Титан из чего состоит: стоимость, обработка, состав, размеры, описание, структура

Содержание

Американцы отправят на Титан восьмивинтовую «Стрекозу». Планируется, что новая исследовательская миссия достигнет спутника Сатурна в 2034 году — Наука

Подвижность практически всех планетоходов очень ограничена. К примеру, два советских лунохода смогли проехать всего полсотни километров, а четыре американских марсохода — примерно 60 километров. Основная причина состоит в том, что в большинстве случаев они двигаются по сложной поверхности и ее сложно превратить в алгоритмы, согласно которым двигается аппарат. Без искусственного интеллекта любой планетоход не может самостоятельно выстроить такой маршрут, на котором он не застрянет.

Из такого положения есть выход: для этого нужно двигаться не по земле, а по воздуху. Таким путем пошло NASA, которое заявило о своем намерении в 2026 году направить к Титану новую миссию с роботом Dragonfly («Стрекоза») на борту. По планам аппарат должен достигнуть спутника Сатурна к 2034 году, после чего проработать там два года, периодически перелетая с места на место и забирая образцы поверхностных пород в различных зонах, в том числе со дна относительно свежего ударного кратера. В этой точке ученые надеются найти выбросы глубинных пород Титана, что позволит уточнить состав его недр.

Анимация, показывающая, как будет летать по Титану DragonflyNASA

Dragonfly оснащен шасси в виде салазок, напоминающих аналогичные у гражданских вертолетов, но на них он может лишь приземляться, а не передвигаться по поверхности. Из одной точки в другую он сможет перемещаться при помощи восьми маленьких винтов. Атмосфера Титана вчетверо плотнее земной, поэтому площадь плоскостей у летательного аппарата здесь может быть значительно ниже, чем на Земле. Упрощает ситуацию и в семь раз более низкая гравитация.

Что особенно важно, при полете в атмосфере аппарату не угрожает риск застрять в дюнах (в ряде районов Титана они есть, причем состав этих дюн до конца не ясен) или завязнуть в углеводородном «болоте» — обширных участках суши на окраинах углеводородных морей Титана, почва в которых является очень вязкой за счет инфильтрации в нее жидкого метана и этана. Поэтому летать на Титане намного проще: сильных ветров там не зарегистрировано и перемещению «Стрекозы» мало что сможет помешать.

Благодаря этому управление аппаратом можно будет автоматизировать, что для исследования системы Сатурна очень важно. Дело в том, что расстояние от Земли до Титана не может быть менее 1,35 миллиарда километров, то есть радиосвязь с ним будет давать заметную задержку, да и мощность бортового питания не позволит обеспечить постоянную отправку на Землю детальной видеоинформации об окружении «Стрекозы». В таких условиях удаленные операторы, как у «Кьюриосити» или советских луноходов, были бы не самым практичным решением.

Иван Ортега

Многоэлементные сплавы сделали более прочными и пластичными — Наука

ТАСС, 28 августа. Ученые выяснили, как можно улучшить свойства сплавов, которые состоят из нескольких элементов и отличаются высокими температурами плавления. Благодаря этому специалисты увеличили прочность одного из сплавов титана в 3,5 раза и сделали его на треть более пластичным. Результаты их исследования опубликовал научный журнал Scientific Reports.

«Основной областью применения предложенных сплавов мы считаем авиационную промышленность. Например, они окажутся востребованы для изготовления легких и надежных деталей корпусов самолетов. Кроме того, они также могут использоваться для изготовления имплантатов в ортопедии и травматологии», – рассказал один из авторов работы, старший научный сотрудник Белгородского государственного университета Никита Степанов.

Большинство применяемых сегодня металлических материалов – это сплавы различной степени сложности. Они могут состоять как только из металлов, что характерно, к примеру, для дюраля или бронзы, так и из других типов веществ, ярким примером чего являются сталь и чугун.

Как правило, в большинстве уже существующих сплавов преобладает один конкретный элемент – к примеру, титан, железо или алюминий. Его свойства улучшаются благодаря добавлению небольшого количества других элементов. В последние годы физики, химики и материаловеды заинтересовались свойствами так называемых высокоэнтропийных сплавов, которые состоят из примерно равных количеств атомов пяти и более металлов.

Сплавы нового поколения

Степанов и его коллеги уже несколько лет изучают свойства подобных сплавов и разрабатывают методики по улучшению их характеристик. Ученые просчитывают, как их компоненты взаимодействуют между собой на атомном уровне. В частности, исследователи пытались выяснить, почему самые тугоплавкие версии подобных сплавов получаются не очень пластичными, из-за чего они быстрее разрушаются под действием нагрузок.

Просчитав свойства связей между атомами в одном из таких сплавов, который состоит из титана, циркония, гафния, ниобия и некоторых других элементов, ученые пришли к выводу, что его прочность можно улучшить, если добавить небольшое количество олова и тантала и убрать из него ниобий.

Последующие опыты с образцами получившихся сплавов показали, что те оказались гораздо пластичнее и лучше переносили нагрузки. Это было связано с тем, что мягкая фаза подобных сплавов при механическом воздействии постепенно сменяется более твердой.

По словам Степанова и его коллег, механические свойства будущих версий подобных сплавов будут еще лучше. Их свойства уже оптимизируют в лабораториях российских и украинских ученых. В ближайшее время специалисты рассчитывают представить новые версии этих соединений титана и других металлов.

Посадка зонда на Титан прошла успешно | События в мире — оценки и прогнозы из Германии и Европы | DW

Полет в атмосфере Титана – нелегкое испытание для зонда Huygens. Его защитная оболочка нагреется до 1500 С°. Затем поочередно откроются три парашюта, и зонд, приземлившись на поверхность спутника, охладится до -180 С° — температуры окружающей среды на Титане.

Huygens использует шесть измерительных приборов для сбора информации о характеристиках атмосферы Титана.

Кроме химических и физических параметров атмосферы, он отправит на Землю информацию о силе и направлении ветров. Кроме того, зонд произведет фотосъемку спутника: специалисты получат 750 фотоснимков за 2,5 часа снижения. Чтобы фотографии не были слишком темными, перед самой посадкой зонд включает специальное освещение.

Полученные данные Huygens отправит на аппарат Cassini, который вращается на орбите Сатурна, а тот ретранслирует их на Землю. Расстояние от Титана до Земли составляет 1,2 миллиарда километров, радиоволны преодолевает его за 67 минут.

Ветра и дожди

Титан – второй по размеру спутник планеты в Солнечной системе и единственный спутник, имеющий свою собственную атмосферу. Он в два раза меньше Земли. Атмосфера Титана состоит из азота, а также

углеводородов — этана и метана. Из-за низкой температуры облака и дожди на Титане состоят не из воды, а из метана. На сайте Европейского космического агентства (ESA) говорится, что на Титане имеются зеленые облака, а капли дождя могут быть размером с теннисный мяч.

Загадкой для ученых остается состав поверхности спутника, поскольку он окутан плотной оранжево-коричневой дымкой. Кроме твердых структур, ученые предполагают наличие озер и морей. По словам начальника отдела межпланетных миссий в ESA Герхарда

Швема (Gerhard Schwehm), не исключено, что там имеются вещества, способствующие формированию жизни.

Швем рассчитывает найти на Титане сложные молекулы, поскольку атмосфера Титана похожа на атмосферу Земли четыре миллиарда лет назад.

Посадка зонда не может быть мягкой

Ученые гадали о том, что произойдет с зондом при посадке. «Если бы он приземлится на море или озеро, то смог бы продержаться на поверхности не более минуты – вес Huygens составляет около 300 килограммов. А если на сушу, то мягкой посадки не будет – зонд не был

сконструирован для этого», — рассказывает сотрудник Центра космических операций ESOC Европейского космического агентства в Дармштадте Михаэль Кан (Michael Khan). По его словам, большую часть данных зонд получит и отправит во время снижения на Титан.

Управлять зондом с Земли специалисты ESA не

могут, поскольку сигналу потребуется больше часа, чтобы преодолеть расстояние в 1,2 миллиарда километров. Кроме того, аккумуляторов Huygens хватит не более чем на три часа.

Не прошло и 8 лет

Европейско-американский проект включает в себя полет двух спутников. Кроме Huygens, был запущен аппарат Cassini. Стартовали они в одной «связке» 15 октября 1997 года. По данным ESA, Cassini-Huygens – самый крупный межпланетный космический аппарат в истории человечества: 7 метров в длину, 4 метра в диаметре, вес —

6 тонн. Из них три тонны занимало горючее. Стоимость проекта оценивается в 2,5 миллиарда евро. Cassini, которым управляет американское агентство NASA, в июле 2004 года вышел на орбиту Сатурна. Здесь он пробудет еще четыре года, изучая магнитное поле планеты, строение колец, а также другие спутники Сатурна. Ученые уже получили первые снимки колец и спутников планеты. (сг)

Ученые пытаются «оживить» спутник Сатурна: Наука и техника: Lenta.ru

В выходные многие СМИ у нас и за рубежом сообщили, что на одном из спутников Сатурна — Титане — обнаружены признаки жизни. Как часто бывает, сенсационная новость была несколько раздута, причем на этот раз значение обнаруженных фактов преувеличили не журналисты, а сами ученые.

Титан – это шестой и самый крупный спутник Сатурна, а заодно второй по размеру спутник Солнечной системы. Его диаметр в полтора раза больше Луны, а масса позволяет удерживать достаточно плотную атмосферу. Из всех небесных тел, обращающихся вокруг Солнца, Титан больше всего напоминает нашу планету, правда, не ту планету, что мы знаем сегодня, а совсем молодую Землю, на которой еще не появились существа, способные производить кислород. Еще одно небольшое отличие состоит в том, что Титан – это юная Земля, охлажденная до 90 кельвинов (минус 183,15 градуса Цельсия).

Титан очень интересовал ученых, но вплоть до 2004 года они не могли как следует исследовать его из-за оранжевой дымки, которая заполняет атмосферу сатурнианской луны и скрывает все детали поверхности Титана. Несколько миллиардов лет назад такая же дымка покрывала Землю и, как недавно предположили ученые, выполняла функции озонового слоя, то есть защищала нашу планету от ультрафиолетового излучения Солнца.

Много интересного

Узнать, что же скрывает Титан, исследователи смогли благодаря зонду «Кассини» (Cassini), который добрался до планеты-гиганта и его спутников в 2004 году. Оптика зонда способна «видеть» сквозь дымку, непрозрачную на большинстве частот. Анализируя собранные «Кассини» данные, ученые смогли за несколько лет существенно расширить свои представления о Титане, и он стал еще более интересным объектом для изучения, чем раньше.

В частности, ученые выяснили, что на шестом спутнике Сатурна существуют погодные циклы, похожие на земные. Пока Титан и Земля остаются единственными объектами в Солнечной системе, на которых есть это явление. Кроме того, ученые нашли на поверхности сатурнианской луны озера из жидких углеводородов, а потом определили их состав и выяснили, что они могут путешествовать от одного полюса спутника на другой. Еще на Титане обнаружился туман и голыши, созданные не водой, а жидким метаном.

В общем, Титан казался вполне подходящим местом для поддержания жизни – но не кислородной, как на Земле, а метановой. Гипотетические обитатели Титана должны отлично чувствовать себя в жидких метановых озерах и питаться ацетиленом. Однако именно ацетилена на Титане оказалось неприятно мало – около нескольких сотен частей на миллион. Правда, позже были получены данные, указывающие, что концентрация этого вещества в озерах Титана может достигать десятков тысяч частей на миллион. Как это открытие должно сказаться на судьбе гипотез об обитаемости Титана, авторы не указывали. Более того, они отмечали, что считают рассуждения о «метановой жизни» на спутнике Сатурна спекулятивными.

Что-то живое

Но подобное мнение разделяют далеко не все астрофизики и астробиологи. Одна из групп, уверенных, что жизнь на Титане может существовать, опубликовала статью, подтверждающую такую точку зрения, в журнале Journal of Geophysical Research. Исследователи составили карту распределения углеводородов на поверхности Титана и заключили, что ацетилена там катастрофически мало. Наиболее возможной причиной исчезновения вещества авторы назвали прожорливость обитателей Титана – гипотетические живые существа, по мнению ученых, просто съедают большую часть попадающего на поверхность ацетилена, который является для них самым лучшим источником энергии.

Выводы этой группы специалистов подтвердили их коллеги, опубликовавшие статью в журнале Icarus. Они сосредоточились на изучении водорода на Титане – ученые выяснили, что газ таинственным образом исчезает при движении от верхних слоев атмосферы к поверхности луны. До сих пор большинство моделей предполагало, что водород, образующийся при попадании ультрафиолетовых лучей на заполняющие атмосферу ацетилен и метан, должен распределяться в пространстве более или менее равномерно. Авторы статьи в Icarus сочли, что водород поглощают «метановые» живые существа – приблизительный расчет их метаболизма показывает, что это вещество также необходимо им для существования. Исчезать иным путем, например реагируя с какими-либо другими веществами, водород вряд ли может – на Титане слишком холодно для протекания химических реакций. Чтобы стимулировать превращение химических элементов, шестому спутнику Сатурна необходим какой-нибудь катализатор – вещество, позволяющее запустить реакцию, — который ученые пока не нашли.

Однако в обязательности существования на Титане голодных аборигенов уверены далеко не все исследователи. Скептики полагают, что недостаток и ацетилена, и водорода вполне может объясняться без участия живых существ. Так, ацетилен, таинственным образом пропадающий у поверхности, может под воздействием солнечного излучения просто превращаться в более сложные вещества. Исчезновение водорода, по мнению критиков гипотезы об обитаемости Титана, также может быть объяснено каким-либо химическим процессом.

Некоторые российские специалисты также считают, что доводы в пользу возможной жизни на Титане пока слишком зыбкие. В интервью агентству ИТАР-ТАСС доцент МФТИ, старший научный сотрудник института космических исследований РАН Александр Родин, занимающийся изучением Титана, заявил следующее: «Информация в пресс-релизе NASA — вещь серьезная, а группа, опубликовавшая это сообщение, — авторитетная. Если они сочли нужным высказать такую гипотезу, такова их политика. Но прорывных чисто научных публикаций на эту тему не было, потому с научной точки зрения обсуждать нечего».

Трудно не согласиться с тем, что фактов, однозначно доказывающих наличие на Титане жизни, ученым найти не удалось. Так что пока в Солнечной системе остается только одна достоверно обитаемая планета.

На Титане идут метановые дожди: Наука и техника: Lenta.ru

Спутник Сатурна Титан покрывают горные хребты из «грязного» льда и моря жидкого природного газа. Как сообщает агентство Reuters, к такому выводу пришла команда ученых, изучающая данные, полученные с европейского зонда Huygens, совершившего посадку на поверхность Титана неделю назад.

По словам одного из специалистов, они увидели крайне огнеопасный мир. К счастью на Титане нет кислорода, без которого невозможен процесс горения, иначе бы планета давно бы взорвалась.

Атмосфера спутника Сатурна состоит из метана и азота. Метан на Титане может существовать в жидком состоянии, в которое он переходит при температуре 179 градусов Цельсия ниже нуля.

Испаряясь с поверхности, метан формирует плотную облачность, из которой регулярно выпадают осадки в виде дождя. Они питают многочисленные ручьи, озера и источники, текущие между ледяными возвышенностями.

Как сообщает BBC News, ученые получают все больше доказательств, чтобы говорить о существовании на Титане атмосферных процессов, аналогичных земным — таких как выпадение осадков, явления эрозии и абразии (разрушение поверхности под воздействием текущей жидкости и ударов волн).

Кроме того, полученные спускаемым аппаратом снимки подтверждают наличие в нескольких сантиметрах ниже поверхности жидкого метана. В целом, район посадки зонда Huygens напоминает пустынные регионы Земли, в которых водоемы наполняются только после дождя, а затем постепенно высыхают, в то время как жидкий метан просачивается под поверхность.

Ученые предполагают, что запасы метана на поверхности Титана должны постоянно возобновляться из какого-то неизвестного источника внутри спутника Сатурна. Что касается дождей, то характер их выпадения, скорее всего, сезонный.

Благодаря наличию атмосферы Титан, который по размерам больше планеты Меркурий, постоянно упоминался научными фантастами в качестве объекта для колонизации. И хотя о высадке человека на сатурнианскую луну речь пока что не идет, ученые уже говорят о том, что хотели бы отправить на Титан исследовательские аппараты, аналогичные марсоходам NASA, чтобы получить более полную информацию об этом небесном теле.

Титан для нефтегазовой отрасли, крупные проектные решения с применением титана в аппаратурном оформлении

ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА», являясь крупнейшим в России вертикально интегрированным производителем титановых полуфабрикатов, осуществляет поставки всех видов продукции (листы, плиты, прутки, трубы, поковки, штамповки) предприятиям нефтехимического и атомного машиностроения, трубной продукции для целей нефте- и газоразведки и последующей добычи.

ИА Neftegaz.RU. За последние пять лет ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» в качестве изготовителя теплообменного и емкостного оборудования участвовало в ряде стратегически важных для Российской Федерации проектах, направленных на энергетическую безопасность страны.

Титан для «Газпрома»

В 2016-2017 гг. ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» было сконструировано и изготовлено по техническому заданию АО «СвердНИИхиммаш» оборудование для оснащения технологической линии солезавода в Калининградской области общим объемом более 150 тонн.

Многоцелевой проект строительства подземных хранилищ газа (ПХГ) в Калининградской области стартовал в 2015 г., в результате реализации проекта «Газпром» получил природные резервуары для хранения природного газа в самой западной точке РФ и обеспечил энергонезависимость данного региона, а также обеспечил регион собственным производством поваренной соли и строительного гипса – это побочные продукты при размывке каверн. Оборудование по подготовке товарной соли выполнено из титановых сплавов, так как именно данный материал обеспечивает высокую коррозионную стойкость, гарантированный срок эксплуатации и экологическую безопасность данного производства.

Титан для переработки нефтехимии

В 2017 г. ПАО Корпорация «ВСМПО-АВСИМА» приняло участие в реализации проекта на развитие глубокой переработки побочных продуктов нефтегазодобычи Западной Сибири, в том числе попутного нефтяного газа (ПНГ) в полиолефины. Новый комплекс позволит вовлечь в полезную переработку до 22,4 млрд куб. м ПНГ, тем самым предотвращая его сжигание на месторождениях и выбросы загрязняющих веществ в объеме 40 млн тонн в год с получением высокоценного продукта с высокой рыночной стоимостью.

Установка производительностью 150 куб. м в час станет ключевым узлом замкнутого водооборотного цикла «ЗапСибНефтехима» и предназначена для переработки загрязненных стоков основного технологического производства завода. Установка состоит из комплекса предварительной очистки, а также трех вакуум-выпарных линий. Две линии будут находиться в эксплуатации, а одна останется в резерве. Использование выпарных установок позволяет достаточно эффективно очищать стоки от содержащихся в них соединений и получать обессоленную воду требуемого качества и влажный осадок солей.

Установка, разработанная АО «СвердНИИхиммаш», встанет в единый комплекс (замкнутый цикл) применяемых на объекте технологий компаний Linde AG, LyondellBasell и Ineos, обеспечивающих современный уровень безопасности, экологичности и автоматизации объекта.

Титан для добычи нефти и газа на шельфе

ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» принимало активное участие в строительстве МЛСП «Приразломное». С 2013 г. МЛСП начала свою трудовую деятельность в сложных условиях арктического шельфа и продолжает сотрудничество с ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА», которое в течение 2016-2019 гг. выполнило на замену часть узлов трубопроводной обвязки и корпуса установки тонкой очистки.

Корпорация готова предложить свои научные и производственные достижения, а также совместно с ведущими материаловедческими, проектными, эксплуатирующими организациями в области нефтегазодобывающей отрасли участвовать как в программе импортозамещения, так и в создании новых прорывных технических решений подобно тем, что сегодня созданы при участии ВСМПО в авиастроении и двигателестроении.

Менеджеры Корпорации ВСМПО-АВИСМА всегда готовы к сотрудничеству. Все интересующие вопросы можно задать по телефонам: (34345)6-29-12, (34345)6-00-37.

Слоны материаловедения: сплавы, которые никогда не забывают свою форму

Сплавы с памятью формы — это сплавы, у которых есть «память»: После деформации они могут восстанавливать исходную форму при изменении давления или температуры. Сплавы с памятью формы используются в самых разных областях, в том числе в металлургии, промышленном производстве, биомедицине и даже в детских развивающих игрушках — и это далеко не предел.

Что такое сплав с памятью формы?

Сплав с памятью формы — это материал, претерпевающий фазовое превращение при механическом воздействии или при изменении температуры. Когда условия снова становятся нормальными, сплав «вспоминает» свою исходную форму и возвращается к ней.

Просмотрите этот видеоролик, чтобы узнать подробнее о том, как работает память формы.

Сплавы с памятью формы имеют две кристаллические модификации: аустенит и мартенсит. При высоких температурах сплав имеет кристаллическую структуру аустенита, а при низких — мартенсита. Переход от аустенита к мартенситу и обратно является причиной явления «памяти».

Базовый процесс превращения в сплаве с памятью формы.

Сплавы с памятью формы чаще всего содержат сплавы меди, алюминия и никеля, а также никеля и титана. Последние также известны как нитинол — это название состоит из первых букв соответствующих элементов (ни — никель, ти — титан) в составе сплава и места его открытия (нол — NOL, Naval Ordnance Laboratory [Лаборатория вооружения ВМС США]). Сам процесс открытия мы обсудим ниже в этой статье.

Катушка из сплава никеля и титана — сплава с памятью формы.
Введя ключевое слово «нитинол» в поисковую строку в различных интернет-магазинах, можно увидеть, насколько просто сейчас найти и купить проволоку из сплавов с памятью формы и другие подобные материалы.

Случайное открытие сплавов с памятью формы

История открытия необычного свойства запоминания формы в сплавах весьма длинна. Ранние исследования сплавов с памятью формы проводились в 1930-х годах, когда ученые изучали необычные свойства различных металлов. Шведский химик Арне Оландер (Arne Ölander) заметил и описал псевдоупругое поведение при наблюдении за сплавом золота и кадмия. Однако термин «сплав с памятью формы» был введен только после одного случая в лаборатории, имевшего место примерно 30 лет спустя.

В конце 50-х — начале 60-х годов Лаборатория вооружения ВМС США проводила исследование в области металлургии, описанное в [1]. Ученый по имени Уильям Дж. Бюлер (William J. Buehler) выплавлял и отливал стержни из никель-титанового сплава. Ожидая, пока остывают стержни, он уронил один из холодных стержней на бетонный пол и услышал глухой стук. Он нашел это странным и бросил на пол другой, еще горячий стержень, который издал более высокий звук, похожий на звон. Забеспокоившись о том, что что-то, возможно, пошло не так во время литья, Бюлер бросился к питьевой колонке и охладил никель-титановый стержень в воде. Бросив остывший стержень на пол, он снова услышал глухой стук.

Счастливый случай: Падение стержня из нитинола привело к открытию уникального свойства памяти.

Это явление было затем продемонстрировано на собрании Лаборатории вооружения. Помощник Бюлера передал по кругу тонкую полоску из никель-титанового сплава. Ее растягивали, изгибали и складывали в гармошку. Когда предмет достиг доктора Дэвида С. Маззи (David S. Muzzey), он достал свою зажигалку и нагрел его. Сплав быстро развернулся и принял первоначальную форму полоски. После того как были выявлены уникальные свойства и поведение никель-титановых сплавов при разных температурных условиях, материал стал известен как нитинол — сплав с памятью формы.

В последнее время развитие материалов с памятью формы вышло за рамки одних только сплавов, и в будущем эта тенденция только усилится. Полимеры с памятью формы и другие подобные материалы разрабатываются и даже производятся для различных коммерческих целей.

Производство сплавов с памятью формы для различных областей применения

Благодаря уникальному поведению сплавов с памятью формы в производстве продукции и компонентов в самых разных отраслях промышленности часто делается выбор именно в их пользу ([2]).

Аэрокосмическая промышленность

В аэрокосмической промышленности сплавы с памятью формы используются для разработки легких, тихих и эффективных конструкций, а это три важнейших фактора в проектировании летательных аппаратов. Из материалов с памятью формы создаются такие компоненты, как вентиляторные сопла с изменяемым сечением, демпферы колебаний и приводы. Эти устройства являются аустенитными при нормальной для них температуре и превращаются в мартенситные (и принимают требуемую форму) при охлаждении благодаря изменению температуры под действием воздушного потока вокруг летательного аппарата или даже смене температуры окружающей среды во время обычного полета.

Изменение температуры, вызывающее фазовый переход, можно обеспечить разными способами. В устройстве из сплава с памятью формы может присутствовать нагревающий его электронный компонент, или же изменение температуры можно вызвать подачей излишка воздуха из других частей летательного аппарата.

Образец материала с памятью формы, используемого в исследованиях и разработках летальных аппаратов. Изображение — Science Museum London/Science and Society Picture Library. Доступно по лицензии CC BY-SA 2.0 на Викискладе.

Более актуальное техническое усовершенствование с использованием материалов с памятью формы для летательных аппаратов — это крыло изменяемой формы. Сплавы с памятью формы используются для разработки адаптирующегося крыла самолета, которое может изгибаться и менять форму во время полета.

Автомобильная промышленность

Сплавы с памятью формы также оказываются полезными для автомобилей, хотя это больше касается комфорта и простоты использования, чем эксплуатационных характеристик. Например, в некоторых легковых автомобилях имеется клапан из сплава с памятью формы для пневматических камер в сиденьях. При нажатии с определенным усилием элемент поддержки поясницы принимает форму, соответствующую спине водителя или пассажира.

Сплавы с памятью формы используются и для конструирования приводов, с помощью которых становится проще закрывать багажник автомобиля, а также клапанов ограничения шума, вибрации и жесткости (NVH) для контроля шума и вибрации двигателей (что является важным показателем в автомобилестроении).

Здания

Проектирование зданий — еще одна область применения сплавов с памятью формы. Например, стержни из сплавов с памятью формы в бетонных балках обеспечивают предварительное напряжение моста или здания. Изделия меньших размеров из материалов с памятью формы могут использоваться в качестве надежной арматуры трубопроводной сети.

Медицина

Применение сплавов с памятью формы в области биомедицины может сократить необходимость хирургического вмешательства. Например, в артерии можно имплантировать специальные стенты, что является наименее инвазивным способом улучшить кровоток у пациентов с заболеваниями сердца. Микроприводы и искусственные мышцы в робототехнических протезах также состоят из материалов с памятью формы, что дает пациентам с ампутированными конечностями больше свободы движения.

Стенты — наименее инвазивные средства лечения сердечных заболеваний — чаще всего состоят из сплавов с памятью формы. (Примечание. На этом изображении, взятом из учебной модели Plastic Deformation During the Expansion of a Biomedical Stent (Пластическая деформация при расширении биомедицинского стента) не показаны сплавы с памятью формы — оно служит лишь в качестве иллюстрации рассмотренного выше варианта применения.)

Более мелкие изделия из сплавов с памятью формы используются в ортодонтии, например для брекет-систем, и в оптометрии для изготовления очков. Оправы для очков из материала с памятью формы не требуется заменять, если они погнулись. Вместо этого из можно нагреть, и они вернутся в исходную форму.

Другие области применения сплавов с памятью формы

Некоторое время назад материалы с памятью формы начали применяться в области бытовой электроники. Например, компоненты автофокусировки в камерах смартфонов и некоторые мобильные антенны могут быть сделаны из сплавов с памятью формы.

Такие сплавы также используются в ремесленных изделиях и игрушках. Одним из примеров являются гнущиеся браслеты, сделанные из материала с памятью формы, благодаря чему их можно как угодно изгибать и скручивать, после чего без труда вернуть их начальную форму. (К сожалению, всеми любимая в детстве разноцветная пружина «Радуга» (в США — игрушка под названием Slinky®) сделана из обычного пластика, поэтому при сильном растягивании или выкручивании она, к огорчению детей, не принимает исходную форму.)

Недостатки и конструктивные соображения

При разработке конструкции или компонента из сплава с памятью формы необходимо учитывать ряд факторов и рисков. Основным недостатком сплавов с памятью формы является риск усталостного разрушения. Некоторые сплавы с памятью формы можно согнуть или деформировать только определенное количество раз, после чего они не смогут полностью принять исходную форму (или сломаются).

Другой недостаток состоит в длительном периоде фазового изменения для некоторых сплавов. Если поискать в Интернете видеоролики с ключевыми словами «сплавы с памятью формы», можно увидеть, что время для возврата материала в исходную форму может быть долгим и непредсказуемым.

Такие недостатки, как долгое время возврата к начальной форме и усталость, могут вызвать проблемы в ходе цикла фазового превращения для сплавов с памятью формы.

С точки зрения производства сплавы с памятью формы могут быть дорогостоящими, что ограничивает их доступность для производителей и потребителей. Кроме того, поскольку большинство таких материалов меняет свои свойства в зависимости от температуры, может быть рискованно использовать сплавы с памятью формы для устройств, работающих в неконтролируемых или нестабильных температурных условиях. Так, сплав с памятью формы, используемый в автомобилестроении, должен работать при любых возможных температурах в транспортном средстве.

Моделирование сплавов с памятью формы в COMSOL Multiphysics®

Механические свойства сплавов с памятью формы трудно описать из-за сложности имеющих место фазовых превращений. По этой причине моделирование материалов с памятью формы является весьма непростой задачей.

Начиная с версии 5.3a программного пакета COMSOL®, в модуле Нелинейные конструкционные материалы имеются две наиболее популярные модели материала для сплавов с памятью формы: Лагуда и Соуза—Ауриккьо. С помощью этих моделей материала вы сможете во время моделирования задать свойства аустенита, мартенсита и фазового превращения сплава с памятью формы. Вы также можете с легкостью учесть явления теплопередачи в сплаве с памятью формы с помощью встроенной взаимосвязи между интерфейсами Heat Transfer in Solids (Теплопередача в твердых телах) и Solid Mechanics (Механика твердого тела).

В учебной модели Uniaxial Loading of a Shape Memory Alloy (Одноосное нагружение сплава с памятью формы) показано использование модели материала с памятью формы в программном пакете COMSOL Multiphysics®.

В этой учебной модели цилиндр из нитинола подвергается осевому натяжению, и выполняется три отдельных исследования.

Параметрический анализ, демонстрирующий явление псевдоупругости при различных фиксированных температурах
Анализ установленного смещения, показывающий, что эффект псевдоупругости представляет собой цикл увеличения и уменьшения напряжения
Эффект запоминания формы, продемонстрированный после повышения температуры

В модели указано, что для сплава с памятью формы предусмотрено предельное напряжение, зависящее от температуры. Когда осевое натяжение достигает величины предельного напряжения, структура материала переходит из аустенита в мартенсит, то есть происходит прямое превращение (деформация).

Напряжение и деформация сплава с памятью формы при разных температурах.

При уменьшении осевого напряжения происходит обратное превращение. Оно возникает при более низком уровне напряжения, чем предельное для прямого превращения, при этом материал возвращается к своей исходной форме.

Кривые напряжения и деформации, демонстрирующие явление памяти формы в сплаве.

Дальнейшие шаги

Чтобы узнать подробнее о специальных возможностях и функциях механических расчетов в модуле расширения Механика конструкций в COMSOL Multiphysics, нажмите на кнопку ниже.

Примечание. Модели материала Лагуда и Соуза—Ауриккьо для сплавов с памятью формы реализованы в модуле Нелинейные конструкционные материалы, который является расширением для модуля Механика конструкций.

Литература

G.B. Kauffman and I. Mayo, «Chemistry and History: The Story of Nitinol: The Serendipitous Discovery of the Memory Metal and Its Applications,» Chem. Educator, 2(2), 1997.
J.M. Jani et al., «A review of shape memory alloy research, applications and opportunities,» Materials and Design, 56, 2014.

Slinky является зарегистрированным товарным знаком компании POOF-SLINKY, LLC.

Титан

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

Зона данных

Классификация:	Титан — переходный металл
Цвет:	серебристо-белый
Атомный вес:	47,87
Состояние:	цельный
Температура плавления:	1668 ^o C, 1941 K
Температура кипения:	3287 ^o C, 3560 K
Электронов:	22
Протонов:	22
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе:	26
Электронные оболочки:	2,8,10,2
Электронная конфигурация:	[Ар] 3d ² 4s ²
Плотность при 20 ^o C:	4.50 г / см ³

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

Атомный объем:	10,64 см ³ / моль
Состав:	hcp: шестиугольное закрытие pkd
Твердость:	6. 0 mohs
Удельная теплоемкость	0,52 Дж г ^-1 K ^-1
Теплота плавления	14.15 кДж моль ^-1
Теплота распыления	471 кДж моль ^-1
Теплота испарения	425 кДж моль ^-1
1 ^st энергия ионизации	658 кДж моль ^-1
2 ^nd энергия ионизации	1310,3 кДж моль ^-1
3 ^rd энергия ионизации	2652.5 кДж моль ^-1
Сродство к электрону	7,6 кДж моль ^-1
Минимальная степень окисления	–1
Мин. общее окисление нет.	0
Максимальное число окисления	4
Макс. общее окисление нет.	4
Электроотрицательность (шкала Полинга)	1,54
Объем поляризуемости	14. 6 Å ³
Реакция с воздухом	легкая, без нагрузки ⇒ TiO ₂
Реакция с 15 M HNO ₃	пассивированный
Реакция с 6 M HCl	нет
Реакция с 6 М NaOH	нет
Оксид (оксиды)	TiO, Ti ₂ O ₃, TiO ₂ (диоксид титана) + другие
Гидрид (-ы)	TiH ₂
Хлорид (ы)	TiCl ₂, TiCl ₃, TiCl ₄
Атомный радиус	140 вечера
Ионный радиус (1+ ион)	128 вечера
Ионный радиус (2+ ионов)	100 часов
Ионный радиус (3+ ионов)	81 вечера
Ионный радиус (1-ионный)	–
Ионный радиус (2-ионный)	–
Ионный радиус (3-ионный)	–
Теплопроводность	21. 9 Вт м ^-1 K ^-1
Электропроводность	2,6 x 10 ⁶ См ^-1
Температура замерзания / плавления:	1668 ^o C, 1941 K

Музей Гуггенхайма, Бильбао, покрытый титановыми панелями.

Ильменит, минерал, в котором Уильям Грегор открыл титан.

Открытие титана

Доктор Дуг Стюарт

Об открытии титана объявил в 1791 году геолог-любитель преподобный Уильям Грегор из Корнуолла, Англия.^{(1), (2)}

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

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

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

Обнаружив новый металл, Грегор вернулся к своим пастырским обязанностям.

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

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

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

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

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

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

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

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

Кузнец делает нож из титана и демонстрирует свойства металла.

Мелкодисперсный титан легко горит.

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

Внешний вид и характеристики

Вредное воздействие:

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

Характеристики:

Чистый титан — легкий серебристо-белый твердый блестящий металл. Он обладает отличной прочностью и коррозионной стойкостью, а также имеет высокое соотношение прочности и веса.

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

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

Титан пластичен и податлив при нагревании.

Нерастворим в воде, но растворим в концентрированных кислотах.

Использование титана

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

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

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

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

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

Численность и изотопы

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

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

Стоимость, чистая: 661 доллар за 100 г

Стоимость, оптом: $ за 100 г

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

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

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

Список литературы

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

Цитируйте эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

 Титан

или

  Факты о титановых элементах

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку в соответствии с MLA:

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

Факты и характеристики титана

: руководство производителя

Выбор подходящего металла для вашей области применения имеет решающее значение для получения готового продукта, который не только может служить своему прямому назначению, но также отвечает всем требованиям безопасности. Титан — популярный металл, который используется в различных отраслях промышленности благодаря своим благоприятным свойствам. Это ваш путеводитель по свойствам, использованию и производству титана.

Что такое титан?

Титан — это обычный элемент земной коры. Его атомный номер 22 в периодической таблице элементов. Два основных минерала, которые содержат титан, — это рутил и ильменит, которые составляют 24% земной коры. Это приводит к тому, что титан является 9-м самым распространенным металлом Земли и обычно содержится в горных породах и отложениях.

Ti — переходный металл, а это означает, что он может связываться с помощью электронов с нескольких энергетических уровней. Металл серебристого цвета, низкой плотности и высокой прочности. Название происходит от слова «Титан», которое происходит от существ греческой мифологии, известных как «титаны», которые были чрезвычайно сильными и выносливыми.

История титана

Титан был впервые обнаружен в 1791 году геологом преподобным Уильямом Грегором. Он нашел интересное вещество в русле ручья и, проанализировав его, обнаружил, что это смесь магнетита, оксида железа и нового металла.

Четыре года спустя немецкий ученый по имени Мартин Генрих Клапрот изучал компоненты руды и понял, что в ней есть новый металл. Он назвал его титаном, а позже выяснил, что образец Грегора также содержал титан.

Чистый титан был впервые произведен американским металлургом Мэтью А. Хантером в 1910 году. Позже, в 1932 году, металлический титан был впервые использован за пределами лаборатории, когда Уильям Джастин Кролл доказал, что его можно получить путем восстановления тетрахлорида титана (TiCl4) с помощью кальций.Восемь лет этот процесс был усовершенствован с помощью магния и натрия.

В 1950-х и 60-х годах Советский Союз стал пионером использования этого удивительного металла в аэрокосмической и оборонной промышленности во время холодной войны и был крупнейшим его производителем. Находясь на стороне США, титан считался стратегическим материалом, который правительство США использовало на протяжении всего периода холодной войны. Правительство, а именно Центр оборонных запасов, поддерживало большие запасы титановой губки, пока они не были окончательно исчерпаны в 2000-х годах.

Характеристики титана

Титан — удивительный материал, обладающий уникальными свойствами, которые делают его очень востребованным при производстве многих современных и инновационных приложений. Он прочный и легкий. Прочность на растяжение Ti составляет от 30 000 до 200 000 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от типа титана. Это также низкая плотность; около 60% плотности железа, что снижает нагрузку и деформацию более тяжелых металлов при уменьшении общего веса изделий, которые он используется для производства.На самом деле у титана самое высокое отношение прочности к плотности среди всех металлических элементов.

Точка плавления титана намного выше, чем у нержавеющей стали. Это, в сочетании с малым весом и высокой прочностью, является причиной того, что титан и титановые сплавы используются в самолетах, ракетах и ракетах, где важны прочность, малый вес и устойчивость к высоким температурам.

Титан обладает превосходной эластичностью, демонстрируя модуль Юнга, эквивалентный примерно 50% нержавеющей стали, что делает его желательным для определенных применений пружин.

Он также чрезвычайно востребован в медицинском производстве, потому что металлический титан является одним из наиболее биосовместимых металлов, которые существуют, что приводит к его использованию во всем, от искусственных суставов до сердечных клапанов и других хирургических имплантируемых устройств.

Степень теплового расширения титана и титановых сплавов обычно эквивалентна примерно 50% нержавеющей стали. Это означает, что нагрев металла вызывает меньшее изменение размеров по сравнению с нержавеющей сталью или алюминием.Это, в сочетании с его сверхпроводящими свойствами, хорошо подходит для использования в таких устройствах, как асинхронные двигатели и производство полупроводников.

Некоторые другие свойства титана включают:

Отличные теплопередающие свойства
Высокая температура плавления — 3135 градусов по Фаренгейту (это на 400 градусов выше точки плавления стали и на 200 градусов выше, чем у алюминия)
Высокая устойчивость к минералам, кислотам и хлоридам
Нетоксичен — делает его кандидатом для использования в медицинских устройствах, которые вводятся в тело человека
Высокое электрическое сопротивление

Проблемы титана

Поскольку титан очень прочен, его трудно отливать. Он также обладает высокой реакционной способностью, а это означает, что с ним необходимо тщательно обращаться на каждом этапе производства. По сравнению с другими металлами титан, как правило, дороже из-за его ценных свойств, а также времени и ресурсов, необходимых для его производства.

Как производится титан?

В природе титан встречается только в химических соединениях; наиболее распространенными из которых являются кислород и железо. Чтобы получить готовый продукт, титан должен пройти несколько различных процессов, чтобы получить готовый продукт.Количество и тип процессов варьируются в зависимости от предполагаемого конечного применения. Однако независимо от того, какой продукт является желаемым, сначала нужно отделить титан от руды и превратить в чистый титан. Это называется процессом Кролла.

Процесс Кролла

Руда начинается в реакторе с псевдоожиженным слоем, который производит очищенный оксид титана.
Очищенный оксид титана затем окисляют хлором с получением тетрахлорида титана.
Затем примеси подвергаются фракционной перегонке.
Затем продукт перемещают в реактор из нержавеющей стали, где он смешивается с магнием в атмосфере аргона. Результатом этого этапа являются хлориды титана 3 и титана 2 (TiCl2).
Титан 3 и титан 2 затем восстанавливаются с получением чистого титана и хлорида магния.

От начала до конца процесс Kroll занимает несколько дней. Конечный продукт представляет собой титановую «титановую губку», которая затем готова к дальнейшей обработке, из которой в конечном итоге могут быть изготовлены стержни, пластины, листы, проволока или все, что требуется для вашего приложения.Вот как выглядит химическая реакция в виде уравнения: TiCl4 + 2Mg => Ti + 2MgCl2

После производства губки процесс продолжается плавлением титановой губки или губки с лигатурой. Это делается для формирования слитка. Оттуда материал перемещается к первичному производству, где слиток превращается в обычные прокатные изделия, такие как заготовка, пруток, лист, лист, полоса и труба; а затем вторичное изготовление готовых профилей из прокатных изделий.

История прокатки титана в Ульбрихе

История титана в Ульбрихе является одновременно увлекательным случаем и применимым примером того, как наша преданность делу и приверженность развитию возможностей материалов может способствовать постоянному успеху.

В начале 1980-х Ulbrich охватил аэрокосмический рынок со своей лентой для бортовых самописцев, тонкой фольгой из сплава на основе никеля, которая десятилетиями использовалась с большим успехом. С ростом инноваций в коммерческих и оборонных приложениях потребность в титановой фольге росла в результате этих технических достижений.

В то время, однако, цепочки поставок были ограничены. Титан обычно поставлялся только в виде листов, пластин и прутков с использованием горячей прокатки и вакуумного отжига для создания конечного продукта.Холодная прокатка, очистка и непрерывный отжиг были ограничены, если не отсутствовали.

Ключевой момент выхода на рынок титана для Ульбриха произошел в конце 1980-х годов с нашей первой установленной программой для заказчиков непрерывной ленты из титана Grade 9. Мы поставляли металлический титан на аэрокосмический рынок, а также многим субподрядчикам, занимающимся разработкой и производством коммерческих и военных самолетов. На аэрокосмическом рынке растет потребность в титановой спиральной полосе и фольге для конструктивных элементов, изготовленных для защиты компонентов двигателей этих планеров.Благодаря самоотверженности наших штатных металлургов, Ульбрих разработал цепочку поставок для закупки небольших рулонов титанового исходного материала и холодной прокатки металла на нашем предприятии.

Для нас это было, мягко говоря, вызовом. Титан ведет себя совсем иначе, чем нержавеющая сталь и никелевые сплавы. Наше производство было вынуждено адаптироваться к трудностям производства титана, разработке новых технологий и инвестированию в новые возможности для производства металлического титана, который соответствовал нашим ожиданиям и ожиданиям наших клиентов.Многие возможности как в процессе прокатки, так и в процессе отжига стали возможны благодаря развитию технологий и установке нового оборудования. Это в сочетании с инвестициями в несколько других технологий и глубокой культурной приверженностью всей нашей организации расширять границы того, что раньше считалось невозможным, позволило производить нашу титановую полосу с более высоким уровнем качества и эффективности, чем когда-либо прежде.

Небольшая победа после небольшой победы помогла укрепить доверие в компании, что привело к дальнейшим разработкам, которые помогли Ульбриху стать ключевым партнером в области производства титановой ленты во многих отраслях промышленности.Со временем мы усовершенствовали наш технологический процесс и подготовились к следующему поколению требований к титану.

Типы титана и их применение

Существуют различные типы титана, которые подходят для различных применений в зависимости от их прочности и свойств.

Диоксид титана

Диоксид титана, также известный как оксид титана, представляет собой мелкодисперсный белый титановый порошок. Придает изделиям ярко-белый оттенок. Он создается, когда титан естественным образом взаимодействует с кислородом.Эта форма титана чрезвычайно популярна в повседневных продуктах, таких как бумага, пластик, солнцезащитный крем, зубная паста, косметика, краски и даже клеи.

Титановые сплавы и области применения

Сплав — это металл, который содержит первичный металл, в данном случае титан, с небольшим процентным содержанием других элементов. Титановый сплав по-прежнему обладает высокими прочностными и коррозионными свойствами. Однако благодаря другим металлам он также обладает повышенной пластичностью. Это означает, что у него больше применений, чем у чистого титана.Вот некоторые марки титановых сплавов, с которыми работает Ульбрих:

Титан класса 5 — это наиболее распространенный титановый сплав, который чаще всего используется в аэрокосмических деталях, спортивном оборудовании и морских приложениях.
Ti Grade 9 (Титан 3-2,5) — Этот сплав представляет собой компромисс между возможностями сварки и производства чистых марок и высокой прочностью Grade 5. Содержит 3% алюминия и 2,5% ванадия, обладает высокой коррозионной стойкостью и может широко использоваться в аэрокосмической, химической, медицинской, морской, автомобильной промышленности.
Титан Beta 21S — этот сплав является одним из бета-титановых сплавов, который был разработан в качестве стойкого к окислению аэрокосмического материала и в качестве матрицы для композита с металлической матрицей
Титан 15-3-3-3 — Этот сплав представляет собой метастабильный бета-титановый сплав, который обеспечивает значительное снижение веса по сравнению с другими конструкционными материалами при использовании в условиях, обработанных раствором. Обладает отличной формуемостью в холодном состоянии.

Марки технически чистого титана и их применение

Технически чистый титан означает, что готовый продукт содержит только элемент титан и не смешивается с другими компонентами.Этот тип титана имеет самую высокую коррозионную стойкость из всех видов титана. Отличительной особенностью CP Titanium является процентное содержание кислорода, которое действует как основной механизм упрочнения для этих металлов. Он также обладает исключительной пластичностью. Существует 4 сорта чистого титана.

Титан сорт 1 — это самая мягкая форма чистого титана с высокой степенью свариваемости и высокой пластичностью. Чаще всего он используется в архитектуре, медицине и морской промышленности.Сорт 1 имеет самый низкий процент содержания кислорода (O) среди всех технически чистых марок. С каждым повышением класса прибавка кислорода увеличивается.
Titanium Grade 2 — этот вариант отличается средней прочностью и высокой степенью пластичности. Он устойчив к окислению и коррозии. Уровень 2 чаще всего используется в архитектуре, автомобильных деталях, аэрокосмической промышленности и опреснении.
Grade 3 Ti — этот тип чистого титана прочнее, чем предыдущие марки, но также менее пластичен.Он популярен в переработке углеводородов, аэрокосмической и морской промышленности.
Ti марки 4 — прочнее марок 2 и 3. Также имеет более низкую пластичность, но очень высокую коррозионную стойкость. Он используется там, где необходима высокая прочность, включая медицинскую и аэрокосмическую промышленность. Марка 4 имеет самый высокий процент содержания кислорода (O) среди всех технически чистых марок.

Quick Titanium Guide: 2 Относительно 1

Категория	Типичные химические составы	Свойства
Коммерчески чистый титан	Класс JIS от 1 до 4 ASTM GR от 1 до 4	Хорошая форма высокая прочность (класс 4, TS = 700 МПа)
Метастабильный титановый сплав β-типа	Ti-15-3-3-3	Способность к старению Термическая обработка
Титановый сплав α-типа	Ti -5Al-2.5Sn	Хорошее сопротивление ползучести Хорошая свариваемость
Титановый сплав типа α + β	Ti-6Al-4V Ti-3Al-2. 5V	Способность к старению Высокая коррозионная стойкость
титановый сплав типа β	Ti Beta 21S	Отличное сопротивление ползучести Холодное формование

Правильный титан для вашего применения

Ulbrich специализируется на прецизионных металлах в различных отраслях промышленности.Независимо от того, каковы ваши потребности в применении, наш опыт в сочетании с современными методами гарантирует, что готовый продукт не только будет соответствовать вашим потребностям, но и превзойти их. Свяжитесь с нами сегодня, и позвольте нашей команде помочь вам с вашими проектными приложениями!

ЧТО ТАКОЕ ТИТАН?

ФАЙЛ PDF — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПЕЧАТИ РАБОЧЕГО ЛИСТА

ФАЙЛ POWERPOINT — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПЕЧАТИ РАБОЧЕЙ ТАБЛИЦЫ

Титан (Ti) — легкий металл, имеющий множество практических применений.

Обычно он легирован другими металлами, такими как алюминий, железо, ванадий или молибден, в зависимости от его потенциального использования. Титановая руда очень распространена и распространена по всему миру, ее добывают в Австралии, Южной Африке, Китае, Индии, США и Канаде.

СВОЙСТВА:
Плотность титана вдвое меньше, чем у стали, что делает его легкой заменой.
Титан имеет такую же прочность на разрыв, что и сталь.
Он имеет очень высокую температуру плавления, 1670oC.
Титан устойчив к коррозии и при контакте с воздухом образует оксидный слой, предотвращающий дальнейшую коррозию. Он чрезвычайно устойчив к кислотам и соленой воде.
Он немагнитный.
Титан плохо проводит тепло.

НЕКОТОРЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ:
Титановые сплавы используются в авиакосмической промышленности, например, при производстве лопаток турбин для реактивных двигателей.

Титановая труба используется в нефтяной промышленности, так как не подвержена коррозии морской водой. Он идеально подходит для строительства опреснительных установок, перерабатывающих питьевую воду из морской воды, благодаря своей коррозионной стойкости.
Он используется в электронной промышленности для изготовления высококачественных печатных плат, используемых в агрессивных средах. В мире медицины используются изделия из титана (зубные и ортопедические имплантаты).
Титан имеет военное и морское применение.
Поскольку он немагнитен, он используется в производстве чувствительных компьютерных жестких дисков.

ТИТАН — ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите пять физических свойств титана. (5 баллов)

2. Опишите четыре практических применения титана. (4 балла)

3. Назовите пять стран, где добывают титановую руду. (5 баллов)

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ УКАЗАТЕЛЬ ПРОСТОЙ МАТЕРИАЛОВ, СТРАНИЦА

Применение титана — Continental Steel & Tube Company

Титан — аэрокосмические приложения

Титан используется в двигателях, таких как роторы, лопатки компрессора, компоненты гидравлической системы и гондолы.Титановый сплав 6АЛ-4В составляет почти 50% всех сплавов, используемых в авиастроении.

Благодаря высокому отношению прочности на разрыв к плотности, высокой коррозионной стойкости и способности выдерживать умеренно высокие температуры без ползучести, титановые сплавы используются в самолетах, броне, кораблях, космических кораблях и ракетах. Для этих применений титан, легированный алюминием, ванадием и другими элементами, используется для различных компонентов, включая критически важные структурные детали, противопожарные перегородки, шасси, выхлопные каналы (вертолеты) и гидравлические системы.Фактически, около двух третей всего производимого титана используется в авиационных двигателях и каркасах.

Титан — Промышленное применение

Титан используется в двигателях, таких как роторы, лопатки компрессора, компоненты гидравлической системы и гондолы. Титановый сплав 6AL-4V составляет почти 50% всех сплавов, используемых в авиастроении.

Благодаря высокому отношению прочности на разрыв к плотности, высокой коррозионной стойкости и способности выдерживать умеренно высокие температуры без ползучести, титановые сплавы используются в самолетах, броне, кораблях, космических кораблях и ракетах.Для этих применений титан, легированный алюминием, ванадием и другими элементами, используется для различных компонентов, включая критически важные структурные детали, противопожарные перегородки, шасси, выхлопные каналы (вертолеты) и гидравлические системы. Фактически, около двух третей всего производимого титана используется в авиационных двигателях и каркасах.

Титан — применение в быту и архитектуре

Металлический титан используется в автомобильной промышленности, особенно в автомобильных или мотоциклетных гонках, где снижение веса имеет решающее значение при сохранении высокой прочности и жесткости.Титан используется во многих спортивных товарах: теннисных ракетках, клюшках для гольфа, стержнях клюшек для лакросса, решетках для шлема для крикета, хоккея, лакросса и футбольных шлемов, а также в рамах и компонентах велосипедов. Титановые сплавы также используются в оправе для очков. Двумя наиболее распространенными титановыми сплавами, используемыми в велосипедной промышленности, являются 6AL-4V (класс 5) и 3AI-2,5V (класс). Эти два разных сплава представляют собой высокопрочный титан и оба довольно распространены в промышленности.

Титан — медицинское применение

Поскольку он биосовместим (нетоксичен и не отторгается организмом), титан используется в различных медицинских приложениях, включая хирургические инструменты и имплантаты, такие как бедренные мячи и суставы (замена суставов), которые могут оставаться на месте до до 20 лет. Титану присуще свойство остеоинтегрировать, что позволяет использовать его в зубных имплантатах, которые могут оставаться на месте более 30 лет. Это свойство также полезно для применения в ортопедических имплантатах. Титан также используется для хирургических инструментов, используемых в хирургии под визуальным контролем, а также для инвалидных колясок, костылей и любых других изделий, где желательны высокая прочность и малый вес. Уникальные качества титана также подтверждают совместимость с МРТ (магнитно-резонансная томография) и КТ (компьютерная томография).

Что такое титановая сталь? — CATLOGIX

Что такое «Титановая сталь»?

Если вы искали титановые серьги или кольца, вы, вероятно, нашли продукты с пометкой «Титановая сталь».

Он появляется на различных сайтах интернет-магазинов при поиске продуктов из титана. Так что это?

«Титановая сталь» — это не титан! Это термин, обозначающий нержавеющую сталь, который в основном используется для товаров, импортируемых напрямую и напрямую из Китая.

Это намеренно вводящий в заблуждение термин, поскольку в продукте не используется титан, но, по нашему мнению, нанесение ярлыка «Титановая сталь» на продукт вызывает путаницу.Хуже того, если у вас аллергия на никель или нержавеющую сталь и вы думаете, что покупаете титан, у вас будет реакция.

Из-за всей этой неразберихи у Titanium плохая репутация.

Так почему же существует этикетка «Титановая сталь»?

Поскольку у большинства людей нет аллергии на нержавеющую сталь, большинство людей не заметят разницы. С нержавеющей сталью также намного проще работать, поэтому вы можете отливать формы проще и дешевле. Где титан требует очень технических требований к литью и более твердых станков.

Иногда кажется, что это способ повысить цену за изделия из нержавеющей стали и снизить стоимость изделий из титана, заимствуя при этом название Titanium. Это может быть проблема культуры или просто изворотливая деловая практика. Мы видели проблему на веб-сайтах зарубежных производителей и на сайтах поставщиков. Продажа продуктов как «Титановая Сталь» или даже Титан, когда это не так. Владельцы магазинов могут покупать их для продажи, не зная истинного материала.

Вот почему так важно обращаться к надежному источнику.

«Титановая сталь» также может использоваться для описания продуктов из смешанных материалов. У некоторых пирсингов есть титановый стержень, но коготь, удерживающий драгоценный камень (который труднее изготовить), сделан из нержавеющей стали. Мы также видели, что они помечены как Titanium, и, хотя это не соответствует действительности, только часть продукта является титаном, это не совсем правда.

Если вы покупаете титановые серьги и ожерелья. Также убедитесь, что подложки и застежки также сделаны из титана, а не из «титановой стали». В других магазинах серьги могут иметь титановые стойки и стальные подложки, и иногда они помечены как «титановая сталь» или, что удобно, упускают описание подложек. Мы используем только титановую основу.

Как и в любой отрасли, есть хорошие поставщики, а плохие, если вы владелец магазина или конечный пользователь, всегда спрашивайте оценку. Нержавеющая сталь обычно марки 316, титан обычно бывает «сорт 2» или «сорт 5». Если это кажется слишком хорошим, чтобы быть правдой, это нормально.

Мы хотели бы видеть конец описания «титановой стали» или, по крайней мере, уточнить, что это нержавеющая сталь. Мы считаем, что это сбивает клиентов с толку и предназначено для того, чтобы обворовывать людей, продавая товары не по назначению.

Рабочая лошадка Металлы для обработки, 3D-печать

Применение алюминия

Алюминий повсюду — это самый распространенный металл на планете. Тонкий слой оксида алюминия, который образуется на нем при контакте с воздухом, практически не подвержен коррозии, а его легкий вес помогает вашим частям не действовать как якорь лодки. Хотя алюминий обычно не реагирует с кислотами, он имеет тенденцию к коррозии в щелочной (основной) среде.

Как правило, алюминий используется в самолетостроении и строительных материалах, таких как ненесущие конструкции.В частности, 6061 — это выбор для велосипедных рам, резервуаров для акваланга, рыболовных катушек, небольших лодок и рам транспортных средств. Более высокие свойства 7075 делают его идеальным для форм для пластмасс и инструментов, а также для корпусов самолетов. А если вам нужен хороший электрический проводник, то это подойдет алюминий. Он обладает отличной способностью передавать тепло, что делает его идеальным для радиаторов.

Алюминиевый сплав AlSi10Mg, используемый в нашем процессе прямого лазерного спекания металлов (DMLS), добавляет кремний и магний.Он часто используется для литья и больше всего похож на сплав серии 3000, учитывая добавление магния в качестве основного легирующего элемента. Характеристики алюминия, напечатанного на 3D-принтере, превосходят его отлитый под давлением аналог, за исключением меньшего удлинения при разрыве.

Титановые приложения

Титан также является одним из самых распространенных металлов на Земле, но его температура плавления настолько высока, что его трудно переработать в пригодный для использования продукт. Это большая причина, по которой он дороже других металлов.Титановые детали связаны с дополнительными затратами, поскольку их трудно обрабатывать. Титан известен своей прочностью и имеет высокое отношение прочности к весу. Он также обеспечивает отличную коррозионную стойкость и столь же плохую проводимость.

Один из плюсов титана — низкое тепловое расширение. С температурой плавления около 3000 градусов F (1660 градусов C) при нагревании он лучше сохраняет свою форму. Более того, титан не поглощает тепло, а отражает его, поэтому вы найдете его в окнах с низким энергопотреблением, отражая инфракрасные лучи от солнца.

С точки зрения внешнего вида, цвет титана варьируется в зависимости от того, насколько он был изменен. Он может варьироваться от тускло-серого в необработанном виде до блестящего серебристого в гладком. Титан, используемый в нашем процессе DMLS, — это Ti 6Al4V, чаще называемый Ti 6-4. Он имеет механические свойства, аналогичные отожженному титану марки 23, и обладает исключительной прочностью на разрыв.

Взгляд на различия между титаном и нержавеющей сталью — CROSSTRAXX

Многие предприятия и отрасли промышленности используют титан и / или нержавеющую сталь в своей повседневной деятельности.Основное различие между этими двумя веществами заключается в том, что титан — это металл, а нержавеющая сталь — это металлический сплав. Продолжайте читать, чтобы лучше понять значение этой разницы, а также сформировать более четкую картину других различий, существующих между титаном и нержавеющей сталью.

Металлический элемент, титан, цвет от серебристого до серого. Его атомный номер 22, а символ химического элемента — Ti. Он отличается высоким соотношением прочности и веса, что делает его чрезвычайно прочным.Титан также обладает высокой эффективностью теплопередачи и высокой устойчивостью к коррозии. В результате он очень желателен для использования в определенных отраслях промышленности, таких как строительство, где изменения температуры и погодные условия могут оказывать неблагоприятное воздействие на структурные компоненты.

Титан обладает высокой механической прочностью, что делает его чрезвычайно прочным. Его низкая плотность делает его легким, что делает его более востребованным в определенных отраслях промышленности. Его коррозионная стойкость проявляется во многих областях, что делает его очень устойчивым к коррозии, создаваемой широким ассортиментом щелочей, кислот, промышленных химикатов и природных вод.

Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь — это легированная сталь, что означает, что это сталь, объединенная с одним или несколькими элементами для изменения ее характеристик. Легирование относится к процессу смешивания более чем одного металла вместе. В случае нержавеющей стали она часто состоит из примерно 10–30% хрома и 70% железа, что придает ей коррозионную стойкость, а также способность выдерживать перепады температур.

Когда в смесь добавляются другие элементы, это обычно делается для повышения способности стали противостоять коррозии или окислению. В некоторых случаях добавляется особый элемент, чтобы придать уникальную характеристику конкретному типу нержавеющей стали. Хотя их не всегда добавляют в легированную сталь, в смесь металлов иногда включают один или несколько из следующих элементов: титан, медь, алюминий, серу, никель, селен, ниобий, азот, фосфор или молибден.Конкретные металлы, которые были добавлены в сталь для производства нержавеющей стали, известны как легирующие элементы.

В чем разница между титаном и нержавеющей сталью?

Основное различие между нержавеющей сталью и титаном состоит просто в том, что нержавеющая сталь — это легированный металл, а титан — это металл. Уникальные характеристики нержавеющей стали достигаются за счет добавления в нее легирующих металлов, в то время как характеристики титана естественным образом проявляются в ней.

Существуют обстоятельства, которые часто предполагают, что одно вещество лучше, чем другое, подходит для использования в конкретном проекте или деятельности. Например, некоторые производители часто предпочитают титан из-за его уникальных качеств, которые обеспечивают прочность и долговечность наряду с низкой плотностью. Поэтому, когда вес является более важным фактором, чем прочность, часто предпочтительнее титан. И наоборот, нержавеющая сталь предпочитается в отраслях, в которых вес важнее прочности.Хотя титан не такой плотный, как сталь, он такой же прочный, что делает его очень подходящим для конкретных отраслей, таких как аэрокосмическая промышленность, где помимо прочности требуется меньшая плотность.

Титан, однако, дороже нержавеющей стали, что делает его слишком дорогостоящим для некоторых отраслей промышленности, таких как строительство, где требуются большие объемы. Поэтому, когда деньги являются важной частью уравнения, нержавеющая сталь иногда выбирается вместо титана, если оба вещества считаются подходящими.

Титан чрезвычайно биосовместим, что означает, что он не токсичен для человеческого организма. Поэтому он регулярно используется в медицинской промышленности в качестве отличного источника запасных частей, таких как имплантаты бедра, заменители коленного сустава, футляры для кардиостимуляторов и черепно-лицевые пластины для человеческого тела. Он также используется в стоматологической промышленности для зубных имплантатов, растущей области стоматологии. Из-за его биосовместимости, титан обычно используется для изготовления ювелирных изделий, коррозионной стойкости и легкости по сравнению с нержавеющей сталью.

Нержавеющая сталь обеспечивает как свариваемость, так и формуемость, что позволяет легко формовать ее, что повышает ее популярность в различных отраслях промышленности. Из-за блестящего внешнего вида нержавеющая сталь часто используется для изготовления предметов домашнего обихода, таких как кухонные кастрюли и сковороды, а также для изготовления товаров медицинского назначения, таких как раковины, столешницы, переносные тележки, стеллажи и столы.

Нержавеющая сталь подвержена усталости и растрескиванию, а титан обладает высокой устойчивостью к усталости, вызываемой колебаниями температуры.