности. Действительно, если бы рассматриваемый эффект был связан с другими механизмами переноса тепла, то число Лоренца также должно было бы расти, чего фактически не наблюдалось — в области температур от 100 до 700° С L = 3,15*10в-4 вт*ом/град2. Этими же причинами обусловливалось уменьшение температурного коэффициента электросопротивления (выше 500°С), отмеченное многими авторами. В этой работе содержится сводка результатов других авторов, наглядно иллюстрирующая высокую чувствительность теплопроводности к степени совершенства решетки металла.

В области высоких температур (Т больше 1000° К) теплопроводность титана не изучалась. Известна лишь работа Зиновьева и соавторов, посвященная исследованию коэффициента температуропроводности (а) иодидного титана (р298°/р4,2°к = 40) в интервале температур от 1000 до 1500° К. методом плоских температурных волн. Авторы показали, что между 1000 и 1156° К он слабо растет, оставаясь близким к 5,1*10в-6 м2/сек. В точке полиморфного превращения температуропроводность скачкообразно возрастает до 6,0*10в-6 м2/сек, далее не меняясь вплоть до 1500° К.

Поскольку сведения о температурной зависимости теплоемкости титана не отличаются однозначностью, постольку корректный пересчет экспериментально измеренных значений коэффициентов температуропроводности на коэффициенты теплопроводности затруднен. Это касается в равной мере и численных значений А и его температурного коэффициента. Характерно, однако, то, что скачки Cр и а в точке фазового превращения в относительных единицах близки друг к другу и противоположны по знаку. В связи с этим коэффициент теплопроводности титана мало меняется при а—р-превращениях.

Теплопроводности силицидов титана были предметом единичных измерений. В частности, согласно данным, приведенным в справочниках Чиркина, теплопроводность дисилицида титана при 300° К составляет 13 вт/(м*град), что лишь немногим меньше характеристик технического металла [~18 вт/(м*град)].

Недавно Нешпор осуществил измерения теплопроводностей [Л, вт/ (м*град)] силицидов титана с помощью метода Иоффе (при средней температуре, близкой к 40°С). Кроме того, он оценил вклад в нее электронов [Ле, вт)(м*град)], используя ранее установленные значения электропроводностей силицидов и закон Видемана и Франца, а также значения решеточной теплопроводности (Лреш = Л—Ле). При этом были получены следующие данные:

указывающие на решающее значение электронов в переносе энергии. Обращает на себя внимание необычно высокая теплопроводность дисилицида, в несколько раз превышающая установленную предшествовавшими исследователями, и малый вклад в нее фононной составляющей.

: Металлургия: образование, работа, бизнес :: MarkMet.ru

Одним из самых распространенных элементов, который находится в земле, можно назвать титан. Согласно результатам проведенных исследований, он занимает 4-е место по степени распространенности, уступая лидирующие позиции алюминию, железу и магнию. Несмотря на столь большое распространение, титан стал использоваться в промышленности лишь в 20 веке. Титановые сплавы во многом повлияли на развитие ракетостроения и авиации, что связано с сочетанием малой плотности с высокой удельной прочностью, а также коррозионной стойкостью. Рассмотрим все особенности данного материала подробнее.

Общая характеристика титана и его сплавов

Именно основные механические свойства титановых сплавов определяют их большое распространение. Если не уделять внимание химическому составу, то все титановые сплавы можно охарактеризовать следующим образом:

• Высокая коррозионная стойкость. Недостатком большинства металлов можно назвать то, что при воздействии высокой влажности на поверхности образуется коррозия, которая не только ухудшает внешний вид материала, но и снижает его основные эксплуатационные качества. Титан менее восприимчив к воздействию влажности, чем железо.
• Хладостойкость. Слишком низкая температура становится причиной того, что механические свойства титановых сплавов существенно снижаются. Часто можно встретить ситуацию, когда эксплуатация при отрицательных температурах становится причиной существенного повышения хрупкости. Титан довольно часто применяется при изготовлении космических кораблей.
• Титан и титановые сплавы имеют относительно низкую плотность, что существенно снижает вес. Легкие металлы получили широкое применение в самых различных отраслях промышленности, к примеру, в авиастроении, строительстве небоскребов и так далее.
• Высокая удельная прочность и низкая плотность – характеристики, которые довольно редко сочетаются. Однако именно за счет подобного сочетания титановые сплавы сегодня получили самое широкое распространение.
• Технологичность при обработке давлением определяет то, что сплав применяется часто в качестве заготовки при прессовании или другом виде обработки.
• Отсутствие реакции на воздействие магнитного поля также назовем причиной, по которой рассматриваемые сплавы получили широкое применение. Часто можно встретить ситуацию, когда проводится производство конструкций, при работе которых образуется магнитное поле. Применение титана позволяет исключить вероятность возникновения связи.

Эти основные преимущества титановых сплавов определили их достаточно большое распространение. Однако, как ранее было отмечено, многое зависит от конкретного химического состава. Примером можно назвать то, что твердость изменяется в зависимости от того, какие именно вещества применяются при легировании.

Важно, что температура плавления может достигать 1700 градусов Цельсия. За счет этого существенно повышается устойчивость состава к нагреву, но также усложняется процесс обработки.

Описание механических обозначений

Название	Описание
Сечение	Сечение
sТ|s0,2	Предел текучести или предел пропорциональности с допуском на остаточную деформацию — 0,2%
σB	Предел кратковременной прочности
d5	Относительное удлинение после разрыва
d10	Относительное удлинение после разрыва
y	Относительное сужение
кДж/м2	Ударная вязкость

Виды титановых сплавов

Классификация титановых сплавов ведется по достаточно большому количеству признаков. Все сплавы можно разделить на несколько основных групп:

• Высокопрочные и конструкционные – прочные титановые сплавы, которые обладают также достаточно высокой пластичностью. За счет этого они могут применяться при изготовлении деталей, на которые оказывается переменная нагрузка.
• Жаропрочные с низкой плотностью применяются как более дешевая альтернатива жаропрочным никелевым сплавам с учетом определенного температурного интервала. Прочность подобного титанового сплава может варьироваться в достаточно большом диапазоне, что зависит от конкретного химического состава.
• Титановые сплавы на основе химического соединения представляют жаропрочную структуру с низкой плотностью. За счет существенного снижения плотности вес также снижается, а жаропрочность позволяет использовать материал при изготовлении летательных аппаратов. Кроме этого с подобной маркой связывают также высокую пластичность.

Разновидности титановых сплавов

Марка	Ti	Аl	V	Мо	Zr	Si	Fe	O	N	C	Ост
ВТ1-00	осн.	0,08	0,15	0,1	0,04	0,05	0,1
ВТ1-0	осн.	0,1	0,3	0,2	0	0,1	0,3
ВТ1-2	осн.	0,15	1,5	0,3	0,15	0,1	0,3
ВТЗ-1	осн.	5,5-7,0	2,0-3,0	0,5	0,15-0,40	0,2-0,7	0,15	0,05	0,1	0,3
ОТ4	осн.	3,5-5.0	0,3	0,12	0,3	0,15	0,05	0,1	0,3
ОТ4-0	осн.	0,4-1,4	0,3	0,12	0,3	0,15	0,05	0,1	0,3
ОТ4-1	осн.	1,5-2,5	0,3	0,12	0,3	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ5	осн.	4,5-6,2	1,2	0,8	0,3	0,12	0,3	0,2	0,05	0,1	0,3
ВТ5-1	осн.	4.3-6,0	1	0,3	0,12	0,3	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ6	осн.	5,3-6,8	3,5-5,3	0,3	0,1	0,6	0,2	0,05	0,1	0,3
ВТ6С	осн.	5,3-6,5	3,5-4,5	0,3	0,15	0,25	0,15	0,04	0,1	0,3
ВТ8	осн.	5,8-7,0	2,8-3,8	0,5	0,20-0,40	0,3	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ9	осн.	5,8-7,0	2,8-3,8	1,0-2,0	0,20-0,35	0,25	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ14	осн.	3,5-6,3	0,9-1,9	2,5-3,8	0	0,2	0,3	0,2	0,1	0,1	0,3
ВТ15	осн.	2,3-3,6	6,8-8	0,15	0,3	0,12	0,05	0,1	0,3
ВТ16	осн.	1,8-3,8	4-5	4,5-5,5	0,3	0,15	0,25	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ18	осн.	7,2-8,2	0,2-1	10-12	0,05-0,18	0,15	0,14	0,05	0,1	0,3
ВТ20	осн.	5,5-7,0	0,8-2,5	0,5-2,0	1,5-2,5	0,15	0,25	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ22	осн.	4,4-5,7	4,0-5,5	4,0-5,5	0,3	0,15	0,5-1,5	0,18	0,05	0,1	0,3
ВТ23	осн.	4-6,3	4-5	1,5-2,5	0,3	0,15	0,4-0,1	0,15	0,05	0,1	0,3
ПТ3В	осн.	3,5-5,0	1,2-2,5	0,3	0,12	0,25	0,15	0,04	0,1	0,3
ПТ-1М	осн.	0,2-0,7	0,3	0,1	0,2	0,12	0,04	0,07	0,3
ПТ-7М	осн.	1,8-2,5	2,0-3,0	0,12	0,25	0,15	0,04	0,1	0,3

Маркировка титановых сплавов проводится по определенным правилам, которые позволяют определить концентрацию всех элементов. Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных разновидностей титановых сплавов подробнее.

Рассматривая наиболее распространенные марки титановых сплавов, следует обратить внимание ВТ1-00 и ВТ1-0. Они относятся к классу технических титанов. В состав данного титанового сплава входит достаточно большое количество различных примесей, которые определяют снижение прочности. Однако за счет снижения прочности существенно повышается пластичность. Высокая технологическая пластичность определяет то, что технический титан можно получить даже при производстве фольги.

Очень часто рассматриваемый состав сплава подвергается нагартовке. За счет этого повышается прочность, но существенно снижается пластичность. Многие специалисты считают, что рассматриваемый метод обработки нельзя назвать лучшим, так как он не оказывает комплексного благоприятного воздействия на основные свойства материала.

Сплав ВТ5 довольно распространен, характеризуется применением в качестве легирующего элемента исключительно алюминия. Важно отметить, что именно алюминий считается самым распространенным легирующим элементом в титановых сплавах. Это связано с нижеприведенными моментами:

• Применение алюминия позволяет существенно повысить модули упругости.
• Алюминий также позволяет повысить значение жаропрочности.
• Подобный металл один из самых распространенных в своем роде, за счет чего существенно снижается стоимость получаемого материала.
• Снижается показатель водородной хрупкости.
• Плотность алюминия ниже плотности титана, за счет чего введение рассматриваемого легирующего вещества позволяет существенно повысить удельную прочность.

В горячем состоянии ВТ5 хорошо куется, прокатывается и штампуется. Именно поэтому его довольно часто применяют для получения поковки, проката или штамповки. Подобная структура может выдержать воздействие не более 400 градусов Цельсия.

Титановый сплав ВТ22 может иметь самую различную структуру, что зависит от химического состава. К эксплуатационным особенностям материала можно отнести следующие моменты:

• Высокая технологическая пластичность при обработке давлением в горячем состоянии.
• Применяется для изготовления прутков, труб, плиты, штамповок, профиля.
• Для сваривания могут использоваться все наиболее распространенные методы.
• Важным моментом является то, что после завершения процесса сварки рекомендуется проводить отжиг, за счет чего существенно повышаются механические свойства получаемого шва.

Существенно повысить эксплуатационные качества титанового сплава ВТ22 можно путем применения сложной технологии отжига. Она предусматривает нагрев до высокой температуры и выдержки в течение нескольких часов, после чего проводится поэтапное охлаждение в печи также с выдержкой в течение длительного периода. После качественного проведения отжига сплав подойдет для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций, которые могут нагреваться до температуры более 350 градусов Цельсия. Примером можно назвать элементы фюзеляжа, крыла, детали системы управления или крепления.

Титановый сплав ВТ6 сегодня получил самое широкое распространение за рубежом. Назначение подобного титанового сплава заключается в изготовлении баллонов, которые могут работать под большим давлением. Кроме этого, согласно результатам проведенных исследований, в 50% случаев в авиакосмической промышленности применяется титановый сплав, который по своим эксплуатационным качествам и составу соответствует ВТ6. Стандарт ГОСТ сегодня практически не применяется за рубежом для обозначения титановых и многих других сплавов, что следует учитывать. Для обозначения применяется своя уникальная маркировка.

ВТ6 обладает исключительными эксплуатационными качествами по причине того, что в состав добавляется также ванадий. Этот легирующий элемент характеризуется тем, что повышает не только прочность, но и пластичность.

Данный сплав хорошо деформируется в горячем состоянии, что также можно назвать положительным качеством. При его применении получают трубы, различные профили, плиты, листы, штамповки и многие другие заготовки. Для сваривания можно применять все современные методы, что также существенно расширяет область применения рассматриваемого титанового сплава. Для повышения эксплуатационных качеств также проводится термическая обработка, к примеру, отжиг или закалка. На протяжении длительного времени отжиг проводился при температуре не выше 800 градусов Цельсия, однако результаты проведенных исследований указывают на то, что есть смысл в повышении показателя до 950 градусов Цельсия. Двойной отжиг зачастую проводится для повышения сопротивления коррозионному воздействию.

Также большое распространение получил сплав ВТ8. В сравнении с предыдущим он обладает более высокими прочностными и жаропрочными качествами. Достигнуть уникальных эксплуатационных качеств смогли за счет добавления в состав большого количества алюминия и кремния. Стоит учитывать, что максимальная температура, при которой может эксплуатироваться данный титановый сплав около 480 градусов Цельсия. Разновидностью этого состава можно назвать ВТ8-1. Его основными эксплуатационными качествами назовем нижеприведенные моменты:

• Высокая термическая стабильность.
• Низкая вероятность образования трещин в структуре за счет обеспечения прочных связей.
• Технологичность при проведении различных процедур обработки, к примеру, холодной штамповки.
• Высокая пластичность вместе с повышенной прочностью.

Для существенно повышения эксплуатационных качеств довольно часто проводится двойной изотермический отжиг. В большинстве случаев данный титановый сплав применяется при производстве поковок, прудков, различных плит, штамповок и других заготовок. Однако стоит учитывать, что особенности состава не позволяют проводить сварочные работы.

Стандарты

Название	Код	Стандарты
Цветные металлы, включая редкие, и их сплавы	В51	ГОСТ 19807-91, ОСТ 1 90000-70, ОСТ 1 90013-81, ОСТ 4.021.009-92, TУ 1715-012-07510017-99, TУ 1-5-226-89, TУ 1-83-39-79
Трубы стальные и соединительные части к ним	В62	ГОСТ 21945-76, ГОСТ 22897-86
Листы и полосы	В53	ГОСТ 22178-76, ГОСТ 23755-79, ОСТ 1 90218-76, ОСТ 1 90145-74, ОСТ 1 90024-94, ОСТ 4. 021.051-92, TУ 1-5-093-77, TУ 1-5-111-73, TУ 1-5-362-84
Трубы из цветных металлов и сплавов	В64	ГОСТ 24890-81, ОСТ 1 90050-72, ОСТ 1 90051-79, ОСТ 1 90065-72, ОСТ 1 90050-92, TУ 1-5-092-91, TУ 1-5-101-91, TУ 1825-544-07510017-2004
Прутки	В55	ГОСТ 26492-85, ОСТ 1 92020-82, ОСТ 1 90266-86, ОСТ 1 90173-75, ОСТ 1 90107-73, ОСТ 1 90006-86, ОСТ 4.021.025-92, ОСТ 4.021.026-92, TУ 1-5-063-85
Ленты	В54	ОСТ 1 90027-71, TУ 1-5-057-81
Сортовой и фасонный прокат	В52	ОСТ 1 92039-75, ОСТ 1 92051-76
Сварка и резка металлов. Пайка, клепка	В05	ОСТ 95 10441-2002, TУ 1-9-77-85
Обработка металлов давлением. Поковки	В03	СТ ЦКБА 010-2004
Арматура и соединения трубопроводов	Г18	СТ ЦКБА 083-2010

Применение титановых сплавов

Рассматривая области применения титановых сплавов отметим, что большая часть разновидностей применяется в авиационной и ракетостроительной сферах, а также в сфере изготовления морских судов. Для изготовления деталей авиадвигателей другие металлы не подходят по причине того, что при нагреве до относительно невысоких температур начинают плавиться, за счет чего происходит деформация конструкции. Также увеличения веса элементов становится причиной потери КПД.

Применим материал при производстве:

• Трубопроводов, используемых для подачи различных веществ.
• Запорной арматуры.
• Клапанов и других подобных изделий, которые применяются в агрессивных химических средах.
• В авиастроении сплав применяется для получения обшивки, различных креплений, деталей шасси, силовых наборов и других агрегатов. Как показывают результаты проводимых исследований, внедрение подобного материала снижает вес примерно на 10-25%.
• Еще одной сферой применения является ракетостроение. Кратковременная работа двигателя, движение на большой скорости и вхождение в плотные слои становится причиной, по которой конструкция переживает серьезные нагрузки, способные выдержать не все материалы.
• В химической промышленности титановый сплав применяется по причине того, что он не реагирует на воздействие различных веществ.
• В судостроении титан хорош тем, что не реагирует на воздействие соленой воды.

В целом можно сказать, что область применения титановых сплавов весьма обширна. При этом проводится легирование, за счет чего существенно повышаются основные эксплуатационные качества материала.

Химический состав

Стандарт	C	Si	Fe	N	Al	Ti	O	H
ОСТ 1 90013-81	≤0.07	≤0.1	≤0.25	≤0.04	≤0.7	Остаток	≤0.2	≤0.01
ГОСТ 19807-91	≤0.07	≤0.1	≤0.25	≤0.04	—	Остаток	≤0.2	≤0.01
TУ 1-5-093-77	≤0.07	≤0.1	≤0.25	≤0.05	≤0.7	Остаток	≤0.25	≤0. 01

Ti — основа. По ГОСТ 19807-91 ОСТ 1 90013-81 суммарное содержание прочих примесей (кроме Al) ≤0,30 %. Массовая доля водорода указана для слитков. Допускается массовая доля алюминия не более 0,70 %. Массовая доля хрома и марганца не должна превышать 0,15 % (в сумме). Массовая доля меди и никеля должна быть не более 0,10 % (в сумме), в том числе никеля не более 0,08 %. Для труб группы А по ГОСТ 21945-76 устанавливается максимальная массовая доля водорода в сплаве до 0,005 %.

Термообработка титановых сплавов

Для повышения эксплуатационных качеств проводится термическая термообработка титановых сплавов. Данный процесс существенно усложняется по причине того, что перестроение кристаллической решетки поверхностного слоя проходит при температуре выше 500 градусов Цельсия. Для плавов марки ВТ5 и ВТ6-С довольно часто проводят отжиг. Время выдержки может существенно отличаться, что зависит от толщины заготовки и других линейных размеров.

Детали, изготавливаемые из ВТ14, на момент применения должны выдерживать температуру до 400 градусов Цельсия. Именно поэтому термическая обработка предусматривает закалку с последующим старением. При этом закалка требует нагрева среды до температуры около 900 градусов Цельсия, в то время как старение предусматривает воздействие среды с температурой 500 градусов Цельсия на протяжении более 12-и часов.

Индукционные методы нагрева позволяют проводить самые различные процессы термической обработки. Примером можно назвать отжиг, старение, нормализацию и так далее. Конкретные режимы термической обработки выбираются в зависимости от того, какие нужно достигнуть эксплуатационные характеристики.

Структура металла

По внешнему виду металл больше всего напоминает сталь, однако механические его качества выше. При этом титан отличается малым весом – молекулярная масса 22. Физические свойства элемента изучены довольно хорошо, однако сильно зависят от чистоты металла, что приводит к существенным отклонениям.

Кроме того, имеет значение его специфические химические свойства. Титан устойчив к щелочам, азотной кислоте, и в то же время бурно взаимодействует с сухими галогенами, а при более высокой температуре – с кислородом и азотом. Хуже того, он начинает поглощать водород еще при комнатной температуре, если имеется активная поверхность. А в расплаве впитывает кислород и водород настолько интенсивно, что расплавление приходится проводить в вакууме.

Еще одна важная особенность, определяющая физические характеристики – существование 2 фаз состояния.

• Низкотемпературная – α-Ti имеет гексагональную плотноупакованную решетку, плотность вещества – 4,55 г/куб. см (при 20 С).
• Высокотемпературная – β-Ti характеризуется объемно-центрированный кубической решеткой, плотность фазы, соответственно, меньше – 4, 32 г/куб. см. (при 900С).

Температура фазового перехода – 883 С.

В обычных условиях металл покрывается защитной оксидной пленкой. При ее отсутствии титан представляет большую опасность. Так, титановая пыль может взрываться, температура такой вспышки 400С. Титановая стружка является пожароопасным материалом и хранится в специальной среде.

Далее мы рассмотрим магнитные, механические, химические и физические свойства титана, его сплавов и их применение.

О структуре и свойствах титана рассказывает видео ниже:

Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности

Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т.е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.

Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.

Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С

Ученые увеличили прочность шва сварного соединения титана и алюминия более чем в два раза

 

Специалисты Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН совместно с коллегами из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН и Института химии твердого тела и механохимии СО РАН исследовали особенности лазерной сварки разнородных материалов промышленных сплавов на основе титана и алюминия. В работе структурно-фазовый состав этого сварного соединения был впервые исследован с использованием синхротронного излучения (СИ), что позволило специалистам оптимизировать режимы сварки и увеличить прочность сварного шва более чем в два раза. Результаты опубликованы в журнале «Прикладная механика и техническая физика».

 

Для ряда изделий в авиастроительной промышленности требуется соединение титановых и алюминиевых сплавов, благодаря которому производимые конструкции приобретают высокие прочностные характеристики и при этом остаются легкими. Наиболее перспективным методом соединения разнородных сплавов является лазерная сварка — она в 30 раз производительнее традиционной автоматической клепки. Однако различия в химических и физических свойствах титана и алюминия (температура плавления, плотность, теплопроводность) делают технологический процесс сварки достаточно сложным.

 

«В 2017 году в новосибирский Академгородок приезжала делегация из Объединенной авиастроительной корпорации, специалисты которой знакомились с достижениями Сибирского отделения по интересующим их направлениям, — рассказывает заведующий лабораторией лазерных технологий ИТПМ СО РАН кандидат технических наук Александр Геннадьевич Маликов. — На экскурсии в нашем институте представители делегации предложили сварить титан и алюминий — одномоментно такую сложную технологичную задачу решить было невозможно, но мы занялись развитием этого направления».

 

По словам специалиста, переход к лазерной сварке взамен заклепочного соединения — ключевая задача авиастроения, а получение «сварного» самолета — голубая мечта авиастроителей. «Метод заклепочного соединения давно перестал быть технологичным. Сравните: скорость автоматической клепки около 0,2—0,3 метров в минуту, тогда как лазерная сварка позволяет сваривать в минуту четыре метра. Наша лаборатория имеет большой опыт работы с титановыми и алюминиевыми сплавами и давно пропагандирует внедрение лазерной сварки в авиастроение», — добавляет Александр Маликов.

 

Задача сварки разнородных материалов технологически достаточна сложна, в первую очередь, из-за различий в химических и физических свойствах: у свариваемых материалов отличаются температура плавления, плотность, теплопроводность. Так, разница в химическом составе может привести к появлению нежелательных соединений в ходе сварки и изменению свойств материалов в зоне шва, а различие в теплофизических свойствах приводит к неравномерному нагреву материалов, что является причиной возникновения остаточных термических напряжений. Все это ухудшает механические характеристики разнородных сварных соединений.

 

Комплекс исследований, проводимых специалистами СО РАН, включал сварку листов, применяемых в авиастроении алюминиевого и титанового сплавов, исследование микроструктуры полученного сварного соединения, в том числе изучение его структурно-фазового состава с применением синхротронного излучения, а также оптимизацию режимов лазерной сварки. Она выполнялась на автоматизированном лазерном технологическом комплексе «Сибирь» ИТПМ СО РАН, дифракционные исследования проводились с использованием инфраструктуры Центра коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения».

 

«При помощи синхротронного излучения мы в деталях увидели, что происходит в шве после лазерной сварки встык, — рассказывает старший научный сотрудник ИХТТМ СО РАН, руководитель станции «Дифрактометрия в жестком рентгеновском излучении» ЦКП СЦСТИ кандидат химических наук Алексей Игоревич Анчаров. — Высокоинтенсивным пучком с поперечным размером в сто микрон мы посмотрели семь точек в шве и получили полную дифракционную картину. Для данного сварного соединения структурно-фазовый состав, определенный с использованием СИ, был получен впервые. Мы увидели различные интерметаллидные образования (соединения двух металлов), большинство из которых оказались твердыми и хрупкими, что понизило прочность сварного шва. Следующей нашей задачей было получение однородного сплава».

 

Специалисты сместили лазерное излучение в сторону титанового сплава, в результате получив меньшее количество интерметаллидов и увеличив прочность сварного шва в 2,25 раза.

 

«Мы отрегулировали количество интерметаллидов и получили хорошее прочное соединение, что и увидели благодаря синхротронному излучению, — добавляет Александр Маликов. — Теперь необходимо проанализировать все возможные варианты смещения лазерного пучка — такие работы уже ведутся. Совместные исследования в ЦКП СЦСТИ показали, что применение синхротронного излучения для диагностики создаваемых материалов — это приоритет. Высокая интенсивность и разрешающая способность источника СИ уже сейчас позволяют нам на качественно новом уровне понимать, как взаимодействуют сплавы. Источник СИ поколения 4+ (Центр коллективного пользования “Сибирский кольцевой источник фотонов”), проект которого реализуется в Новосибирске, улучшит эти возможности в разы. Наша конечная цель — получить сварную технологию, которую можно будет внедрять в авиацию».

 

Пресс-служба ИЯФ СО РАН

 

Титан против нержавеющей стали, в чем разница?

• Остин Пэн
• 6 января 2021
• Категория: Блог

Титан и нержавеющая сталь являются традиционными металлами, которые сегодня часто используются в обрабатывающей промышленности. Эти два металла по своей природе изысканны, и оба обладают уникальным набором свойств и прочностью. Следовательно, знание как титана, так и нержавеющей стали может иметь большое значение для достижения вашей цели в вашем проекте. Мы составили это подробное руководство, чтобы помочь вам отличить оба металла.

Давайте сравним 17 различий между титаном и нержавеющей сталью

Титан и нержавеющая сталь обладают превосходными характеристиками, которые отличают их друг от друга. Для простоты понимания мы проведем сравнение между титаном и нержавеющей сталью, используя разные свойства. Эти свойства включают элементный состав, коррозионную стойкость, электропроводность, теплопроводность, температуру плавления, твердость, вес и многое другое.

Титан против нержавеющей стали: состав элементов

Элементный состав — это характеристика, по которой можно отличить титан от нержавеющей стали. Для сравнения, коммерчески чистый титан содержит множество элементов, включая азот, водород, кислород, углерод, железо и никель. Имея титан в качестве основного элемента, состав других элементов варьируется от 0.013 до 0.5 процента.

С другой стороны, нержавеющая сталь состоит из разновидностей элементного состава с 11% хрома, а также других элементов с процентным составом от 0.03% до более 1.00%. Содержание хрома в нержавеющей стали помогает предотвратить ржавчину, а также обеспечивает характеристики термостойкости. Эти элементы включают алюминий, кремний, серу, никель, селен, молибден, азот, титан, медь и ниобий.

Титан против нержавеющей стали: коррозионная стойкость

Когда дело доходит до применений, связанных с коррозией, существует термин, называемый специальными металлами. Эти специальные металлы обладают высокой коррозионной стойкостью. В этом контексте специальные металлы, такие как титан, обеспечивают высокую коррозионную стойкость и механическую стабильность, в то время как другие металлы, такие как нержавеющая сталь и многие другие, являются недостаточными. Материалы из нержавеющей стали обладают превосходными механическими свойствами; однако их коррозионная стойкость ограничена. Это ограничение в основном встречается в концентрированных кислотах при высоких температурах.

Специальные металлы, такие как титан, наиболее привлекательны для использования в чувствительном к коррозии оборудовании в различных отраслях промышленности. В заключение, титан более устойчив к коррозии, чем нержавеющая сталь, в широкой области, такой как коррозия от щелочей, кислот, природных вод и промышленных химикатов.

Титан против нержавеющей стали: электропроводность

Электропроводность включает поток электронов через материал из-за падения потенциала. Кроме того, атомная структура такого металла сильно влияет на его электропроводность. По сравнению с использованием меди в качестве стандарта для измерения электропроводности, титан не является хорошим проводником. Он демонстрирует проводимость меди около 3.1%, в то время как нержавеющая сталь имеет проводимость меди 3.5%.

С другой точки зрения, электрическое сопротивление, которое противопоставляет материал потоку электронов. С этой точки зрения титан обладает плохой электропроводностью. В результате титан является хорошим резистором.

Титан против нержавеющей стали: теплопроводность

Теплопроводность — еще одна характеристика, которую можно использовать для сравнения титана и нержавеющей стали. Теплопроводность — это мера, с которой титан и нержавеющая сталь могут использоваться для тепловых применений. В этом процессе измеряется и определяется количество энергии, а также скорость, с которой энергия поглощается и передается. Для сравнения, теплопроводность титана составляет 118 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F.

С другой стороны, теплопроводность нержавеющей стали колеблется от 69.4 до 238 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F. Это означает, что нержавеющая сталь обладает более высокой теплопроводностью по сравнению с титаном. В ситуации, когда теплопроводность имеет приоритет над другими характеристиками, то можно рассматривать нержавеющую сталь.

Титан против нержавеющей стали: температура плавления

Температура плавления материала, известная как точка плавления, представляет собой температуру, при которой материал начинает переходить из твердой фазы в жидкую. При этой температуре твердая фаза материала и жидкая фаза такого материала находятся в равновесии. Как только материал достигает этого температурного уровня, его можно легко формовать и использовать для термических применений.

В этом случае титан имеет температуру 1650–1670 °C (3000–3040 °F), а нержавеющая сталь — 1230–1530 °C (2250–2790 °F). Это показывает, что, когда для определения точки плавления требуется металл, титан предпочтительнее нержавеющей стали.

Титан против нержавеющей стали: твердость

Твердость материала — это сравнительная величина, которая помогает описать реакцию такого материала на травление, деформацию, царапание или вмятину вдоль поверхности материала. Эта мера в основном выполняется с использованием инденторных машин, которые существуют в большом количестве в зависимости от прочности материала. Для высокопрочных материалов производители или пользователи используют критерий твердости по Бринеллю.

Хотя твердость нержавеющей стали по Бринеллю сильно зависит от состава сплава и термической обработки, в большинстве случаев она тверже титана. Однако титан легко деформируется при вмятинах или царапинах. Чтобы избежать этого, титан образует оксидный слой, называемый слоем оксида титана, который образует исключительно твердую поверхность, сопротивляющуюся большинству сил проникновения. Титан и нержавеющая сталь являются прочными материалами, которые отлично работают в суровых условиях.

Титан против нержавеющей стали: вес

Одним из важных поразительных различий между титаном и нержавеющей сталью является их плотность. Титан имеет превосходное соотношение прочности к весу, благодаря чему он обеспечивает почти такую ​​же прочность, как нержавеющая сталь, при 40% своего веса. При измерении титан наполовину плотнее стали и значительно легче нержавеющей стали.

В результате титан жизненно важен для проектов, требующих минимального веса при максимальной прочности. Вот почему титан отлично подходит для изготовления деталей самолетов и других приложений, зависящих от веса. С другой стороны, сталь применяется в шасси транспортных средств и во многих других областях, но в большинстве случаев снижение веса часто вызывает озабоченность.

Титан против нержавеющей стали: долговечность

Долговечность материала — это его способность оставаться функциональными без использования чрезмерного ремонта или технического обслуживания всякий раз, когда материал сталкивается с проблемами нормальной эксплуатации в течение своего полураспада. И титан, и нержавеющая сталь долговечны благодаря превосходным свойствам, которые они предлагают. Для сравнения, титан примерно в 3-4 раза прочнее нержавеющей стали. Это делает титан долговечным в течение нескольких поколений. Тем не менее, титан можно легко поцарапать, так как он требует регулярной полировки или рискует повредить его поверхность или потускнеть.

Титан против нержавеющей стали: обрабатываемость

Обрабатываемость — это сравнительная оценка, присваиваемая металлам для определения их реакции на механические нагрузки, включая фрезерование, токарную обработку, штамповку и многое другое. Эта оценка жизненно важна для проведения сравнений, чтобы определить лучший обрабатываемый материал для успеха вашего проекта. Кроме того, показатели обрабатываемости можно использовать для определения типа используемой механической обработки. Модуль упругости титана почему-то низкий, что говорит о том, что титан легко изгибается и деформируется. Это связано с трудностями обработки титана, поскольку он склеивает фрезы и предпочитает возвращаться к своей первоначальной форме.  

С другой стороны, нержавеющая сталь имеет гораздо более высокий модуль упругости, что позволяет легко обрабатывать ее. В результате он используется в приложениях, включая кромки ножей, потому что он ломается и не сгибается под нагрузкой.

Титан против нержавеющей стали: формуемость

Когда материал проявляет пластическую деформацию, не повреждаясь при формовании, это называется формуемостью материала. Когда титан сравнивают с нержавеющей сталью, титан и его сплав можно формировать с использованием методов и оборудования, подходящих для нержавеющей стали. Однако титан обладает более низкой пластичностью при растяжении и требует больших радиусов изгиба.

Кроме того, титан имеет большую склонность к истиранию по сравнению с нержавеющей сталью и может быть исправлен с помощью горячей штамповки. Кроме того, может иметь место пружинение, в то время как подавляющее большинство титана изготавливается путем холодной или горячей штамповки с последующей горячей проклейкой для решения этой проблемы.

Титан против нержавеющей стали: свариваемость

Свариваемость, также известная как соединяемость, представляет собой способность материала к сварке. Титан и нержавеющая сталь можно сваривать, но один из двух металлов сваривается легче, чем другой. Свариваемость материала обычно используется для определения процесса сварки и для сравнения качества окончательного сварного шва с качеством другого материала. Для сравнения, нержавеющая сталь легче сваривается по сравнению с титаном. Это связано с тем, что сварка титана — это специальность внутри специальности. Хотя на первый взгляд сварка титана похожа на сварку стали, она требует высокого профессионализма.

Титан против нержавеющей стали: предел текучести

При сравнении предела текучести титана и нержавеющей стали интересно отметить, что нержавеющая сталь намного прочнее титана. Это интересное открытие противоречит распространенному заблуждению о том, что предел текучести титана выше, чем у большинства металлов. В то время как титан только на одном уровне с нержавеющей сталью, он демонстрирует это при половине плотности нержавеющей стали. Вот почему титан считается одним из самых прочных металлов на единицу массы.

С другой стороны, нержавеющая сталь является идеальным материалом, когда проект требует общей прочности. В заключение, когда в проекте требуется только прочность, нержавеющая сталь является идеальным выбором, тогда как титан предпочтительнее, когда требуется прочность на единицу массы.

Титан против нержавеющей стали: прочность на растяжение

Предел прочности материала на растяжение является максимальным на инженерной кривой напряжения-деформации. Это максимальное напряжение, которое может выдержать материал при растяжении. Предельная прочность на растяжение в большинстве случаев сокращается до «прочности» или «предела прочности».

Когда металл достигает своего предела прочности на растяжение, материал подвергается сужению, при котором площадь поперечного сечения локально уменьшается. При сравнении титан демонстрирует предел прочности при растяжении 230 МПа (31900 фунтов на квадратный дюйм), в то время как нержавеющая сталь имеет предел прочности при растяжении от 34.5 до 3100 МПа (5000–450000 фунтов на квадратный дюйм). Это значение показывает, что нержавеющая сталь имеет более высокий предел прочности при растяжении и поэтому предпочтительнее титана.

Титан против нержавеющей стали: прочность на сдвиг

Прочность материала на сдвиг — это его устойчивость к нагрузке сдвига до того, как компонент разрушится при сдвиге. Действие сдвига обычно происходит в направлении, параллельном направлению силы, действующей на плоскости. Напряжение сдвига титана составляет от 240 до 335 МПа в зависимости от свойств сплава, в то время как напряжение сдвига нержавеющей стали составляет от 74.5 до 597 МПа. Это показывает, что нержавеющая сталь является идеальным выбором в ситуациях, когда требуется высокая устойчивость к сдвигающей нагрузке.

Титан против нержавеющей стали: цвет

Когда дело доходит до цвета, титан и нержавеющая сталь могут выглядеть одинаково. Титан и нержавеющая сталь в естественном состоянии представляют собой металлы серебристого цвета. Разница в том, что титан несколько темнее. В другом измерении и титан, и нержавеющая сталь могут выглядеть серыми, однако титан будет темнее, чем нержавеющая сталь.

Титан против нержавеющей стали: цена

С точки зрения стоимости титан относительно дороже нержавеющей стали. В результате титан становится более дорогостоящим для некоторых конкретных отраслей, включая строительную отрасль, где требуются большие количества. В ситуации, когда деньги являются важным фактором при частичном рассмотрении, нержавеющая сталь может быть выбрана вместо титана, если оба считаются подходящими.

Титан против нержавеющей стали: области применения

Титановые приложения

Титан используется в самых разных областях, включая легирующий элемент в стали для уменьшения размера зерна, а также в качестве раскислителя. Он также применяется в нержавеющей стали для снижения содержания углерода. В промышленном пространстве титан в основном используется в следующих отраслях:

Аэрокосмическая индустрия

Титан широко применяется в аэрокосмической и морской промышленности, включая его использование в самолетах, военно-морских кораблях, ракетах, бронежилетах, космических кораблях и многом другом. Это связано с его сопротивлением усталости, высокой стойкостью к растрескиванию, высоким отношением прочности на растяжение к плотности, способностью выдерживать умеренно высокие температуры без ползучести и выдерживать высокую коррозионную стойкость.

Промышленное применение

Титан применяется в различных отраслях промышленности, включая теплообменники, клапаны, технологические сосуды в химической и нефтехимической промышленности. Его использование обусловлено высокой коррозионной стойкостью. Некоторые специфические сплавы титана используются в нефтяной и газовой никелевой гидрометаллургии и внутрискважинном применении из-за их коррозионной стойкости и высокой прочности.

Архитектурно-бытовой

Металлы титана применимы в самых разнообразных потребительских областях, включая автомобильную промышленность. Особенно автомобильные и мотоциклетные гонки, где требуется высокая прочность, жесткость и малый вес. Титан также используется во многих спортивных товарах, включая теннисные ракетки, клюшки для лакросса, крикет, хоккей, гольф-клубы, решетки для футбольных шлемов, велосипедные рамы и комплектующие. Они также используются в оправах для очков, которые очень дороги, но прочны, легки, долговечны и не вызывают кожной аллергии.

ювелирных изделий

Титан — популярный продукт, используемый в ювелирной промышленности из-за его долговечности, особенно в титановых кольцах. Химически титан инертен, что делает его более подходящим для людей, страдающих аллергией, или для тех, кто носит украшения в определенных условиях, таких как плавательные бассейны. В этой отрасли титан сплавляют с золотом, чтобы получить то, что продается как 24-каратное золото. Даже в часовой промышленности в наши дни титан используется из-за его впечатляющих свойств, таких как легкий вес, долговечность, коррозионная стойкость и устойчивость к вмятинам.

Медицинская промышленность

Титан нетоксичен и широко применяется в медицине. Они используются в производстве хирургических инструментов и имплантатов, включая зубные имплантаты, тазобедренные суставы и гильзы.

Другие области применения включают производство наночастиц, используемых в электронике, а также доставку косметики и фармацевтических препаратов. Он также применим в производстве хирургических инструментов, используемых в хирургии под визуальным контролем, включая костыли, инвалидные коляски, а также другие инструменты, требующие малого веса и высокой прочности.

Хранение ядерных отходов

Благодаря высокой коррозионной стойкости титана титан используют для производства контейнеров для длительного хранения ядерных отходов. Несколько исследований титана подтвердили, что титан может быть использован для производства контейнеров, срок службы которых превышает 100,000 XNUMX лет. В результате титан устанавливается поверх других контейнеров, чтобы сделать их долговечными.

Применение из нержавеющей стали

Архитектура

Нержавеющая сталь используется в зданиях из-за ее долговечности и эстетичности. Нержавеющая сталь используется в строительстве современных зданий – благодаря разработке высокопрочных марок нержавеющей стали, таких как дуплексные марки. Нержавеющая сталь обладает низкой отражательной способностью, поэтому ее используют в качестве кровельного материала в аэропортах, чтобы предотвратить ослепление пилотов.

Кроме того, это помогает поддерживать температуру поверхности крыши близкой к температуре окружающей среды. Они также используются для автомобильных и пешеходных мостов в виде труб, пластин или арматурных стержней.

Конверсия бумаги, целлюлозы и биомассы

Нержавеющая сталь широко применяется в целлюлозно-бумажной промышленности, чтобы избежать загрязнения продуктов железом. Это связано с его коррозионной стойкостью к различным химическим веществам, используемым в процессе производства бумаги. Примером может служить использование дуплексной нержавеющей стали в варочных котлах для преобразования древесной щепы в древесную массу.

Переработка химикатов и нефтехимии

В химической и нефтехимической промышленности нержавеющая сталь широко используется в различных областях. Нержавеющая сталь используется из-за ее коррозионной стойкости к газообразным, водным и высокотемпературным средам.

Еда и напитки

Нержавеющая сталь является предпочтительным материалом для пищевой промышленности и производства напитков, особенно аустенитная (серия 300: типы 304 и 316). Они широко используются, поскольку не влияют на вкус пищевых продуктов и легко стерилизуются и очищаются для предотвращения бактериальной инвазии пищевых продуктов. Они также широко используются для производства посуды, коммерческих кухонь, пивоварения, мясопереработки и многого другого.

Энергия

Нержавеющая сталь обычно используется во всех типах электростанций, от солнечных до атомных. Они идеально подходят в качестве механической опоры для энергоблока в ситуации, когда требуется проникновение жидкости или газа. Например, фильтры в охлаждающем оборудовании, опорные конструкции в электролизе, очистка горячего газа и многое другое.

Огнестрельное оружие

Нержавеющая сталь используется в некоторых видах огнестрельного оружия в качестве альтернативы вороненой или пакетированной стали. Например, некоторые модели пистолетов, включая Colt Пистолет М1911 и Smith and Wesson Model 60 полностью изготовлены из нержавеющей стали. Использование нержавеющей стали дает глянцевое покрытие, напоминающее никелирование. В отличие от никелирования, покрытие не подвержено шелушению, отслаиванию, истиранию или ржавчине при царапании.

Автомобили

Нержавеющая сталь используется в производстве автомобилей, автобусов, грузовиков и многих других. Они используются для труб, каталитических нейтрализаторов, выхлопных труб, коллекторов, глушителей и многого другого. Нержавеющие стали используются в самых разных областях, включая шарики для устройств управления ремнями безопасности, пружины, щетки стеклоочистителей, крепежные детали и многое другое. Нержавеющая сталь также находит широкое применение в топливных баках самолетов и космических кораблей и во многих других областях. Это возможно благодаря его термической стабильности.

Медицинская промышленность

В основном медицинские и хирургические инструменты изготавливаются из нержавеющей стали из-за возможности стерилизации в автоклаве и долговечности. Кроме того, нержавеющая сталь используется в хирургических имплантатах, включая армирующие и замещающие кости. Они также используются в различных приложениях, таких как стоматология и многое другое.

3D печать

Нержавеющая сталь широко используется в 3D-печати. Чаще всего поставщики услуг 3D-печати имеют запатентованные смеси для спекания нержавеющей стали для использования в прототипировании. Наиболее часто используемая марка нержавеющей стали, используемая в 3D-печати, включает нержавеющую сталь 316L. Нержавеющая сталь используется из-за ее высокого температурного градиента и быстрой скорости затвердевания, что приводит к лучшим механическим свойствам.

Сводная сравнительная таблица

Основываясь на нашем сравнении в разделе выше, мы представим сводную таблицу, которая поможет обобщить результаты. Ниже приведены наши сводные таблицы.

Титан против нержавеющей стали: часто задаваемые вопросы

Заключение

Что приходит на ум дизайнерам, когда для проекта требуются прочные материалы, так это нержавеющая сталь и титан. Эти два металла представлены в широком ассортименте сплавов, обладающих широким спектром впечатляющих свойств. Чтобы помочь вам понять эти два металла и добиться успеха в проекте, мы представили полное руководство по свойствам, прочности и применению нержавеющей стали.

Титан не холодный, теплопроводность у титана низкая

Если делать из титана, то какое-то время хочется его потрогать.

Зимой, когда холодно, когда прикасаешься к холодному металлу на подбородке… «Круто холодно!» Он будет терпеть до прикосновения. В регионах с низкими температурами есть вещи, которые замерзают и прилипают к рукам, если не соблюдать осторожность.

Но, когда это титан, это не слишком холодно (немного холодно). Это связано с малой теплопроводностью титана.

Титан плохо передает тепло рук = Тепло не сильно отнимается у рук.
Теплопроводность чистого титана составляет 17 (Вт/мК), примерно 1/4 железа и примерно 1/23 меди. И титан легко нагревается и легко охлаждается.

Немного странно, что легко греется и легко греется при плохой теплопроводности. Но то и это физически совсем другая проблема.

Количество тепла, необходимое для повышения температуры единицы массы материала на 1 градус, называется «удельной теплоемкостью», но удельная теплоемкость титана не сильно отличается от удельной теплоемкости железа или нержавеющей стали. Однако, поскольку титан имеет малый удельный вес, если мы посмотрим на количество теплоты (= «теплоемкость»), необходимое для нагрева один раз в единице объема, то оно составляет примерно 6 (около 6) одинакового размера (= объема) железа и нержавеющей стали Вы можете поднять его на ту же температуру с теплотворной способностью тепла.

Другими словами, при поджигании одного размера титан нагревается примерно на 60% быстрее, чем железо и нержавеющая сталь. Кроме того, если вы используете прочный титан, вы можете сделать его тоньше, чем железо или нержавеющая сталь, вы можете быстрее поднять температуру за счет меньшей массы. Это характерно для титановых горшков и т. д.

Идеально подходит для чего-то, что нагревается одним прикосновением и исчезает одним махом. Однако в местах с огнем и без него из-за низкой теплопроводности будут возникать перепады температуры. Если будешь не сладко готовить, то обожжешься, и тут можно не заморачиваться, так что будь осторожен.

Кроме того, хотя это и необязательно, титановый горшок не нагревается. Это интересно. Титановые чашки легко пить, потому что горячие губы, прикрепленные к чашке, не горячие, даже если вы нальете горячий кофе. Кроме того, поскольку он не тает, в отличие от других металлических чашек, у него нет странного вкуса.

Сделать кружку из титана?
Теплые вещи трудно охладить,
холодные вещи трудно согреть.
У меня нет странного вкуса.
Очищайте в любое время, пока он подвергается воздействию солнечного света.
Также можно ожидать антибактериального эффекта.

Согласно одной из теорий, горечь и вяжущие компоненты разлагаются под действием фотокаталитического действия оксидной пленки на поверхности титановой чашки, и сладость вина и тому подобного, по-видимому, увеличивается. Я не пробовал, так что не знаю, но это история с мечтой. Кроме того, в качестве примера можно привести доску для сноуплейта с низкой теплопроводностью и низкой теплоемкостью титана.

Титановая панель в виде снежных цветов была установлена ​​на «Звездном водопаде Сато Охаси» на трассе 452 города Ашибэцу на Хоккайдо. Когда снегопад башни, поддерживающей мост, падает сразу, это опасно для машин и пешеходов и стоит этого не допустить. Давайте бросим его до того, как соберется снег и он не станет большим комом.

Для того, чтобы снег скользил по металлической пластине, требуется небольшое количество воды между снегом и металлической пластиной (жидкая смазка). Я вообще без воды не скользю. Это тот же принцип, что и при катании на коньках, чтобы хорошо скользить, если есть небольшое количество воды.

Хотя я какое-то время схожу с рельсов, катание на коньках часто соскальзывает, когда человек в скейтерских туфлях выходит на лед, на лед оказывается давление веса. Когда на лед оказывается давление, температура плавления снижается только там, где оно приложено (температура не снижается). Тогда лишь небольшая часть льда тает и превращается в воду, по которой скользит лезвие.

Поэтому, чтобы хорошо скользить по снегу, необходимо использовать материал, который может хорошо смазывать жидкостью. для этого

① Температура имеет тенденцию к повышению из-за солнечного света = теплоемкость мала
② Вода, которая является источником жидкой смазки начавшего скользить снега, не поглощается сноубордом, теплопроводность плохая
③ Гладкая поверхность навсегда = коррозионная стойкость хорошая

Необходимо выполнить такое условие, как.
Кроме того, вода, которая становится источником таяния снега, вызвана повышением температуры из-за солнечного тепла и таянием снега из-за тепла трения, вызванного скольжением. Итак, суперматериал, сочетающий в себе эти характеристики – титан! На деревенском мосту, падающем со звезды, кажется, что с момента установки были приняты хорошие меры по предотвращению снегопада.

Кроме того, отсутствие прикосновения к осязанию также является большим преимуществом для ювелирных изделий, оборудования для мощения и вспомогательных устройств. Я думаю, что было бы замечательно, если бы она помогла сделать жизнь чуточку ярче, помогла бы инвалидам и тем, кто им помогает.

От оборудования для укладки, устойчивого к износу, до оборудования для укладки, которое легко носить в любое время года. Такую возможность и скрывает титан.

Справки по телефону/факсу

С вопросами по телефону/факсу обращайтесь по следующему номеру.

Номер телефона: 0480-22-3301

Номер факса: 0480-22-8818

Металлы, металлические элементы и сплавы

Теплопроводность обычных металлов, металлических элементов и сплавов.

Рекламные ссылки

Теплопроводность — k — это количество тепла, передаваемое из-за единичного градиента температуры в единицу времени в установившихся условиях в направлении, нормальном к поверхности единицы площади. Теплопроводность — k — используется в уравнении Фурье.

• Calculate Conductive Heat Transfer
• Calculate Overall Heat Transfer Coefficient

0102» «» «» «» «» «0106 327 9078 9078 -% -% -% -% -% -% -% -% -% -% -.% -.% — Стальная Cr, 10% Ni

Metal, Metallic Element or Alloy	Temperature — t — ( o C)	Thermal Conductivity — k — (Вт/м·К)
Алюминий	-73	237
»	0	236
»	127	240
»	327	232
»	527	220
Алюминий — дюралюминий (94-96 % Al, 3-5 % Cu, следы Mg)	20	164
Алюминий — силумин (87 % Al, 13 % Si)	7	7 164
Aluminum bronze	0 — 25	70
Aluminum alloy 3003, rolled	0 — 25	190
Aluminum alloy 2014. annealed	0 — 25	190
Aluminum alloy 360	0 — 25	150
Antimony	-73	30.2
»	0	25.5
»	127	21.2
»	327	18.2
»	527	16.8
Beryllium	-73	301
»	0	218
»	127	161
»	327	126
»	527	107
»	727	89
»	927	73
Beryllium copper 25	0 — 25	80
Bismuth	— 73	9. 7
»	0	8.2
Boron	-73	52.5
»	0	31.7
»	127	18.7
»	327	11.3
»	527	8.1
»	727	6.3
»	927	5.2
Cadmium	-73	99.3
»	0	97.5
»	127	94.7
Cesium	-73	36.8
»	0	36.1
Chromium	-73	111
»	0	94.8
»	127	87. 3
»	327	80.5
»	527	71.3
»	727	65.3
»	927	62.4
Cobalt	-73	122
»	0	104
»	127	84.8
Copper	-73	413
»	0	401
»	127	392
»	327	383
»	527	371
»	727	357
»	927	342
Медь, электролитическая (ETP)	0 — 25	390
Медная — Адмиралтейская латунь	20	111111111111111111111111111111111111111119
Copper — Aluminum Bronze (95% Cu, 5% Al)	20	83
Copper — Bronze (75% Cu, 25% Sn)	20	26
Copper — ДЕСУГ (Желтая латунь) (70% Cu, 30% Zn)	20	111
Медная — картриджская латунь (UNS C26000)	20	120
COPPE 40% Ni)	20	22,7
Copper — German Silver (62% Cu, 15% Ni, 22% Zn)	20	24. 9
Copper — Phosphor bronze (10% Sn, UNS C52400)	20	50
Copper — Red Brass (85% Cu, 9% Sn, 6%Zn)	20	61
Cupronickel	20	29
Germanium	-73	96.8
«	0	66.7
»	127	43.2
»	327	27.3
»	527	19.8
»	727	17.4
»	927	17.4
Gold	-73	327
»	0	318
»	127	312
»	327	304
»	527	292
»	727	278
»	927	262
Hafnium	-73	24. 4
»	0	23.3
»	127	22.3
»	327	21.3
»	527	20.8
»	727	20.7
»	927	20.9
HASTELLOY C	0 — 25	12
Inconsel	21 — 100	15
Incoloy	07
.0107	12
Indium	-73	89.7
»	0	83.7
»	127	75.5
Iridium	-73	153
»	0	148
»	127	144
»	327	138
»	527	132
»	727	126
»	927	120
Iron	-73	94
»	0	83. 5
»	127	69.4
»	327	54.7
»	527	43.3
»	727	32.6
»	927	28.2
Iron — Cast	20	52
Iron — Nodular pearlitic	100	31
Iron — Crowght	20	59
LEAND	-73	36.6	-73	36.6
-73	36.6
	36.6	-730078	»	0	35.5
»	127	33.8
»	327	31.2
Chemical lead	0 — 25	35
Antimonial lead (hard lead)	0 — 25	30
Lithium	-73	88. 1
»	0	79.2
»	127	72.1
Magnesium	-73	159
»	0	157
»	127	153
»	327	149
«	527	146
Магний сплав AZ31B	0 — 25	100907	0 — 25		0 — 25		0 — 25		.0106 Manganese	-73	7.17
»	0	7.68
Mercury	-73	28.9
Molybdenum	-73	143
»	0	139
»	127	134
»	327	126
»	527	118
»	727	112
»	927	105
Monel	0 – 100	26
Nickel	-73	106
»	0	94
»	127	80. 1
»	327	65.5
»	527	67.4
»	727	71.8
»	927	76.1
Nickel — Wrought	0 – 100	61 – 90
Cupronickel 50 -45 (Constantan)	0 — 25	20
Niobium (Columbium)	-73	52.6
»	0	53.3
»	127	55.2
»	327	58.2
»	527	61.3
»	727	64.4
»	927	67.5
Osmium	20	61
Palladium		75. 5
Platinum	-73	72.4
»	0	71.5
»	127	71.6
»	327	73.0
»	527	75.5
»	727	78.6
»	927	82.6
Plutonium	20	8.0
Potassium	-73	104
»	0	104
»	127	52
Red brass	0 — 25	160
Rhenium	-73	51
»	0	48.6
»	127	46.1
»	327	44. 2
»	527	44.1
»	727	44.6
»	927	45.7
Rhodium	-73	154
«	0	151
»	127	146
«	136
»	527	127
»	727	121
»	927	115
Rubidium	-73	58.9
«	0	58,3
Селени	20	0,52
SILICON	-733
SILICON	-733
. 0107
»	0	168
»	127	98.9
»	327	61.9
»	527	42.2
»	727	31.2
»	927	25.7
Silver	-73	403
»	0	428
»	127	420
»	327	405
»	527	389
»	727	374
»	927	358
Sodium	-73	138
»	0	135
Паяль 50 — 50	0 — 25	50
Сталь — Углерод, 0,5% C	20	54
— Карбон, 1% C
— Carbon, 1% C	— Carbon, 1% C	.
Steel — Carbon, 1.5% C	20	36
»	400	36
»	122	33
Steel — Chrome, 1% Cr	20	61
Сталь — хром, 5% CR	20	40
Сталь — Хром, 10% CR	20	31 9079
.%	20	19
Steel — Chrome Nickel, 20% Cr, 15% Ni	20	15.1
Steel — Hastelloy B	20	10
Сталь — Hastelloy C	21	8.7
Сталь — Никель, 10% NI	20	26
Стальная — Nickel, 40% Ni	20	10
Steel — Nickel, 60% Ni	20	19
Steel — Nickel Chrome, 80% Ni, 15% Ni	20	17
Сталь — Никель Хром, 40% NI, 15% NI	20	11,6
Сталь — марганец, 1%	20	50
20	50
.	20	14.4
Steel — Stainless, Type 347	20	14.3
Steel — Tungsten, 1% W	20	66
Steel — Wrought Carbon	0	59
Tantalum	-73	57.5
»	0	57.4
»	127	57.8
»	327	58.9
»	527	59.4
»	727	60.2
»	927	61
Thorium	20	42
Tin	-73	73.3
»	0	68.2
»	127	62.2
Titanium	-73	24. 5
»	0	22.4
»	127	20.4
»	327	19.4
»	527	19.7
»	727	20.7
»	927	22
Tungsten	-73	197
»	0	182
»	127	162
»	327	139
»	527	128
»	727	121
»	927	115
Uranium	-73	25.1
»	0	27
»	127	29. 6
»	327	34
»	527	38.8
»	727	43.9
»	927	49
Vanadium	-73	31.5
»	0	31.3
»	427	32.1
»	327	34.2
»	527	36.3
»	727	38.6
»	927	41.2
Zinc	-73	123
»	0	122
»	127	116
»	327	105
Zirconium	-73	25. 2
»	0	23.2
»	127	21.6
»	327	20.7
»	527	21.6
»	727	23.7
»	927	25,7

• Онлайн-конвертер теплопроводности

Сплавы — температура и теплопроводность

Temperature and thermal conductivity for 

• Hastelloy A
• Inconel
• Nichrome V
• Kovar
• Advance
• Monel

alloys:

Sponsored Links

Related Topics

Related Documents

Sponsored Ссылки

Engineering ToolBox — Расширение SketchUp — 3D-моделирование онлайн!

Добавляйте стандартные и настраиваемые параметрические компоненты, такие как балки с полками, пиломатериалы, трубопроводы, лестницы и т. д., в свою модель Sketchup с помощью Engineering ToolBox — расширения SketchUp, которое можно использовать с потрясающими, увлекательными и бесплатными программами SketchUp Make и SketchUp Pro. .Добавьте расширение Engineering ToolBox в свой SketchUp из хранилища расширений SketchUp Pro Sketchup!

Перевести

О Engineering ToolBox!

Мы не собираем информацию от наших пользователей. В нашем архиве сохраняются только электронные письма и ответы. Файлы cookie используются только в браузере для улучшения взаимодействия с пользователем.

Некоторые из наших калькуляторов и приложений позволяют сохранять данные приложения на локальном компьютере. Эти приложения будут — из-за ограничений браузера — отправлять данные между вашим браузером и нашим сервером. Мы не сохраняем эти данные.

Google использует файлы cookie для показа нашей рекламы и обработки статистики посетителей. Пожалуйста, прочитайте Конфиденциальность и условия Google для получения дополнительной информации о том, как вы можете контролировать показ рекламы и собираемую информацию.

AddThis использует файлы cookie для обработки ссылок на социальные сети. Пожалуйста, прочитайте AddThis Privacy для получения дополнительной информации.

Реклама в ToolBox

Если вы хотите продвигать свои товары или услуги в Engineering ToolBox — используйте Google Adwords. Вы можете настроить таргетинг на Engineering ToolBox с помощью управляемых мест размещения AdWords.

Citation

Эту страницу можно цитировать как

• Engineering ToolBox, (2005). Металлы, металлические элементы и сплавы. Теплопроводность . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-metals-d_858.html [дата доступа, мес. год].

Изменить дату доступа.

. .

закрыть

Титан — Термические свойства — Температура плавления — Теплопроводность

О Титане

Титан — блестящий переходный металл серебристого цвета, низкой плотности и высокой прочности. Титан устойчив к коррозии в морской воде, царской водке и хлоре. Титан можно использовать в поверхностных конденсаторах. В этих конденсаторах используются трубки, которые обычно изготавливаются из нержавеющей стали, медных сплавов или титана в зависимости от нескольких критериев выбора (таких как теплопроводность или коррозионная стойкость). Титановые трубки конденсатора обычно являются лучшим техническим выбором, однако титан является очень дорогим материалом, и использование титановых трубок конденсатора связано с очень высокими первоначальными затратами.

Термические свойства титана

Титан – температура плавления и температура кипения

Температура плавления титана  1668°C .

Температура кипения титана 3287°C .

Обратите внимание, что эти точки связаны со стандартным атмосферным давлением.

Титан – теплопроводность

Теплопроводность титана составляет 21,9 Вт/(м·К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводность , k (или λ), измеренная в Вт/м.K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье  применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Коэффициент теплового расширения титана

Коэффициент линейного теплового расширения титана составляет 8,6 мкм/(м·K)

Тепловое расширение  обычно это склонность материи изменять свои размеры в ответ на изменение температуры. Обычно его выражают в виде доли изменения длины или объема на единицу изменения температуры.

См. также: Механические свойства титана

Температура плавления элементов

Теплопроводность элементов

Тепловое расширение элементов

0005

Температура кипения

В общем, кипение  является фазовым переходом  вещества из жидкой фазы в газовую. точка кипения  вещества — это температура, при которой происходит это фазовое превращение (кипение или испарение). Температура, при которой начинает происходить испарение (кипение) при заданном давлении, также известна как температура насыщения , и при этих условиях смесь пара и жидкости может существовать вместе. Можно сказать, что жидкость насыщена тепловой энергией. Любое добавление тепловой энергии приводит к фазовому переходу. точка кипения  две фазы вещества, жидкость и пар, имеют одинаковую свободную энергию и, следовательно, с одинаковой вероятностью существуют. Ниже точки кипения жидкость является более стабильным состоянием из двух, тогда как выше предпочтительна газообразная форма. Давление, при котором начинается испарение (кипение) при данной температуре, называется давлением насыщения . Когда ее рассматривают как температуру обратного перехода из пара в жидкость, ее называют точкой конденсации.

Как видно, точка кипения жидкости варьируется в зависимости от давления окружающей среды. Жидкость в частичном вакууме имеет более низкую температуру кипения, чем когда эта жидкость находится при атмосферном давлении. Жидкость при высоком давлении имеет более высокую температуру кипения, чем при атмосферном давлении. Например, вода кипит при 100°C (212°F) на уровне моря, но при 93,4°C (200,1°F) на высоте 1900 метров (6233 фута). С другой стороны, вода кипит при 350°C (662°F) при 16,5 МПа (типичное давление PWR).

В периодической таблице элементов элемент с самой низкой температурой кипения — гелий. Обе точки кипения рения и вольфрама превышают 5000 К при стандартном давлении. Поскольку трудно точно и беспристрастно измерить экстремальные температуры, в литературе упоминаются оба вещества с более высокой температурой кипения.

Точка плавления

В общем, плавление  является фазовым переходом  вещества из твердого состояния в жидкое. Точка плавления  вещества является температура, при которой происходит это фазовое превращение. Точка плавления   также определяет состояние, при котором твердое тело и жидкость могут существовать в равновесии. Добавление тепла превратит твердое тело в жидкость без изменения температуры. В точке плавления две фазы вещества, жидкая и паровая, имеют одинаковую свободную энергию и поэтому с равной вероятностью существуют. Ниже точки плавления твердое состояние является более стабильным из двух, тогда как при температуре выше точки плавления предпочтительна жидкая форма. Температура плавления вещества зависит от давления и обычно указывается при стандартном давлении. Когда ее рассматривают как температуру обратного перехода из жидкого состояния в твердое, ее называют точкой замерзания или точкой кристаллизации.

См. также: Депрессия точки плавления

Первая теория, объясняющая механизм плавления в объеме, была предложена Линдеманном, который использовал колебания атомов в кристалле для объяснения плавления. Твердые тела похожи на жидкости тем, что оба находятся в конденсированном состоянии, а частицы находятся гораздо ближе друг к другу, чем частицы газа. Атомы в твердом теле тесно связаны друг с другом либо в правильной геометрической решетке (кристаллические твердые тела, которые включают металлы и обычный лед), либо в неправильной (аморфное твердое тело, такое как обычное оконное стекло), и обычно имеют низкую энергию. движение отдельных атомов , ионов или молекул в твердом теле ограничивается колебательным движением вокруг неподвижной точки. Когда твердое тело нагревается, его частицы колеблются быстрее , поскольку твердое тело поглощает кинетическую энергию. В какой-то момент амплитуда колебаний становится настолько большой, что атомы начинают вторгаться в пространство своих ближайших соседей и возмущать их, и начинается процесс плавления. Точка плавления  – это температура, при которой разрушительные колебания частиц твердого тела преодолевают силы притяжения, действующие внутри твердого тела.

Как и в случае с точками кипения, точка плавления твердого тела зависит от силы этих сил притяжения. Например, хлорид натрия (NaCl) представляет собой ионное соединение, состоящее из множества сильных ионных связей. Хлорид натрия плавится при 801°С. С другой стороны, лед (твердый H ₂ O) представляет собой молекулярное соединение, молекулы которого удерживаются вместе водородными связями, что является эффективным примером взаимодействия между двумя постоянными диполями. Хотя водородные связи являются самыми сильными из межмолекулярных сил, прочность водородных связей намного меньше, чем у ионных связей. Температура плавления льда 0°С.

Ковалентные связи часто приводят к образованию небольших наборов лучше связанных атомов, называемых молекулами, которые в твердых телах и жидкостях связаны с другими молекулами силами, которые часто намного слабее, чем ковалентные связи, удерживающие молекулы вместе внутри. Такие слабые межмолекулярные связи придают органическим молекулярным веществам, таким как воски и масла, их мягкий объемный характер и низкие температуры плавления (в жидкостях молекулы должны прекратить наиболее структурированный или ориентированный контакт друг с другом).

 

О теплопроводности

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт/м·К . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье  применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность  большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. В общем:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно мы можем написать k = k (T) . Аналогичные определения связаны с теплопроводностями в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Теплопроводность металлов

Перенос тепловой энергии в твердых телах обычно может быть обусловлен двумя эффектами:

• миграцией свободных электронов
• решетчатые колебательные волны (фононы)

Когда электроны и фононы переносят тепловую энергию, приводящую к теплопроводности в твердом теле, теплопроводность может быть выражена как:2381  являются твердыми телами и поэтому обладают кристаллической структурой, в которой ионы (ядра с окружающими их оболочками остовных электронов) занимают трансляционно эквивалентные позиции в кристаллической решетке. Металлы обычно имеют высокую электропроводность , высокую теплопроводность и высокую плотность. Соответственно перенос тепловой энергии может быть обусловлен двумя эффектами:

• миграцией свободных электронов
• решетчатые колебательные волны (фононы).

Когда электроны и фононы переносят тепловую энергию, приводящую к теплопроводности в твердом теле, коэффициент теплопроводности может быть выражен как: структура связана с наличием носителей заряда, в частности электронов . Электрическая и теплопроводность металлов обусловлена ​​ тем фактом, что их внешних электронов делокализованы . Их вклад в теплопроводность обозначается как электронная теплопроводность , k _e . Фактически, в чистых металлах, таких как золото, серебро, медь и алюминий, тепловой ток, связанный с потоком электронов, намного превышает небольшой вклад, обусловленный потоком фононов. Напротив, для сплавов вклад k _ph  в k больше не является незначительным.

Теплопроводность неметаллов

Для неметаллических твердых веществ , k  определяется в первую очередь k _ph , которое увеличивается по мере уменьшения частоты взаимодействий между атомами и решеткой. Фактически, решеточная теплопроводность является доминирующим механизмом теплопроводности в неметаллах, если не единственным. В твердых телах атомы колеблются вокруг своих положений равновесия (кристаллическая решетка). Колебания атомов не независимы друг от друга, а довольно сильно связаны с соседними атомами. Регулярность расположения решетки оказывает важное влияние на k _ph , с кристаллическими (хорошо упорядоченными) материалами, такими как кварц , имеющими более высокую теплопроводность, чем аморфные материалы, такие как стекло. При достаточно высоких температурах k _ph ∝ 1/T.

квантов колебательного поля кристалла называются « фононами ». Фонон представляет собой коллективное возбуждение в периодическом упругом расположении атомов или молекул в конденсированных средах, таких как твердые тела и некоторые жидкости. Фононы играют важную роль во многих физических свойствах конденсированного вещества, таких как теплопроводность и электропроводность. Фактически, для кристаллических неметаллических твердых тел, таких как алмаз, k _ph  может быть довольно большим, превышая значения k, связанные с хорошими проводниками, такими как алюминий. В частности, алмаз обладает самой высокой твердостью и теплопроводностью (k = 1000 Вт/м·К) среди всех объемных материалов.

Теплопроводность жидкостей и газов

В физике жидкость — это вещество, которое непрерывно деформируется (течет) под действием приложенного напряжения сдвига. Жидкости  являются подмножеством фаз материи и включают жидкости , газы , плазму и, в некоторой степени, пластичные твердые тела. Поскольку межмолекулярное расстояние намного больше, а движение молекул более хаотично для жидкого состояния, чем для твердого состояния, транспорт тепловой энергии менее эффективен. Следовательно, теплопроводность газов и жидкостей обычно меньше, чем у твердых тел. В жидкостях теплопроводность обусловлена ​​атомной или молекулярной диффузией. В газах теплопроводность обусловлена ​​диффузией молекул с более высокого энергетического уровня на более низкий уровень.

Теплопроводность газов

Влияние температуры, давления и химических соединений на теплопроводность  газа можно объяснить с точки зрения кинетической теории газов . Воздух и другие газы обычно являются хорошими изоляторами при отсутствии конвекции. Таким образом, многие изоляционные материалы (например, полистирол) функционируют просто благодаря большому количеству заполненных газом карманов , которые предотвращают широкомасштабную конвекцию . Чередование газового кармана и твердого материала приводит к тому, что тепло должно передаваться через множество поверхностей раздела, что приводит к быстрому снижению коэффициента теплопередачи.

Теплопроводность газов прямо пропорциональна плотности газа, средней скорости молекул и особенно длине свободного пробега молекулы. Длина свободного пробега также зависит от диаметра молекулы, причем более крупные молекулы с большей вероятностью столкнутся, чем мелкие молекулы, что представляет собой среднее расстояние, пройденное энергоносителем (молекулой) до столкновения. Легкие газы, такие как водород и гелий  обычно имеют высокую теплопроводность . Плотные газы, такие как ксенон и дихлордифторметан, обладают низкой теплопроводностью.

Как правило, теплопроводность газов увеличивается с повышением температуры.

Теплопроводность жидкостей

Как уже писалось, в жидкостях теплопроводность обусловлена ​​атомной или молекулярной диффузией, но физические механизмы объяснения теплопроводности жидкостей изучены недостаточно. Жидкости, как правило, обладают лучшей теплопроводностью, чем газы, а способность течь делает жидкость подходящей для отвода избыточного тепла от механических компонентов. Тепло можно отводить, пропуская жидкость через теплообменник. Теплоносители, используемые в ядерных реакторах, включают воду или жидкие металлы, такие как натрий или свинец.

Теплопроводность неметаллических жидкостей обычно уменьшается с повышением температуры.

О тепловом расширении

Тепловое расширение  обычно это тенденция материи изменять свои размеры в ответ на изменение температуры. Обычно его выражают в виде доли изменения длины или объема на единицу изменения температуры. Тепловое расширение характерно для твердых тел, жидкостей и газов. В отличие от газов или жидкостей, твердые материалы, как правило, сохраняют свою форму при тепловом расширении. А коэффициент линейного расширения  обычно используется для описания расширения твердого тела, в то время как коэффициент объемного расширения более полезен для жидкости или газа.

Коэффициент линейного теплового расширения определяется как:

, где L  – это конкретная длина, а dL/dT  – скорость изменения этого линейного размера на единицу изменения температуры.

Коэффициент объемного теплового расширения является основным коэффициентом теплового расширения и наиболее важным для жидкостей. Как правило, вещества расширяются или сжимаются при изменении их температуры, причем расширение или сжатие происходит во всех направлениях.

Коэффициент объемного теплового расширения определяется как:

, где л  объем материала, а dV/dT  это скорость изменения этого объема на единицу изменения температуры.

В твердом теле или жидкости существует динамическое равновесие между силами сцепления, удерживающими атомы или молекулы вместе, и условиями, создаваемыми температурой. Поэтому более высокие температуры подразумевают большее расстояние между атомами. Разные материалы имеют разную силу сцепления и, следовательно, разные коэффициенты расширения. Если кристаллическое твердое тело изометрично (имеет во всем одинаковую структурную конфигурацию), расширение будет равномерным во всех измерениях кристалла. Для этих материалов коэффициент площади и объемного теплового расширения соответственно примерно в два и три раза больше линейного коэффициента теплового расширения ( α _В  = 3α _Д ). Если он не изометричен, могут быть разные коэффициенты расширения для разных кристаллографических направлений, и кристалл будет менять форму при изменении температуры.

Сводка

Элемент	Титан
Точка плавления	1668 °С
Точка кипения	3287 °С
Теплопроводность	21,9 Вт/мК
Коэффициент теплового расширения	8,6 мкм/мК
Плотность	4,507 г/см3

Источник: www. luciteria.com

 

Свойства других элементов

Другие свойства титана

 

Термические свойства титановых сплавов. Определение

Титан широко используется в энергетике. Обладает очень хорошими тепловыми свойствами. Теплопроводность технически чистого титана Grade 2 составляет 16 Вт/(м.К).

Титан представляет собой блестящий переходный металл серебристого цвета, низкой плотности и высокой прочности . Титан устойчив к коррозии в морской воде, царской водке и хлоре. На электростанциях титан можно использовать в поверхностных конденсаторах. Чистый титан прочнее обычных низкоуглеродистых сталей, но на 45% легче. Он также в два раза прочнее слабых алюминиевых сплавов, но всего на 60% тяжелее. Двумя наиболее полезными свойствами металла являются коррозионная стойкость и отношение прочности к плотности , самое высокое из всех металлических элементов. Коррозионная стойкость титановых сплавов при нормальных температурах необычайно высока. Коррозионная стойкость титана основана на образовании стабильного защитного оксидного слоя. Хотя «коммерчески чистый» титан имеет приемлемые механические свойства и используется для ортопедических и зубных имплантатов, для большинства применений титан сплавляется с небольшими количествами алюминия и ванадия, обычно 6% и 4% соответственно по весу. Эта смесь имеет растворимость в твердом состоянии, которая сильно зависит от температуры, что позволяет ей подвергаться атмосферостойкое усиление .

Титановые сплавы – это металлы, содержащие смесь титана и других химических элементов. Такие сплавы обладают очень высокой прочностью на растяжение и ударной вязкостью (даже при экстремальных температурах). Они легкие по весу, обладают необычайной коррозионной стойкостью и способностью выдерживать экстремальные температуры.

Коммерчески чистый титан – класс 1 в конденсаторах пара

На атомных электростанциях главный конденсатор пара 9Система (MC) предназначена для конденсации и деаэрации выхлопного пара главной турбины и обеспечения теплоотвода для системы байпаса турбины. Отработанный пар из турбин низкого давления конденсируется, проходя по трубам, содержащим воду из системы охлаждения. Эти трубы обычно изготавливаются из нержавеющей стали, медных сплавов или титана в зависимости от нескольких критериев выбора (таких как теплопроводность или коррозионная стойкость). Титановые трубки конденсатора обычно являются лучшим техническим выбором, однако титан является очень дорогим материалом, а использование титановых трубок конденсатора связано с очень высокими первоначальными затратами. В частности, титан может обеспечить значительные улучшения, такие как более высокая скорость воды, способствующая улучшению тепловых коэффициентов, превосходная стойкость к истиранию, эрозии и коррозии, тем самым повышая устойчивость к загрязнению. Трубы в основном представляют собой сварные трубы из ASTM SB 338 класса 1, изготовленные на непрерывной производственной линии. Этот коммерчески чистый титан является самым мягким титаном и имеет самую высокую пластичность. Обладает хорошими характеристиками холодной штамповки и обеспечивает отличную коррозионную стойкость. Он также обладает отличными сварочными свойствами и высокой ударной вязкостью. Все производственные операции (сварка, отжиг, неразрушающий контроль) полностью автоматизированы, что позволяет выпускать трубы высокого качества в больших количествах.

Термические свойства  материалов относятся к реакции материалов на изменения их температуры и на воздействие тепла. Когда твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а размеры увеличиваются. Но различных материалов реагируют на приложение тепла по-разному .

Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность являются свойствами, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.

Температура плавления титановых сплавов

Температура плавления технически чистого титана – Grade 2 составляет около 1660°C.

Температура плавления Ti-6Al-4V – титанового сплава класса 5 составляет около 1660°C.

В общем,  плавление  является фазовым переходом  вещества из твердого состояния в жидкое. Точка плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое превращение. Точка плавления   также определяет состояние, при котором твердое тело и жидкость могут существовать в равновесии.

Теплопроводность титановых сплавов

Теплопроводность технически чистого титана – Grade 2 составляет 16 Вт/(м·К).

Теплопроводность титанового сплава Ti-6Al-4V – Grade 5 составляет 6,7 Вт/(м·К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт/м·K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что Закон Фурье  применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он определен также для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. В общем:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно мы можем написать k = k (T) . Аналогичные определения связаны с теплопроводностями в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Ссылки:

Материаловедение:

Министерство энергетики США, материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
Министерство энергетики США, материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 2 и 2. Январь 1993 г.
Уильям Д. Каллистер, Дэвид Г. Ретвиш. Материаловедение и инженерия: введение, 9-е издание, Wiley; 9 издание (4 декабря 2013 г.), ISBN-13: 978-1118324578.
Эберхарт, Марк (2003). Почему все ломается: понимание мира по тому, как он разваливается. Гармония. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Гаскелл, Дэвид Р. (1995). Введение в термодинамику материалов (4-е изд.). Издательство Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-1-56032-992-3.
Гонсалес-Виньяс, В. и Манчини, Х.Л. (2004). Введение в материаловедение. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-07097-1.
Эшби, Майкл; Хью Шерклифф; Дэвид Себон (2007). Материалы: инженерия, наука, обработка и дизайн (1-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-8391-3.
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

См. выше:
Титановые сплавы

Мы надеемся, что эта статья Тепловые свойства титановых сплавов поможет вам. Если это так, дайте нам лайк на боковой панели. Основная цель этого веб-сайта — помочь общественности узнать интересную и важную информацию о материалах и их свойствах.

Титан против алюминия, в чем разница? Как лучше?

• Остин Пэн
• 19 января 2021 г.
• Категория: Блог

В настоящее время самые разные отрасли промышленности ищут инновационные способы максимизации своей прибыли. Ожидается, что эти инновационные способы снизят себестоимость производства, уменьшат вес их продуктов и снизят общее потребление энергии. Следовательно, легкие металлы, включая титан и алюминий, все чаще относят к стали. Поэтому, чтобы получить идеальное решение для материалов в свете этого, важно иметь представление об их прочности. В этой статье представлена ​​самая важная информация путем сравнения каждого металла с использованием различных характеристик.

Давайте сравним 17 отличий между титаном и алюминием

В производственных помещениях, когда вы думаете об идеальной команде свойств материалов для деталей, на ум приходят прочность и легкий вес. По сути, титан и алюминий в данном случае естественным образом приходят на ум дизайнерам. Интересно, что и титан, и алюминий отвечают другим важным требованиям, таким как отличная термостойкость и коррозионная стойкость. Чтобы сделать идеальный выбор для вашего проекта, мы будем использовать различные свойства для сравнения алюминия и титана. Среди них:

Титан и алюминий: элементный состав

При попытке отличить титан от алюминия очень важен элементный состав. Это связано с тем, что некоторые компоненты могут не потребоваться из-за их реакционной способности по отношению к окружающей среде или из-за дополнительных характеристик, которые они могут придавать металлу в целом. Примеры таких характеристик могут включать коррозионную стойкость, вес и многое другое. Для сравнения, известно, что титан содержит множество элементов, включая азот, водород, кислород, углерод, железо и никель. С титаном в качестве основного элементного состава другие компоненты могут варьироваться в составе от 0,013 до 0,5%.

С другой стороны, алюминий состоит из множества компонентов, включая алюминий в качестве основного состава, кремний, цинк, магний, марганец, медь, железо, титан, хром, цирконий и многие другие.

Титан и алюминий: коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость — еще одно свойство, которое можно использовать для сравнения титана и алюминия. И титан, и алюминий обладают превосходными свойствами коррозионной стойкости. Однако один из них более устойчив, чем другой, и в результате он более предпочтителен, когда коррозионная стойкость является одним из основных соображений в проекте.

Титан инертен и поэтому обладает высокой коррозионной стойкостью. Из-за своей инертной природы титан является наиболее биосовместимым металлом с впечатляющим применением в медицинской промышленности. Это применение можно найти в производстве хирургических изделий, в то время как сплавы Ti 6-4 хорошо выдерживают воздействие соленой среды и широко применяются в морской промышленности. С другой стороны, сплавы алюминия образуют слой оксидов, что делает материал не вступающим в реакцию с коррозионными элементами. Однако коррозия такого сплава теперь зависит от водных/атмосферных условий, таких как температура, химические вещества в воздухе и химический состав.

Титан и алюминий: электропроводность

Электропроводность — это способность материала пропускать поток электронов из-за падения потенциала. Для определения электропроводности материала в качестве стандарта для оценки электропроводности используется медь.

Когда проводимость титана сравнивают с проводимостью меди, его проводимость составляет около 3,1% от проводимости меди. В результате следует, что титан является хорошим проводником электричества и его нельзя использовать там, где главным фактором является хорошая проводимость. Хотя титан не является хорошим проводником, его можно использовать в качестве хорошего резистора. С другой стороны, алюминий демонстрирует 64% проводимости меди. Это означает, что в ситуации, когда требуется электропроводность, алюминий предпочтительнее титана.

Сравнение титана и алюминия: теплопроводность

Теплопроводность материала — это его способность передавать или проводить тепло. Чтобы материал был хорошим радиатором, он должен иметь высокую степень проводимости, а материал с низкой теплопроводностью — хороший изолятор. Это явление называется скоростью переноса за счет проводимости через единицу толщины через единицу материала при единичном температурном градиенте.

Для сравнения, алюминий имеет высокую теплопроводность 1460 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F (210 Вт/м-К) по сравнению с титаном 118 БТЕ-дюйм/час-фут²-°Fм (17,0 Вт/м-К). Вот почему ему отдают предпочтение, когда речь идет о таких устройствах, как теплообменники, посуда и радиаторы.

Сравнение титана и алюминия: температура плавления

Температура плавления металла, известная как температура плавления, представляет собой температуру, при которой этот металл начинает переходить из твердой фазы в жидкую. При этой температуре твердая фаза металла и жидкая фаза такого металла находятся в равновесии. Как только материал достигает этого температурного уровня, его можно легко формовать и использовать для термических применений.

Для сравнения, титан имеет более высокую температуру плавления 1650–1670 °C (3000–3040 °F), поэтому он используется в качестве тугоплавкого металла. С другой стороны, алюминий имеет более низкую температуру плавления по сравнению с титаном 660,37 ° C (1220,7 ° F). Следовательно, в области термостойкости титан более применим.

Титан и алюминий: твердость

Твердость металла — это его сравнительная величина, которая помогает описать его реакцию на травление, вдавливание, деформацию или царапание его поверхности. В основном это можно сделать с помощью инструмента, называемого индентором. В результате инденторная машина или инструменты определяют стоимость металла для определения его прочности. В то время как твердость по Бринеллю титана 70 HB выше, чем у чистого алюминия 15 HB, некоторые сплавы алюминия показали более высокую твердость, чем титан. Примеры включают AA7075, состояние T7 и T6, AA6082, состояние T5 и T6 и другие.

С другой стороны, титан легко деформируется при появлении царапин или вмятин. Это можно исправить, потому что титан образует исключительно твердую поверхность, образуя оксидный слой, чтобы сформировать слой оксида титана, который сопротивляется большинству сил проникновения. В тех случаях, когда одним из основных требований является твердость, лучшим выбором будет титан.

Сравнение титана и алюминия: плотность

При измерении титан и алюминий легкие, но по определенным причинам. В сравнении с плотностью алюминия (2712 кг/м ³ ) ниже плотности титана (4500 кг/м ³ ). Плотность алюминия значительно меньше, хотя титан примерно на две трети тяжелее алюминия. Это означает, что пользователям любого металла потребуется меньше титана. Для получения физической прочности алюминия необходима лишь часть титана. Вот почему титан используется в авиационных реактивных двигателях и космических кораблях. Известно, что его легкий вес и прочность снижают затраты на топливо.

Таким образом, в зависимости от области применения титан или алюминий являются идеальным выбором. Например, в ситуации, когда важно соотношение прочности и веса, используется титан, а там, где нужен только легкий вес, используется алюминий.

Титан и алюминий: Цена

Для того, чтобы сравнить цены на титан и алюминий, сравнивают базовый кусок круглой формы размером в четверть дюйма и длиной в фут из обоих металлов. При сравнении алюминиевый стержень стоит меньше, чем титановый стержень, поэтому это показывает, что между обоими металлами существует разница в стоимости. В дополнение к стоимости, большей с самого начала, с титаном очень сложно работать по сравнению с алюминием, и в результате он удорожает производственный процесс.

Другое дело, что шлифовка, гибка и сварка титана дело тонкое, требующее высокого профессионализма. С другой стороны, с алюминием легко работать, поэтому он дешевле и экономически эффективен для большинства применений.

Титан по сравнению с алюминием: долговечность

Долговечность материала остается его способностью функционировать без использования чрезмерного ремонта или технического обслуживания, когда на материал воздействуют проблемы нормальной эксплуатации. Без сомнения, и титан, и алюминий долговечны и могут использоваться в течение более длительного периода. Титан очень жесткий и прочный, и его оправы могут служить десятилетиями без каких-либо признаков износа при правильном уходе.

Кроме того, титан обеспечивает разумную гибкость, помогая ослабить вибрацию дороги, и может чувствовать себя хлипким при воздействии тяжелой нагрузки, такой как туристические корзины. С другой стороны, алюминий также доказывает свою долговечность в экстремальных условиях транспортировки, особенно когда прочность, безопасность и долговечность имеют решающее значение.

Титан и алюминий: обрабатываемость

Обрабатываемость — это сравнительная оценка металла, позволяющая определить, насколько хорошо он реагирует на нагрузку при механической обработке, включая штамповку, токарную обработку, фрезерование и многое другое. Оценка обрабатываемости такого металла используется для определения типа используемого метода обработки. Интересно, что токарно-фрезерные станки с ЧПУ — это проверенные временем методы изготовления деталей из титана и алюминия. Их можно изготовить менее чем за день с соблюдением допусков +/- 0,005 дюйма (0,13 мм). Когда требуется быстрое изготовление деталей, алюминий является идеальным выбором, так как он экономически выгоден при высоком качестве.

Однако механическая обработка может быть несколько ограничена, когда речь идет о геометрии, поскольку чрезвычайно сложные конструкции требуют различных решений независимо от выбранного материала. Еще один фактор, который следует учитывать при выборе материала для механической обработки, — это отходы механической обработки. Следовательно, фрезерование лишнего материала подходит для недорогого алюминия, но не идеально для дорогого титана. В результате производители часто предпочитают изготавливать прототипы из алюминия, а затем переходят на титан для изготовления деталей.

Титан и алюминий: формуемость

Что касается формуемости, алюминий лучше формуется, чем титан. Все формы алюминия легко превращаются в готовые детали с использованием самых разных методов. Алюминий можно резать с использованием многих процессов в зависимости от формы и формы материала.

Его также можно резать различными типами пил, а лазером, плазмой или гидроабразивной струей производить готовые размеры, которые могут иметь сложные формы и очертания. Хотя титан поддается формованию и не так поддается формованию, как алюминий, алюминий является идеальным выбором, когда формуемость имеет решающее значение для успеха проекта.

Титан и алюминий: свариваемость

Когда дело доходит до сварки, то есть способности материала к сварке, можно сваривать оба металла, а также их можно сваривать или соединять вместе. Однако либо титан, либо алюминий лучше поддаются сварке, чем другие.

Для сравнения, сварка титана требует большего профессионализма, поскольку всегда рассматривается как специальность внутри специальности. С другой стороны, алюминий хорошо поддается сварке и используется для широкого спектра применений. Таким образом, если свариваемость является одним из основных требований при выборе материала, алюминий будет идеальным выбором.

Сравнение титана и алюминия: предел текучести

Предел текучести материала — это максимальное напряжение, при котором материал начинает необратимо деформироваться. Это свойство можно использовать, чтобы отличить титан от алюминия. При сравнении становится очевидным, что коммерчески чистый титан (> 99% Ti) представляет собой металл с низкой и средней прочностью, который не очень подходит для конструкций или двигателей самолетов. Он демонстрирует предел текучести высокочистого титана в диапазоне от 170 МПа до примерно 480 МПа, что считается низким для тяжелонагруженных авиационных конструкций.

С другой стороны, чистый алюминий имеет предел текучести в диапазоне от 7 МПа до примерно 11 МПа, в то время как сплавы алюминия имеют предел текучести в диапазоне от 200 МПа до 600 МПа.

Титан и алюминий: предел прочности при растяжении

Предел прочности при растяжении металла является самым высоким (предельным) на кривой технического напряжения-деформации. Это называется максимальным напряжением, которое может быть выдержано, когда материал подвергается растяжению. Предел прочности при растяжении при температуре окружающей среды титана и его сплавов составляет от 230 МПа для самой мягкой марки технически чистого титана до 1400 МПа для высокопрочных сплавов.

Кроме того, предел прочности титана варьируется от 170 МПа до 1100 МПа в зависимости от марки и состояния. С другой стороны, сплавы алюминия обладают гораздо большей прочностью, чем чистый алюминий. Чистый алюминий обладает пределом прочности при растяжении 90 МПа, а для некоторых термообрабатываемых сплавов алюминия он может быть увеличен до более чем 690 МПа.

Титан и алюминий: прочность на сдвиг

Свойства сопротивления металла сдвигающей нагрузке до разрушения компонента при сдвиге называются прочностью на сдвиг. Обычно это происходит на плоскости, параллельной направлению действия силы. Напряжение сдвига титана составляет от 40 до 45 МПа в зависимости от свойств сплава, тогда как прочность на сдвиг алюминия составляет от 85 до примерно 435 МПа. Следовательно, если прочность на сдвиг является одной из основных причин выбора материала, некоторые марки алюминия могут быть предпочтительнее титана.

Титан и алюминий: цвет

При различении титана и алюминия важен цвет материала. Это поможет распознать материал, чтобы избежать использования неподходящего металла для вашего проекта. Для отличия алюминий имеет серебристо-белый цвет, цвет которого варьируется от серебристого до тускло-серого в зависимости от поверхности материала. Этот внешний вид обычно ближе к серебру для гладких поверхностей. С другой стороны, титан имеет серебристый оттенок, который становится темнее при освещении.

Титан и алюминий: области применения

Титан и алюминий используются в самых разных областях. Это применимо представляет собой возможный способ отличить оба металла друг от друга. Применение титана и алюминия указано ниже:

Титан

Титан применяется различными способами, включая использование в качестве легирующего элемента в стали, уменьшающего размер зерна, а также в качестве раскислителя и в нержавеющей стали для уменьшения содержания углерода. содержание. Он встречается почти везде в промышленных помещениях, в том числе:

• Пигменты, покрытия и добавки (краски, зубная паста, бумага и пластик)
• Морская и аэрокосмическая промышленность (шасси, брандмауэры, важные детали конструкции, гидравлическая система,
• Промышленность (клапаны, технологические сосуды, теплообменники, резервуары, целлюлозно-бумажная промышленность, ультразвуковая сварка, мишени для распыления и многое другое
• Потребительские и архитектурные товары (спортивные товары, оправы для очков, велосипеды, огнестрельное оружие, лопаты, детали для ноутбуков и многое другое
• Ювелирные изделия (для пирсинга, часы, кольца) и многое другое)
• Медицина (зубные имплантаты, хирургические инструменты, хирургические инструменты и т. д.)

Алюминий

Алюминий обычно используется в различных отраслях промышленности благодаря впечатляющей коррозионной стойкости. Алюминий существует в различных сплавах, что заметно улучшает его механические свойства. свойств, особенно при отпуске. Например, наиболее распространенный алюминиевый сплав в виде фольги и банок для напитков содержит от 92% до примерно 99% алюминия. Основные области применения алюминия включают:

• Транспорт (самолеты, железнодорожные вагоны, велосипеды, автомобили, грузовые автомобили, морские суда, космические корабли и многое другое)
• Упаковка (банки, рама, фольга)
• Строительство (окна, сайдинг, кровля, двери, строительная проволока, оболочка и многое другое)
• Применения, связанные с электричеством (двигатели, трансформаторы, генераторы, сплавы проводников, генераторы и многое другое)
• Предметы домашнего обихода (кухонная утварь, мебель и многое другое)
• Оборудование и машины (трубы, инструменты, технологическое оборудование и многое другое)

Сводная сравнительная таблица

Мы смогли провести разумное сравнение, используя около 17 свойств, чтобы получить профессиональное представление об использовании подходящих материалов для вашего проекта. Для облегчения доступа ниже приведены таблицы с кратким изложением предыдущего раздела.

Сравнение титана и алюминия: часто задаваемые вопросы

Сводка

Мы провели прямое сравнение электрических, физических, тепловых и многих других свойств титана с алюминием. Однако существует огромное разнообразие элементов, которые можно использовать для окончательного выбора материала для приложения. В результате мы смогли провести различие, используя около 17 свойств, чтобы помочь вам лучше понять эти два металла.

Титан

против нержавеющей стали, в чем разница?

• Остин Пэн
• 6 января 2021 г.
• Категория: Блог

Титан и нержавеющая сталь являются традиционными металлами, которые сегодня часто используются в обрабатывающей промышленности. Эти два металла по своей природе изысканны, и оба обладают уникальным набором свойств и прочностью. Следовательно, знание как титана, так и нержавеющей стали может иметь большое значение для достижения вашей цели в вашем проекте. Мы составили это подробное руководство, чтобы помочь вам отличить оба металла.

Давайте сравним 17 различий между титаном и нержавеющей сталью

Титан и нержавеющая сталь обладают превосходными характеристиками, которые отличают их друг от друга. Для простоты понимания мы проведем сравнение между титаном и нержавеющей сталью, используя разные свойства. Эти свойства включают элементный состав, коррозионную стойкость, электропроводность, теплопроводность, температуру плавления, твердость, вес и многое другое.

Титан и нержавеющая сталь: состав элементов

Состав элементов — это характеристика, которую можно использовать для различения титана и нержавеющей стали. Для сравнения, коммерчески чистый титан содержит множество элементов, включая азот, водород, кислород, углерод, железо и никель. Имея титан в качестве основного элемента, состав других элементов варьируется от 0,013 до 0,5 процента.

Нержавеющая сталь, с другой стороны, состоит из разновидностей элементного состава с 11% хрома, а также других элементов с процентным содержанием от 0,03% до более 1,00%. Содержание хрома в нержавеющей стали помогает предотвратить ржавчину, а также обеспечивает характеристики термостойкости. Эти элементы включают алюминий, кремний, серу, никель, селен, молибден, азот, титан, медь и ниобий.

Сравнение титана и нержавеющей стали: коррозионная стойкость

Когда речь идет о коррозионно-стойких применениях, существует термин, называемый специальными металлами. Эти специальные металлы обладают высокой коррозионной стойкостью. В этом контексте специальные металлы, такие как титан, обладают высокой коррозионной стойкостью и механической стабильностью, в то время как другие металлы, такие как нержавеющая сталь и многие другие, являются недостаточными. Материалы из нержавеющей стали обладают превосходными механическими свойствами; однако их коррозионная стойкость ограничена. Это ограничение в основном встречается в концентрированных кислотах при высоких температурах.

Специальные металлы, такие как титан, наиболее привлекательны для использования в чувствительном к коррозии оборудовании в различных отраслях промышленности. В заключение, титан более устойчив к коррозии, чем нержавеющая сталь, в широкой области, такой как коррозия от щелочей, кислот, природных вод и промышленных химикатов.

Титан и нержавеющая сталь: электропроводность

Электрическая проводимость связана с потоком электронов через материал из-за падения потенциала. Кроме того, атомная структура такого металла сильно влияет на его электропроводность. По сравнению с использованием меди в качестве стандарта для измерения электропроводности, титан не является хорошим проводником. Он демонстрирует проводимость меди около 3,1%, в то время как нержавеющая сталь имеет проводимость меди 3,5%.

С другой точки зрения, электрическое сопротивление, которое представляет собой противодействие материала потоку электронов. С этой точки зрения титан обладает плохой электропроводностью. В результате титан является хорошим резистором.

Титан и нержавеющая сталь: теплопроводность

Теплопроводность — еще одна характеристика, которую можно использовать для сравнения титана и нержавеющей стали. Теплопроводность — это мера, с которой титан и нержавеющая сталь могут использоваться для тепловых применений. В этом процессе измеряется и определяется количество энергии, а также скорость, с которой энергия поглощается и передается. Для сравнения, теплопроводность титана составляет 118 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F.

С другой стороны, теплопроводность нержавеющей стали находится в диапазоне от 69,4 до 238 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F. Это означает, что нержавеющая сталь обладает более высокой теплопроводностью по сравнению с титаном. В ситуации, когда теплопроводность имеет приоритет над другими характеристиками, то можно рассматривать нержавеющую сталь.

Сравнение титана и нержавеющей стали: температура плавления

Температура плавления материала, известная как температура плавления, представляет собой температуру, при которой материал начинает переходить из твердой фазы в жидкую. При этой температуре твердая фаза материала и жидкая фаза такого материала находятся в равновесии. Как только материал достигает этого температурного уровня, его можно легко формовать и использовать для термических применений.

В этом случае титан имеет температуру 1650–1670 °C (3000–3040 °F), а нержавеющая сталь — 1230–1530 °C (2250–2790 °F). Это показывает, что, когда для определения точки плавления требуется металл, титан предпочтительнее нержавеющей стали.

Титан и нержавеющая сталь: твердость

Твердость материала — это сравнительная величина, которая помогает описать реакцию такого материала на травление, деформацию, царапание или вмятину на поверхности материала. Эта мера в основном выполняется с использованием инденторных машин, которые существуют в большом количестве в зависимости от прочности материала. Для высокопрочных материалов производители или пользователи используют критерий твердости по Бринеллю.

Хотя твердость нержавеющей стали по Бринеллю сильно зависит от состава сплава и термической обработки, в большинстве случаев она тверже титана. Однако титан легко деформируется при вмятинах или царапинах. Чтобы избежать этого, титан образует оксидный слой, называемый слоем оксида титана, который образует исключительно твердую поверхность, сопротивляющуюся большинству сил проникновения. Титан и нержавеющая сталь являются прочными материалами, которые отлично работают в суровых условиях.

Титан и нержавеющая сталь: вес

Одним из важных поразительных различий между титаном и нержавеющей сталью является их плотность. Титан имеет превосходное соотношение прочности к весу, благодаря чему он обеспечивает почти такую ​​же прочность, как нержавеющая сталь, при 40% своего веса. При измерении титан наполовину плотнее стали и значительно легче нержавеющей стали.

В результате титан жизненно необходим для проектов, требующих минимального веса при максимальной прочности. Вот почему титан отлично подходит для изготовления деталей самолетов и других приложений, зависящих от веса. С другой стороны, сталь применяется в шасси транспортных средств и во многих других, но в большинстве случаев снижение веса часто вызывает озабоченность.

Титан по сравнению с нержавеющей сталью: долговечность

Долговечность материала — это его способность оставаться функциональными без использования чрезмерного ремонта или технического обслуживания всякий раз, когда материал сталкивается с проблемами нормальной эксплуатации в течение периода полураспада. И титан, и нержавеющая сталь долговечны благодаря превосходным свойствам, которые они предлагают. Для сравнения, титан примерно в 3-4 раза прочнее нержавеющей стали. Это делает титан долговечным в течение нескольких поколений. Тем не менее, титан можно легко поцарапать, так как он требует регулярной полировки или рискует повредить его поверхность или потускнеть.

Титан и нержавеющая сталь: обрабатываемость

Обрабатываемость — это сравнительная оценка, присваиваемая металлам для определения их реакции на механические нагрузки, включая фрезерование, токарную обработку, штамповку и многое другое. Эта оценка имеет жизненно важное значение для проведения сравнений, чтобы определить лучший обрабатываемый материал для успеха вашего проекта. Кроме того, показатели обрабатываемости можно использовать для определения типа используемой механической обработки. Модуль упругости титана почему-то низкий, что говорит о том, что титан легко изгибается и деформируется. Это связано с трудностью обработки титана, поскольку он склеивает фрезы и предпочитает возвращаться к своей первоначальной форме.

С другой стороны, нержавеющая сталь имеет гораздо более высокий модуль упругости, что позволяет легко обрабатывать ее. В результате он используется в приложениях, включая кромки ножей, потому что он ломается и не сгибается под нагрузкой.

Титан и нержавеющая сталь: формуемость

Когда материал проявляет пластическую деформацию, не повреждаясь при формовании, это называется формуемостью материала. Когда титан сравнивают с нержавеющей сталью, титан и его сплав можно формировать с использованием методов и оборудования, подходящих для нержавеющей стали. Однако титан обладает более низкой пластичностью при растяжении и требует больших радиусов изгиба.

Кроме того, титан имеет большую склонность к истиранию по сравнению с нержавеющей сталью и может быть исправлен с помощью горячей штамповки. Кроме того, может иметь место пружинение, в то время как подавляющее большинство титана изготавливается путем холодной или горячей штамповки с последующей горячей проклейкой для решения этой проблемы.

Титан и нержавеющая сталь: свариваемость

Свариваемость — также известная как соединяемость, представляет собой способность материала к сварке. Титан и нержавеющая сталь можно сваривать, но один из двух металлов сваривается легче, чем другой. Свариваемость материала обычно используется для определения процесса сварки и для сравнения качества окончательного сварного шва с качеством другого материала. Для сравнения, нержавеющая сталь легче сваривается по сравнению с титаном. Это связано с тем, что сварка титана — это специальность внутри специальности. Хотя на первый взгляд сварка титана похожа на сварку стали, она требует высокого профессионализма.

Сравнение титана и нержавеющей стали: предел текучести

При сравнении предела текучести титана и нержавеющей стали интересно отметить, что нержавеющая сталь намного прочнее титана. Это интересное открытие противоречит распространенному заблуждению о том, что предел текучести титана выше, чем у большинства металлов. В то время как титан только на одном уровне с нержавеющей сталью, он демонстрирует это при половине плотности нержавеющей стали. Вот почему титан считается одним из самых прочных металлов на единицу массы.

С другой стороны, нержавеющая сталь является идеальным материалом, когда в проекте требуется общая прочность. В заключение, когда в проекте требуется только прочность, нержавеющая сталь является идеальным выбором, тогда как титан предпочтительнее, когда требуется прочность на единицу массы.

Сравнение титана и нержавеющей стали: предел прочности при растяжении

Предел прочности при растяжении материала является максимальным значением инженерной кривой напряжения-деформации. Это максимальное напряжение, которое может выдержать материал при растяжении. Предельная прочность на растяжение в большинстве случаев сокращается до «прочности» или «предела прочности».

Когда металл достигает предела прочности при растяжении, материал подвергается сужению, при котором площадь поперечного сечения локально уменьшается. При сравнении титан демонстрирует предел прочности при растяжении 230 МПа (31900 фунтов на квадратный дюйм), в то время как нержавеющая сталь имеет предел прочности при растяжении от 34,5 до 3100 МПа (5000–450000 фунтов на квадратный дюйм). Это значение показывает, что нержавеющая сталь имеет более высокий предел прочности при растяжении и поэтому предпочтительнее титана.

Сравнение титана и нержавеющей стали: прочность на сдвиг

Прочность материала на сдвиг — это его способность сопротивляться сдвигающей нагрузке до того, как компонент разрушится при сдвиге. Действие сдвига обычно происходит в направлении, параллельном направлению силы, действующей на плоскости. Напряжение сдвига титана составляет от 240 до 335 МПа в зависимости от свойств сплава, в то время как напряжение сдвига нержавеющей стали составляет от 74,5 до 597 МПа. Это показывает, что нержавеющая сталь является идеальным выбором в ситуациях, когда требуется высокая устойчивость к сдвигающей нагрузке.

Титан и нержавеющая сталь: цвет

Что касается цвета, титан и нержавеющая сталь могут выглядеть одинаково. Титан и нержавеющая сталь в естественном состоянии представляют собой металлы серебристого цвета. Разница в том, что титан несколько темнее. В другом измерении и титан, и нержавеющая сталь могут выглядеть серыми, однако титан будет темнее, чем нержавеющая сталь.

Титан по сравнению с нержавеющей сталью: Цена

С точки зрения стоимости титан относительно дороже нержавеющей стали. В результате титан становится более дорогостоящим для некоторых конкретных отраслей, включая строительную отрасль, где требуются большие количества. В ситуации, когда деньги являются важным фактором при частичном рассмотрении, нержавеющая сталь может быть выбрана вместо титана, если оба считаются подходящими.

Сравнение титана и нержавеющей стали: области применения

Применение титана

Титан применяется в самых разных областях, включая легирующий элемент в стали для уменьшения размера зерна, а также в качестве раскислителя. Он также применяется в нержавеющей стали для снижения содержания углерода. В космической промышленности титан в основном используется в следующих отраслях:

Аэрокосмическая промышленность

Титан широко применяется в аэрокосмической и морской промышленности, включая его использование в самолетах, военно-морских кораблях, ракетах, бронежилетах, космических кораблях и многих других. Это связано с его сопротивлением усталости, высокой стойкостью к растрескиванию, высоким отношением прочности на растяжение к плотности, способностью выдерживать умеренно высокие температуры без ползучести и выдерживать высокую коррозионную стойкость.

Промышленность

Титан применяется в различных отраслях промышленности, включая теплообменники, клапаны, технологические сосуды в химической и нефтехимической промышленности. Его использование обусловлено высокой коррозионной стойкостью. Некоторые специфические сплавы титана используются в нефтяной и газовой никелевой гидрометаллургии и внутрискважинном применении из-за их коррозионной стойкости и высокой прочности.

Архитектура и бытовая техника

Титановые металлы применяются в самых разнообразных потребительских целях, включая автомобильную промышленность. Особенно автомобильные и мотоциклетные гонки, где требуется высокая прочность, жесткость и малый вес. Титан также используется во многих спортивных товарах, включая теннисные ракетки, клюшки для лакросса, крикет, хоккей, клюшки для гольфа, решетки для футбольных шлемов, велосипедные рамы и компоненты. Они также используются в оправах для очков, которые очень дороги, но прочны, легки, долговечны и не вызывают кожной аллергии.

Ювелирные изделия

Титан является популярным продуктом, используемым в ювелирной промышленности из-за его долговечности, особенно в кольцах из титана. Химически титан инертен, что делает его более подходящим для людей, страдающих аллергией, или для тех, кто носит украшения в определенных условиях, таких как плавательные бассейны. В этой отрасли титан сплавляют с золотом, чтобы получить то, что продается как 24-каратное золото. Даже в часовой промышленности в наши дни титан используется из-за его впечатляющих свойств, таких как легкий вес, долговечность, коррозионная стойкость и устойчивость к вмятинам.

Медицинская промышленность

Титан нетоксичен и используется во многих областях медицины. Они используются в производстве хирургических инструментов и имплантатов, включая зубные имплантаты, тазобедренные суставы и гильзы.

Другие области применения включают производство наночастиц, используемых в электронике, а также доставку косметики и фармацевтических препаратов. Он также применим в производстве хирургических инструментов, используемых в хирургии под визуальным контролем, включая костыли, инвалидные коляски, а также другие инструменты, требующие небольшого веса и высокой прочности.

Хранение ядерных отходов

В связи с высокой коррозионной стойкостью титана титан используется для изготовления контейнеров для длительного хранения ядерных отходов. Несколько исследований титана подтвердили, что титан может быть использован для производства контейнеров, срок службы которых превышает 100 000 лет. В результате титан устанавливается поверх других контейнеров, чтобы сделать их долговечными.

Применение нержавеющей стали

Архитектура

Нержавеющая сталь используется в зданиях благодаря ее долговечности и эстетичности. Нержавеющая сталь используется в строительстве современных зданий – благодаря разработке высокопрочных марок нержавеющей стали, таких как дуплексные марки. Нержавеющая сталь обладает низкой отражательной способностью, поэтому ее используют в качестве кровельного материала в аэропортах, чтобы предотвратить ослепление пилотов.

Также помогает поддерживать температуру поверхности крыши близкой к температуре окружающей среды. Они также используются для автомобильных и пешеходных мостов в виде труб, пластин или арматурных стержней.

Переработка бумаги, целлюлозы и биомассы

Нержавеющая сталь находит широкое применение в целлюлозно-бумажной промышленности, чтобы избежать загрязнения продуктов железом. Это связано с его коррозионной стойкостью к различным химическим веществам, используемым в процессе производства бумаги. Примером может служить использование дуплексной нержавеющей стали в варочных котлах для преобразования древесной щепы в древесную массу.

Химическая и нефтехимическая промышленность

В химической и нефтехимической промышленности нержавеющая сталь широко используется в различных областях. Нержавеющая сталь используется из-за ее коррозионной стойкости к газообразным, водным и высокотемпературным средам.

Пищевая промышленность

Нержавеющая сталь является предпочтительным материалом для пищевой промышленности и производства напитков, особенно аустенитная (серия 300: типы 304 и 316). Они широко используются, поскольку не влияют на вкус пищевых продуктов и легко стерилизуются и очищаются для предотвращения бактериальной инвазии пищевых продуктов. Они также широко используются для производства посуды, коммерческих кухонь, пивоварения, мясопереработки и многого другого.

Энергия

Нержавеющая сталь обычно используется во всех типах электростанций, от солнечных до атомных. Они идеально подходят в качестве механической опоры для энергоблока в ситуации, когда требуется проникновение жидкости или газа. Например, фильтры в охлаждающем оборудовании, опорные конструкции в электролитическом производстве электроэнергии, очистка горячего газа и многое другое.

Огнестрельное оружие

Нержавеющая сталь используется в некоторых видах огнестрельного оружия в качестве альтернативы вороненой или пакетированной стали. Например, некоторые модели пистолетов, включая Colt M19.11 и Smith and Wesson Model 60 полностью изготовлены из нержавеющей стали. Использование нержавеющей стали дает глянцевое покрытие, напоминающее никелирование. В отличие от никелирования, покрытие не подвержено шелушению, отслаиванию, истиранию или ржавчине при царапании.

Автомобили

Нержавеющая сталь используется в производстве автомобилей, автобусов, грузовиков и многих других. Они используются для труб, каталитических нейтрализаторов, выхлопных труб, коллекторов, глушителей и многого другого. Нержавеющие стали используются в самых разных областях, включая шарики для устройств управления ремнями безопасности, пружины, щетки стеклоочистителей, крепежные детали и многое другое. Нержавеющая сталь также находит широкое применение в топливных баках самолетов и космических кораблей и во многих других областях. Это возможно благодаря его термической стабильности.

Медицинская промышленность

Медицинские и хирургические инструменты в основном изготавливаются из нержавеющей стали из-за способности к стерилизации в автоклаве и долговечности. Кроме того, нержавеющая сталь используется в хирургических имплантатах, включая армирующие и замещающие кости. Они также используются в различных приложениях, таких как стоматология и многое другое.

3D-печать

Нержавеющая сталь широко используется в 3D-печати. Чаще всего поставщики услуг 3D-печати имеют запатентованные смеси для спекания нержавеющей стали для использования в прототипировании. Наиболее часто используемая марка нержавеющей стали, используемая в 3D-печати, включает нержавеющую сталь 316L. Нержавеющая сталь используется из-за ее высокого температурного градиента и быстрой скорости затвердевания, что приводит к лучшим механическим свойствам.

Сводная сравнительная таблица

На основе нашего сравнения в предыдущем разделе мы представляем сводную таблицу, которая поможет обобщить результаты. Ниже приведены наши сводные таблицы.

Сравнение титана и нержавеющей стали: часто задаваемые вопросы

Резюме

Что приходит на ум дизайнерам, когда для проекта требуются прочные материалы, так это нержавеющая сталь и титан.