Виды титана и их обрабатываемость

Говоря о титане в промышленности, в основном подразумевают не чистый металл, а его сплавы. В данной статье разберем основные группы титановых сплавов и трудности, с которыми придется столкнуться при металлообработке.

В зависимости от состава и свойств титановые сплавы делят на четыре типа:

• Необработанный чистый титан без посторонних примесей. Он обладает отличной устойчивостью к коррозии, но при этом низкой прочностью.
• Альфа-сплавы титана получаются при добавлении в их состав алюминия, кислорода и/или азота. Они отличаются высокой пластичностью и стойко переносят даже сильный нагрев.
• Бета-сплавы титана образуются при добавлении таких легирующих элементов, как молибден, железо, ванадий и/или марганец. Данный тип сплава характеризуется высокой прокаливаемостью и, следовательно, обладает значительной прочностью. Но он недостаточно пластичен.
• Смешанные сплавы альфа+бета , в которых присутствуют легирующие элементы двух предыдущих типов. Это наиболее популярный вид титановых сплавов, обладающих как высокой прочностью, так и устойчивостью к коррозии даже при небольшой плотности металла. Это позволяет производить детали максимально тонкими.

Отличительные свойства титановых сплавов

Во-первых, титан не боится даже самых агрессивных сред, ведь он крайне устойчив к коррозии. В этом металлу помогает тонкое защитное оксидное покрытие TiO2. Даже при повреждении этой пленки, при доступе кислорода титан мгновенно восстановит защитный слой.

Вторая характерная черта титановых сплавов – низкая обрабатываемость. Дело в том, что титан плохо проводит тепло, из-за чего инструмент испытывает высокую тепловую нагрузку.

Кроме того, из-за высокой прочности титановые сплавы приходится обрабатывать на высоких скоростях, в процессе чего температура в зоне резания сильно растет. При слишком высокой скорости обработки возникает химическая реакция между стружкой и режущей кромкой инструмента, что может вызвать сколы и даже привести к поломке.

Именно поэтому к металлообрабатывающим инструментам предъявляются повышенные требования. В частности, инструмент должен быть изготовлен из максимально прочного твёрдого сплава, в составе которого нет элементов, вступающих в реакцию с титаном.

В каталоге компании ТИГРОТЕХ вы найдёте качественный токарный, фрезерный и сверлильный инструмент зарубежных производителей, предназначенный специально для обработки титановых сплавов. Он прослужит вам долго. Проверено нашими клиентами.

Титан и его сплавы

 

 

Титан – серебристый легкий и прочный металл, обладающий хорошей стойкостью к коррозии, как и шпунт Ларсена.

 

Сплавы титана гораздо надежнее и прочнее сплавов, в состав которых входят различные другие металлы, из которых производят крепеж стальной и ленту стальную.

Отличаются тем, что способны сохранять в себе все полезные свойства при довольно большом температурном диапазоне  — от 250 градусов мороза до 550 градусов тепла.

 

Небольшой вес титана можно сравнить с весом алюминия, зато стойкость к коррозии гораздо выше, чем у сплавов, даже самых благородных металлов.

По таким свойствам, как растяжимость и пластичность, свойства титановых сплавов напоминают медь. При увеличении температуры, которая воздействует на металл, возрастает и его теплопроводность.

 

При помощи добавления в титан примесей различных других металлов создают сплавы с необходимыми характеристиками.

Зачастую в качестве добавок и примесей для титана применяют такие элементы, как никель, железо, хром, алюминий, медь, цирконий, олово и другие.

 

Существует два метода обработки титана – литье и деформация.

 

В наше время титановые сплавы пользуются огромным успехом на рынке проката.

 

Титан стал основным материалом ракетостроения и авиастроения.

Благодаря легкости и высокой теплопроводности получил широкое распространение для изготовления различного отопительного оборудования.

Широко применяется для создания конструкций в таких сферах, как восстановительная медицина и пищевая промышленность, так как этот уникальный материал абсолютно безвреден для здоровья человека.

 

Кроме того применение титана становится возможным и в криогенной технике благодаря тому, что он не теряет пластичности и прочности даже в условиях очень низких температур.

Менее сложным, но не менее значимым является использование проволоки, канатов и сетки плетеной (рабицы).

 

Единственным минусом титана можно назвать его высокую стоимость, что объясняется сложным и дорогостоящим технологическим процессом его переработки и извлечения из руды.

Стоимость сетки сварной стальной гораздо ниже. Поэтому в наше время этот недостаток компенсируют переплавкой титана с более доступными и дешевыми металлами и примесями.

Уточнить наличие, стоимость и варианты доставки Вы можете через форму «Сделать заказ» или у наших менеджеров по телефону:   +7 (495) 782-29-88

Наименование	Размер	Марка	Состояние	ГОСТ,ТУ (тех. )	ГОСТ,ТУ (хим.)
Титановая плита	Толщина 11.0 — 150.0	ВТ1-0; ВТ1-00; ВТ14; ВТ-6; ВТ20; ОТ4; ОТ4-0; ОТ4-1; ВТ5-1; ВТ6; ВТ14; ВТ20; АТ3; ПТ-3В; сплав 40		ГОСТ 23755-79	ГОСТ 19807-91
Титановые трубы бесшовные	Толщина 5.8 — 130.0	ВТ1-0; ПТ-1М; ПТ-7М; ОТ4	бесшовные	ГОСТ 22897-86	ГОСТ 19807-91
Титановые трубы сварные	Диаметр 25.0 — 102.0	ВТ1-0; ВТ1-00; ОТ4-0	сварные	ГОСТ 24890-81	ГОСТ 19807-91
Титановый лист	Толщина 0.3 — 10.5	ВТ1-0; ВТ1-00; ВТ14; ВТ-6; ВТ20; ОТ4; ОТ4-0; ОТ4-1; ВТ5-1; ВТ6; ВТ14; ВТ20; АТ3; ПТ-3В; сплав 40		ГОСТ 22178-76	ГОСТ 19807-91
Титановый пруток	Диаметр 10. 0 — 150.0	ВТ1-0; ВТ1-00; ВТ14; ВТ-6; ВТ20; ОТ4; ОТ4-0; ОТ4-1; ВТ5-1; ВТ6; ВТ14; ВТ20; АТ3; ПТ-3В; сплав 40		ГОСТ 26492-85	ГОСТ 19807-91

 

 

Создан новый сплав с памятью формы, который превзошел никелид титана

Ученые лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ в рамках совместного гранта РНФ и Немецкого научно-исследовательского сообщества (DFG) разработали новый сплав с памятью формы. По функциональным характеристикам он превосходит никелид титана – лидера среди материалов, способных восстанавливать свою форму при нагреве после высоких внешних нагрузок. Разработка перспективна для создания инновационных решений в авиационной, космической, автомобильной промышленности и робототехнике.

Ученые СФТИ впервые создали монокристаллы сплавов на основе железа (железо-никель-кобальт-алюминий) с заменяемым пятым элементом – им может быть титан и/или ниобий. Новые материалы способны составить конкуренцию сплавам никелида титана –    самого популярного и востребованного соединения, на основе которого создаются медицинский инструментарий, импланты, приводы, термодатчики и другие конструкции.

– Новые сплавы на основе железа обладают большей, чем у никелида титана, обратимостью, то есть способностью восстанавливаться после деформации (эффект памяти формы), – рассказывает аспирант ФФ, инженер лаборатории физики высокопрочных кристаллов Анна Ефтифеева. – У сплавов на основе железа обратимое изменение формы достигает 15 процентов, у сплавов никелида титана – около 10. За счет этого датчики и исполнительные элементы из сплавов на основе железа будут работать эффективнее, как и механизмы, которые они приводят в движение.

По словам руководителя лаборатории, профессора Юрия Чумлякова добиться этого результата удалось при помощи специальной термической обработки – технологии, на которую ученые лаборатории уже получили патент. Сплавы на основе железа высокопрочные. Это является важным аспектом для практического применения в устройствах, которые должны выдерживать высокие внешние нагрузки, например, в авиакосмической и машиностроительной отраслях. Как отмечают разработчики, датчики и исполнительные механизмы, изготовленные из нового сплава на основе железа, будут не только прочнее, но и дешевле изделий из никелида титана.

Добавим, что работы по созданию и исследованию новых материалов проводятся в рамках гранта РНФ и DFG №19-49-04101 «Асимметрия растяжения/сжатия в сплавах Fe-Ni-Co-Al-X (X = Nb, Ti, Nb-Ti) с эффектом памяти формы – влияние нанокристаллических частиц на функциональные свойств».

В конце мая результаты работы, выполненной в рамках гранта, были представлены на Международном симпозиуме «Перспективные материалы и технологии» в Бресте (Беларусь).

Лаборатория физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ (руководитель – профессор физического факультета Юрий Чумляков) является одним из лидеров по созданию монокристаллов, которые служат основой для новых материалов, обладающих эффектом памяти формы, повышенной прочностью и износостойкостью.
Основные направления исследований касаются разработки монокристаллов с термоупругими мартенситными превращениями и создания на их основе нанокомпозитов, свойствами и структурой которых можно управлять. Ученые лаборатории реализуют совместные проекты с коллегами из США, Германии, Испании, Венгрии, Китая и Японии.

Металлотермическое получение сплавов титан — алюминий в контролируемых температурных условиях

ArticleName

Металлотермическое получение сплавов титан — алюминий в контролируемых температурных условиях

ArticleAuthorData

Институт металлургии УрО РАН С. А. Красиков, вед. науч. сотр., [email protected] А. А. Пономаренко, инженер О. А. Ситникова, аспирант С. В. Жидовинова, ст. науч. сотр.   Уральский федеральный университет им. Первого Президента России Б. Н. Ельцина А. Л. Надольский, доцент

Abstract

Выполнено исследование алюминотермического восстановления диоксида титана с получением сплавов Ti – Al, содержащих 30–80 % Ti, в печи сопротивления и дуговой электропечи. Показано, что при плавках в корундовых и магнезитовых тиглях изменение в шихтах TiO2 – CaO – CaF2 – Al отношений TiO2 : Al от 1,0:1,5 до 1,0:0,6 позволяет получить сплавы, в которых основными фазами являются термодинамически устойчивые интерметаллические соединения TiAl3, TiAl, Ti2Al. При этом было обнаружено хорошее разделение металлической и шлаковой фаз и были достигнуты степень извлечения титана в сплав более 90 % и содержание кислорода и азота в металле 0,1–0,3 % и менее 0,1 % соответственно. Использование восстановителя — алюминия в виде крупки 0,1–0,3 мм вместо порошка крупностью –0,1 мм и применение предварительного таблетирования шихт под давлением (100–150)·105 Па практически не отразилось на показателях процесса. При плавках в графитовых тиглях, несмотря на высокие показатели по содержанию титана в сплаве и извлечению титана в сплав, было обнаружено интенсивное образование карбидных фаз, отвечающих соединениям Ti3AlC2 и TiC, что отразилось на существенном повышении температуры плавления металла >1700 °C и ухудшении разделения металла и шлака. Полученные результаты указывают на перспективность использования регулируемого температурного режима при процессе алюминотермическом получении сплавов Ti – Al для промышленного применения. Работа выполнена при финансовой поддержке УрО РАН по проекту № 09-Т-3-1007 программы фундаментальных исследований ОХНМ РАН и финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 гг.

References

1. Мурач Н. Н., Лисиенко В. Т. Алюминотермия титана. — М. : ЦНИИцветмет, 1958. — 51 с. 2. Напалков В. И., Бондарев Б. И., Тарарышкин В. И., Чухров М. В. Лигатуры для производства алюминиевых и магниевых сплавов. — М. : Металлургия, 1983. — 160 с. 3. Andreev D. E., Sanin V. N., Yukhvid V. I. SVS Metallurgy of Titanium Aluminides // Int. J. of SHS. 2005. Vol.14, N 3. P. 219–234. 4. Андреев Д. Е., Санин В. Н., Юхвид В. И. Закономерности горения и фазоразделения при получении литых алюминидов титана в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Экспериментальное изучение шлаковых расплавов; взаимодействие металл–шлак : труды XII Российской конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов». — Екатеринбург : УрО РАН, 2008. Т. 3. С. 26–28. 5. Krasikov S. A., Nadolsky A. L., Shapovalov A. G., Pazdnikov I. P.,Tashmurzin A. Y., Shurygin Y. Y., Osokina M. A. Phase formation in the process of iron and titanium oxides metallothermic reduction // Journal of Physics: Conference Series. 2008. Vol. 98. P. 072013. 6. Krasikov S. A., Nadolsky A. L., Dolmatov A. V., Chentsov V. P., Kuzas E. A. Prospect of metallothermic titaniumaluminum alloys production // Rare Metals, Spec. Issue. October 2009. Vol. 28. P. 212–213. 7. Красиков С. А., Надольский А. Л., Набойченко С. С., Шурыгин Ю. Ю. Пирохимическая технология переработки титансодержащих шлаков // Материалы I научно-практической конференции «Новые подходы в химической технологии и практика применения процессов экстракции и сорбции». Санкт-Петербург, 12–15 мая 2009. — Апатиты : КНЦ РАН, 2009. С. 112–113. 8. Надольский А. Л., Красиков С. А., Паздников И. П., Шаповалов А. Г., Шурыгин Ю. Ю., Кузас Е. А. О перспективах переработки шлаков производства ферротитана // Технология производства металлов и вторичных материалов. 2010. № 1. С. 53–57. 9. Атлас шлаков : справочное издание / под ред. И. С. Куликова ; пер. с нем. — М. : Металлургия, 1985. — 208 с. 10. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. — М. : Государственное научно-техническое изд-во лит-ры по чер. и цвет. металлургии, 1962. Т.1. — 608 с. 11. Гасик М. И., Лякишев И. Л., Емлин Б. И. Теория и технология производства ферросплавов. — М. : Металлургия, 1988. — 784 с. 12. Диаграммы состояния двойных металлических систем : справочник / под общ. ред. Н. П. Лякишева. — М. : Машиностроение, 1996. Т. 1. — 992 с.

Идеальные металлы для медицины

Прочные, почти не подверженные коррозии, биоинертные и долговечные – тантал и титан

Металлы прочны, долговечны, пластичны и по многим другим своим свойствам завоевали свое место в медицине, в частности, в ортопедии при изготовлении костных имплантов и иммобилайзеров и, особенно, наборов хирургического инструмента.

Основные ограничители для применения металлических сплавов в медицине – подверженность коррозии при реакции с живыми тканями. Идеальны в этом отношении металлы платиновой группы (золото, платина, иридий, осмий, палладий, родий), но массово, по понятным причинам, их использовать нельзя.

Легированные нержавеющие стали создают прекрасные наборы хирургического инструмента, но конфликтуют с тканями организма, вызывая осложнения. Компромиссом между этими веществами стали металлы титан и тантал: прочные, почти не подверженные коррозии, имеющие высокую температуру плавления, биологически нейтральные — они воспринимаются организмом как собственная ткань. Благодаря эффекту «памяти формы» эти металлы стали широко применяться в сосудистой и нейрохирургии для изготовления шовного материала, наборов хирургического инструмента, сетчатых сосудистых стентов, эндопротезов в офтальмологии и стоматологии. Разберемся в их свойствах.

Титан – серебристый парамагнитный металл, легкий и вдвое прочнее железа, с низким коэффициентом теплового расширения и электропроводности. При температурах до 530-560 °С поверхность металла покрывается прочной абсолютно нейтральной защитной оксидной пленкой TiO₂, и сплав становится сравним с платиной. Человеческая лимфа разрушает его со скоростью 0,00003 мм/год. Самыми востребованными медициной марками титана являются технически чистые ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-00св. В качестве легирующих добавок используются Та, Al, V, Mo, Mg, Cr, Si, Sn, Zr, Au и металлы платиновой группы.

В имплантологии, ортопедии и хирургии распространен сплав Ti-6Al-4V, механосовместимость которого с костями близка к идеальной — 5¸20 Гпа. Титано-ниобиевые сплавы имеют модуль упругости до 40 ГПа и ниже, и их разработка актуальна, в отличие от биотоксичных алюминия и ванадия, а никелид титана обладает «памятью формы» и незаменим, в частности, при лечении позвоночных травм и дистрофии опорно-двигательного аппарата.

Тантал – тяжелый тугоплавкий металл серебристо-голубоватого «свинцового» оттенка – конструкционный металл, высокопластичен, хорошо обрабатывается любыми способами (штамповка, прокатка, ковка, скручивание, резка). Тантал легко перерабатывается в тонкую проволоку и раскатывается в листы, а также отличается стойкостью к агрессивным средам, поэтому так ценен в производстве наборов хирургического инструмента. Он устойчив к воздействию HNO₃, H₂SO₄, HCl, H₃PO₄, а также органических кислот любых концентраций. По данному параметру его превосходят лишь благородные металлы, но не во всех случаях., Так же, как и титан, организм воспринимает тантал как собственную ткань.

Тантал входит в число редких металлов: его запасы в земной коре составляют примерно 0,0002%, поэтому в чистом виде его не применяют – только виде пленки на основном металле. Пленка, кстати, в три-четыре раза тверже чистого титана.

Стальные, титановые и другие металлические сплавы с добавлением тантала широко востребованы в химико-медицинском приборостроении. Из них, в частности, изготавливают змеевики, дистилляторы, аэраторы, рентгеновскую аппаратуру, наборы хирургического инструмента, стерилизаторы, сложнейшие устройства для дублирования работы жизненно важных органов типа «искусственное сердце», «искусственное легкое», «искусственная почка» и другое медицинское оборудование. Титановые головки аппаратов для УЗИ имеют самый продолжительный эксплуатационный ресурс из всех материалов, даже под воздействием ультразвуковых колебаний.

В составе обширной номенклатуры титаново-танталовых наборов хирургического инструмента представлены сотни наименований шпателей, клипсов, расширителей, зеркал, зажимов, ножниц, щипцов, скальпелей, стерилизаторов, тубусов, долот и пинцетов. Характеристики легких титановых инструментов имеют огромное значение для военно-полевой хирургии и различных экспедиций, где каждые 5-10 граммов лишнего груза являются существенной обузой. Данные металлы экранируют излучение радиоактивных изотопов, в связи с чем активно применяются в различных защитных устройств и радиологической аппаратуры.

На медицинские нужды расходуется примерно 5% производимого в мире тантала. Из танталовых листов и проволоки изготавливают конструкции для пластической, кардио-, нейро- и остеохирургии для наложения швов, сращивания костных обломков, стентирования и клипирования сосудов. Танталовыми пластинами и сетками челюстно-лицевые хирурги шинируют челюсти, танталовой нитью сшивают мышцы, сухожилия и даже нервы. Танталовые сетки незаменимы в офтальмопротезировании.

Статические электрополя сплава могут активизировать в человеческом организме желательные биопроцессы: покрытия из пентаоксида тантала имеют высокие электретные свойства, поэтому его электретные пленки получили распространение в сосудистой хирургии, эндопротезировании и создании наборов медицинских инструментов.

Эластичные эндопротезы из проволочной титановой сетки распространены в восстановительной хирургии для пластики мягких тканей – они прочны при нулевом риске побочных проявлений. Но основной плюс титана — повышенная прочность в сочетании с небольшим весом.

Разработаны полутысячи разных конструкций сосудистых стентов, различающиеся между собой по сплаву (композиции благородных металлов, а также титановые сплавы ВТ6С, ВТ8, ВТ 14, ВТ23, нитинол), длине, конфигурации отверстий и виду покрытия.

В настоящее время разрабатываются все более совершенные технологии нейро- остео- и вазопластики, однако применяемые для этого титано-танталовые материалы продолжают удерживать пальму первенства перед всеми прочими.

Титано-танталовыми пластинами закрывают дефекты черепа и используют при косметическом восстановлении лица, груди и ягодиц. Клипсами из титана или тантала пережимают артериальные аневризмы. Для изготовления клипсов используют плоскую проволоку из чистого титана или тантала, в некоторых случаях — из серебра. Такие изделия абсолютно биоинертны.

Широкое медицинское применение титан, тантал и их сплавы нашли при протезировании зубов, потому что полость рта — довольно агрессивная среда, и даже драгметаллы в ней подвержены коррозии и отторжению. Большой популярностью пользуются штампованные и цельнолитые титановые коронки, а коронки с плазменным напылением из нитрида титана TiN по внешнему виду и свойствам неотличимы от золотых.

Дентальный имплантат – основа для коронок, а также мостовидных и съемных протезов — представляет собой конусный штифт с резьбой, ввинчиваемый непосредственно в кость челюсти. Чаще всего для изготовления винтовой части имплантата служит чистый медицинский титан с поверхностным тантал-ниобиевым напылением, способствующим активизации процесса остеоинтеграции. Существуют имплантаты из пористого тантала, более гибкого, чем титан, и без риска осложнений. Тантал тяжелее титана, а его пористая структура облегчает имплант, к тому же, напыление на тантал не требуется.

В третьем тысячелетии медицинская наука и техника являются основными движущими силами цивилизации, и значение титана и тантала в современной медицине нельзя переоценить. Несмотря на непродолжительную историю применения, они стали одними из лидирующих по использованию материалами во множестве медицинских отраслей.

Самый легкий и прочный металл. Самый прочный сплав. Кем и когда открыт

Металл люди начали использовать еще в древности. Самый доступный в природе и поддающийся обработке металл — медь. Медные изделия в виде домашней утвари находят археологи при раскопках древних поселений. По мере роста технического прогресса человек научился делать сплавы из различных металлов, которые пригодились ему при изготовлении предметов быта и оружия. Так и появился самый крепкий металл в мире.

Титан

Этот необычайно красивый серебристо-белого цвета металл был открыт почти одновременно в конце 18 столетия двумя учеными — англичанином У. Грегори и немцем М. Клапротом. По одной версии, титан получил свое название в честь персонажей древнегреческих мифов, могучих Титанов, по другой — от Титании, королевы фей из германской мифологии — из-за своей легкости. Однако тогда применение ему не нашли.

Затем в 1925 году физики из Голландии смогли выделить чистый титан и открыли множество его преимуществ. Это — высокие показатели технологичности, удельной прочности и устойчивости к влиянию коррозии, очень большая прочность при высоких температурах. Также имеет высокую антикоррозионную стойкость. Эти фантастические показатели сразу привлекли инженеров и конструкторов.

В 1940 году ученый Кроль получил чистый титан с помощью магниетермического метода, и с тех пор этот метод является основным. Добывается самый крепкий металл на земле во многих местах в мире — России, Украине, Китае, ЮАР и других.

Титан прочнее железа в два раза по механическим показателям, в шесть раз — алюминия. Сплавы титана являются на данный момент самыми прочными в мире, и поэтому нашли применение в военной (конструкции подводных лодок, ракет), кораблестроительной и авиационной промышленностях (на сверхзвуковых самолетах).

Этот металл также невероятно пластичен, поэтому из него можно изготовить любую форму – листы, трубы, проволоку, ленту. Широко используют титан для изготовления медицинских протезов (при этом он биологически идеально совместим с тканями организма человека), ювелирных изделий, спортивного инвентаря и др.

Также применяют его в химическом производстве за счет его антикоррозионных свойств, этот металл в агрессивной среде не корродирует. Так, в испытательных целях пластину титана поместили в морскую воду, и за 10 лет он даже не покрылся ржавчиной!

За счет своего высокого электросопротивления и свойств ненамагничивания он широко применяется в радиоэлектронике, например, в конструктивных деталях мобильных телефонов. Очень перспективно применение титана в области стоматологии, особенно важна его способность срастаться с костной тканью человека, что дает прочность и монолитность при протезировании. Широко его используют при изготовлении медицинских инструментов.

Уран

Природные окислительные свойства урана использовались еще в древности (1 век до н.э.) при изготовлении желтой глазури в керамических изделиях. Один из наиболее известных в мировой практике прочных металлов, он является слаборадиоактивным и используется при производстве ядерного топлива. ХХ век даже называли «веком Урана». Этот металл обладает парамагнитными свойствами.

Уран тяжелее железа в 2,5 раза, образует множество химических соединений, в производстве используют его сплавы с такими элементами, как олово, свинец, алюминий, ртуть, железо.

Вольфрам

Это не только самый крепкий металл в мире, но и очень редкий, который даже нигде не добывается, а получен был химическим путем еще в 1781 году в Швеции. Самый устойчивый к температурам металл в мире. Благодаря высокой тугоплавкости хорошо поддается ковке, при этом его вытягивают в тонкую ниточку.

Самое известное его применение — вольфрамовая нить накаливания в лампочках. Широко используется для производства специальных инструментов (резцов, фрез, хирургических) и в ювелирном производстве. За счет его свойства не пропускать радиоактивные лучи, из него производят контейнеры для хранения ядерных отходов. Месторождения вольфрама в России находятся на Алтае, Чукотке, Северном Кавказе.

Рений

Имя свое получил в Германии (река Рейн), где был открыт в 1925 году, сам металл имеет белый цвет. Добывается и в чистом виде (Курильские острова), и при добыче молибденового и медного сырья, но в очень малых количествах.

Самый крепкий металл на земле очень твердый и плотный, отлично плавится. Прочность высокая и не зависит от перепадов температуры, недостаток – высокая стоимость, ядовитый для человека. Используется в электронике и авиационной промышленности.

Осмий

Самый тяжелый элемент, например, килограмм осмия выглядит в виде шарика, легко помещающегося в руке. Относится к платиновой группе металлов, по цене превышает в разы золото. Название получил свое из-за плохого запаха при химической реакции, которую провел английский ученый С. Теннант в 1803 году.

Внешне выглядит очень красиво: блестящие серебристые кристаллы с синим и голубым отливом. Используют его обычно в виде добавки к другим металлам в промышленности (металлокерамические резцы повышенной прочности, лезвия медицинских ножей). Его немагнитные и прочные свойства используют при изготовлении высокоточных приборов.

Бериллий

Получен был химиком Полем Лебо в конце 19 века. Вначале этот металл прозвали «сладким», из-за его конфетного вкуса. Потом оказалось, что у него есть и другие привлекательные и оригинальные свойства, например, он не хочет вступать ни в какие химические реакции с другими элементами за редким исключением (галоген).

Самый крепкий металл в мире одновременно и твердый, и хрупкий, и легкий, к тому же высокотоксичный. Его исключительная прочность (к примеру, проволока диаметром 1 мм может выдержать вес человека) используется в лазерной и космической технике, атомной энергетике.

Новые открытия

Об очень прочных металлах можно еще и дальше рассказывать, но технический прогресс двигается вперед. Ученые из Калифорнии недавно объявили миру о появлении «ликвид-металла» (от слова «жидкий»), по прочности превосходящего титан. К тому же он оказался суперлегким, гибким и высокопрочным. Поэтому ученым предстоит создать и разработать способы применения нового металла, а в будущем, возможно, совершить еще много открытий.

Использование металлов в повседневной жизни началось на заре развития человечества, и первым металлом являлась медь, поскольку является доступной в природе и легко поддается обработке. Недаром археологи при раскопках находят различные изделия и домашнюю утварь из этого металла. В процессе эволюции люди постепенно учились соединять различные металлы, получая все более прочные сплавы, пригодные для изготовления орудий труда, а позже и оружия. В наше время продолжаются эксперименты, благодаря которым можно выявить самые прочные металлы в мире.

10.

• высокая удельная прочность;
• стойкость к высоким температурам;
• низкая плотность;
• коррозийная стойкость;
• механическая и химическая стойкость.

Титан применяется в военной промышленности, медицине авиации, кораблестроении, и других сферах производства.

9.

Самый известный элемент, который считается одним из самых прочных металлов в мире, и в нормальных условиях представляет собой слабый радиоактивный металл. В природе находится как в свободном состоянии, так и в кислых осадочных породах. Он достаточно тяжел, широко распространен повсеместно и обладает парамагнитными свойствами, гибкостью, ковкостью, и относительной пластичностью. Уран применяется во многих сферах производства.

8.

Известен как самый тугоплавкий металл из всех существующих, и относится к самым прочным металлам в мире. Представляет собой твердый переходный элемент блестящего серебристо-серого цвета. Обладает высокой прочностью, отличной тугоплавкостью, стойкостью к химическим воздействиям. Благодаря своим свойствам поддается ковке, и вытягивается в тонкую нить. Известен в качестве вольфрамовой нити накаливания.

7.

Среди представителей данной группы считается переходным металлом высокой плотности серебристо-белого цвета. В природе встречается в чистом виде, однако встречается в молибденовом и медном сырье. Отличается высокой твердостью и плотностью, и имеет отличную тугоплавкость. Обладает повышенной прочностью, которая не теряется при многократных перепадах температур. Рений относится к дорогим металлам и имеет высокую стоимость. Используется в современной технике и электронике.

6.

Блестящий серебристо-белый металл со слегка голубоватым отливом, относится к платиновой группе и считается одним из самых прочных металлов в мире. Аналогично иридию имеет высокую атомную плотность высокую прочность и твердость. Поскольку осмий относится к платиновым металлам, имеет схожие с иридием свойства: тугоплавкость, твердость, хрупкость, стойкость к механическим воздействиям, а также к влиянию агрессивных сред. Нашел широкое применение в хирургии, электронной микроскопии, химической промышленности, ракетной технике, электронной аппаратуре.

5.

Относится к группе металлов, и представляет собой элемент светло-серого цвета, обладающий относительной твердостью и высокой токсичностью. Благодаря своим уникальным свойствам бериллий применяется в самых различных сферах производства:

• ядерной энергетике;
• аэрокосмической технике;
• металлургии;
• лазерной технике;
• атомной энергетике.

Из-за высокой твердости бериллий используется при производстве легирующих сплавов, огнеупорных материалов.

4.

Следующим в десятке самых прочных металлов в мире является хром – твердый, высокопрочный металл голубовато-белого цвета, стойкий к воздействию щелочей и кислот. В природе встречается в чистом виде и широко применяется в различных отраслях науки, техники и производства. Хром Используется для создания различных сплавов, которые используются при изготовлении медицинского, а также химического технологического оборудования. В соединении с железом образует сплав феррохром, который используется при изготовлении металлорежущих инструментов.

3.

Бронзу в рейтинге заслуживает тантал, поскольку является одним из самых прочных металлов в мире. Он представляет собой серебристый металл с высокой твердостью и атомной плотностью. Благодаря образованию на его поверхности оксидной пленки, имеет свинцовый оттенок.

Отличительными свойствами тантала являются высокая прочность, тугоплавкость, стойкость к коррозии, воздействию агрессивных сред. Металл является достаточно пластичным металлом и легко поддается механической обработке. Сегодня тантал успешно используется:

• в химической промышленности;
• при сооружении ядерных реакторов;
• в металлургическом производстве;
• при создании жаропрочных сплавов.

2.

Вторую строчку рейтинга самых прочных металлов в мире занимает рутений – серебристый металл, принадлежащий к платиновой группе. Его особенностью является наличие в составе мышечной ткани живых организмов. Ценными свойствами рутения являются высокая прочность, твердость, тугоплавкость, химическая стойкость, способность образовывать комплексные соединения. Рутений считается катализатором многих химических реакций, выступает в роли материала для изготовления электродов, контактов, острых наконечников.

1.

Рейтинг самых прочных металлов в мире возглавляет именно иридий – серебристо-белый, твердый и тугоплавкий металл, который относится к платиновой группе. В природе высокопрочный элемент встречается крайне редко, и часто входит в соединение с осмием. Из-за своей природной твердости он плохо поддается механической обработке и обладает высокой стойкостью к воздействию химический веществ. Иридий с большим трудом реагирует на воздействие галогенов и перекиси натрия.

Этот металл играет важную роль в повседневной жизни. Его добавляют к титану, хрому и вольфраму для улучшения стойкости к кислым средам, применяют при изготовлении канцелярских принадлежностей, используют в ювелирном деле для создания ювелирных изделий. Стоимость иридия остается высокой из-за ограниченного присутствия в природе.

В мире есть много одинаковых по показателям твёрдости металлов, но не все они широко используются в промышленности. Причин тому может быть несколько: редкость и потому дороговизна или же радиоактивность, которая препятствует использованию в человеческих нуждах. Среди самых твёрдых металлов можно выделить 6 лидеров, покоривших мир своими особенностями.

Твёрдость металлов принято измерять по шкале Мооса. В основе метода измерения твёрдости – оценка устойчивости к царапинам другими металлами. Таким образом, было определено, что наивысшей твёрдостью обладают уран и вольфрам. Однако есть металлы, которые больше используются в разных сферах жизни, хоть их твердость и не наивысшая по шкале Мооса. Поэтому, раскрывая тему о самых твёрдых металлах, неправильно будет не упомянуть об известном титане, хроме, осмии и иридии.

На вопрос, какой самый твёрдый металл, любой человек, изучающий химию и физику в школе, ответит: «Титан». Конечно, существуют сплавы и даже самородки в чистом виде, которые превосходят его по прочности. Но среди используемых в быту и производстве титану нет равных.

Чистый титан впервые был получен в 1925 году и тогда же был объявлен самым твёрдым металлом на Земле. Его сразу стали активно использовать в абсолютно разных сферах производства – от деталей ракет и воздушного транспорта до зубных имплантатов. Заслугой такой популярности металла стали несколько его главных свойств: высокая механическая прочность, стойкость к коррозиям и высоким температурам и низкая плотность. По шкале твёрдости металлов Мооса титан обладает степенью 4.5, что не является самым высоким показателем. Однако его популярность и задействованность в различных отраслях делает его первым по твёрдости среди часто используемых.

Титан самый твёрдый среди часто используемых в производстве металлов

Детальнее про применение титана в промышленности. Данный метал имеет широкий спектр использования:

• Авиационная промышленность – детали планерной части самолётов, газовые турбины, обшивки, силовые элементы, детали шасси, заклёпки и т.д;
• Космическая техника – обшивки, детали;
• Кораблестроение – обшивка судов, детали насосов и трубопроводов, навигационные приборы, турбинные двигатели, паровые котлы;
• Машиностроение – конденсаторы турбин, трубы, износостойкие элементы;
• Нефтегазовая промышленность – трубы для бурения, насосы, сосуды высокого давления;
• Автостроение – в механизмах клапанов и выхлопных систем, передаточных валов, болтов, пружин;
• Строительство – наружная и внутренняя обшивка зданий, кровельные материалы, лёгкие крепежные приспособления и даже памятники;
• Медицина – хирургические инструменты, протезы, имплантаты, корпусы для кардиологических приборов;
• Спорт – спортивный инвентарь, туристические принадлежности, детали для велосипедов.
• Товары народного потребления – ювелирные украшения, декоративные изделия, садовой инвентарь, наручные часы, кухонная утварь, корпуса электроники и даже колокола, а также добавляют в состав красок, белил, пластика и бумаги.

Можно увидеть, что титан востребован в абсолютно разных сферах промышленности за счет его физико-химических свойств. Пусть он и не самый твёрдый металл в мире по шкале Мооса, изделия из него куда прочнее и легче стали, меньше изнашиваются и более стойкие к раздражителям.

Титан считается самым твердым среди активно потребляемых металлов

Самым твёрдым в своем натуральном виде считается металл голубовато-белого цвета – хром. Он был открыт еще в конце 18 века и с тех пор широко используется в производстве. По шкале Мооса твёрдость хрома составляет 5. И не зря – им можно резать стекло, а при соединении с железом он способен резать даже металл. Также хром активно применяется в металлургии – его добавляют в сталь, чтобы улучшить ее физические свойства. Спектр использования хрома весьма разнообразен. Из него изготавливают стволы огнестрельного оружия, медицинское и химическое технологическое оборудование, бытовые принадлежности – кухонная утварь, металлические части мебели и даже корпусы подводных лодок.

Наивысшая твёрдость в чистом виде — хром

Хром используют в различных сферах, например, для производства нержавеющей стали, или для покрытия поверхностей – хромирования (техника, автомобили, детали, посуда). Часто этот метал используют при изготовлении стволов огнестрельного оружия. Также нередко этот металл можно встретить при производстве красителей и пигментов. Удивительным может показаться еще одна сфера его использования – это производство диетических добавок, а в создании технологического оборудования для химических и медицинских лабораторий без хрома никак нельзя обойтись.

Осмий и иридий – представители металлов платиновой группы, имеют почти одинаковую плотность. В своем чистом виде в природе встречаются невероятно редко, а чаще всего – в сплаве друг с другом. Иридий по природе своей обладает высокой твердостью, из-за чего плохо поддается металлообработке, как механической, так и химической.

Осмий и иридий обладают наивысшей плотностью

Активно применять иридий в промышленности стали сравнительно недавно. Раньше его использовали с осторожностью, поскольку его физико-химические характеристики были изучены не до конца. Теперь иридий используют даже в изготовлении ювелирных изделий (в качестве инкрустаций или в сплаве с платиной), хирургических инструментов и деталей для сердечных стимуляторов. В медицине металл просто незаменим: его биопрепараты могут помочь побороть онкологию, а облучение его радиоактивным изотопом может остановить процесс роста раковых клеток.

Две трети добываемого в мире иридия уходит в химическую промышленность, а остальное распределяется между другими отраслями производства – напыления в металлургической индустрии, товарах народного использования (элементы перьевых ручек, ювелирные изделия), медицине при производстве электродов, элементов кардиостимуляторов и хирургических инструментов, а также для улучшения физико-химических и механических свойств металлов.

Твёрдость иридия по шкале Мосса – 5

Осмий – серебристо-белый металл с голубоватым отливом. Он был открыт позже иридия на год, а сейчас его нередко находят в железных метеоритах. Помимо высокой твёрдости, осмий отличается своей дороговизной – 1 грамм чистого металла оценивается в 10 тысяч долларов. Еще одной его особенностью считается его вес – 1 литр расплавленного осмия равен 10 литрам воды. Правда, ученые еще не нашли применения этому свойству.

Из-за редкости и высокой стоимости осмий задействуется только там, где никакой другой металл не может быть использован. Широкого применения ему так и не нашли, да и нет смысла в поисках, пока поставки металла не станут регулярными. Сейчас осмий используется для изготовления инструментов, требующих высокой точности. Изделия из него почти не изнашиваются и обладают значительной прочностью.

Показатель твёрдости осмия достигает 5.5

Один из наиболее знаменитых элементов, который является одним из самых твёрдых металлов в мире, – уран. Это металл светло-серого цвета, обладающий слабой радиоактивностью. Уран считается одним из самых тяжелых металлов – его удельный вес в 19 раз превышает вес воды. Он также обладает относительной пластичностью, ковкостью и гибкостью, парамагнитными свойствами. По шкале Мосса твёрдость металла составляет 6, что считается очень высоким показателем.

Раньше уран почти не использовался, а встречался только как рудный отход при добыче других металлов – радия и ванадия. На сегодняшний день уран добывается в месторождениях, основными источниками являются Скалистые горы США, Республика Конго, Канада и Южно-Африканский Союз.

Несмотря на радиоактивность, уран активно потребляется человечеством. Наиболее востребован в атомной энергетике – его используют как топливо для ядерных реакторов. Также уран применяется в химической промышленности и в геологии – для определения возраста горных пород.

Не пропустила невероятные показатели удельного веса и военная инженерия. Уран регулярно используется для создания сердечников бронебойных снарядов, которые, за счет высокой прочности, отлично справляются с поставленной задачей.

Уран является самым твёрдым металлом, но он радиоактивный

Увенчивает наш список самых твёрдых металлов на Земле блестящий серебристо-серый вольфрам. По шкале Мооса твердость вольфрама равна 6, как и у урана, но, в отличие от последнего, он не является радиоактивным. Природная твёрдость, однако, не лишает его гибкости, потому вольфрам идеально подходит для ковки разных металлических изделий, а его устойчивость к высоким температурам позволяет применять его в осветительных приборах и электронике. Потребление вольфрама не достигает больших оборотов, и главной тому причиной является его ограниченное количество в месторождениях.

Благодаря высоким показателям плотности вольфрам широко используется в оружестроении для производства тяжеловесов и артиллерийских снарядов. Вообще вольфрам активно используется в военной инженерии – пули, противовесы, баллистические ракеты. Следующим по популярности использования этого метала является авиация. Из него изготавливают двигатели, детали электровакуумных приборов. В строительстве используют режущие инструменты из вольфрама. Также он является незаменимым элементом при производстве лаков и светоустойчивых красок, огнестойких и водонепроницаемых тканей.

Вольфрам считается наиболее тугоплавким и прочным

Изучив свойства и сферы потребления каждого металла, сложно однозначно сказать, какой же самый твердый металл в мире, если брать во внимание не только показатели шкалы Мооса. Каждый из представителей имеет ряд преимуществ. Например, титан, не обладающий сверхвысокой твердостью, прочно занял первое место среди самых используемых металлов. А вот уран, твердость которого достигает наивысшей отметки среди металлов, не так популярен из-за слабой радиоактивности. А вольфрам, который не излучает радиации и имеет наивысшую прочность и очень хорошие показатели податливости, не может быть активно использован из-за ограниченных ресурсов.

Когда речь заходит о самом прочном металле в мире, наверняка, многие рисуют в воображении грозного воина в доспехах и с мечом из дамасской стали. Однако сталь далеко не самый крепкий металл в мире, поскольку ее получают посредством сплава железа с углеродом и другими добавками. Самым же твердым из чистых металлов считается титан !
О происхождение названия этого металла существует две различные версии. Одни говорят, что вещество серебристого цвета стали так называть в честь королевы фей Титании (из германской мифологии). Ведь кроме того что это очень прочный металл, он еще и поразительно легкий. Другие склоняются к тому, что металл получил свое название благодаря Титанам – сильным и могучим детям богини Земли Геи. Как бы там ни было, обе версии выглядят довольно красиво и поэтично, и имеют право на существование.

Открыт был титан сразу двумя учеными: германцем М.Г.Клаптором и англичанином У. Грегор. Такое открытие, с разницей в шесть лет, было сделано в конце XVIII века, после чего вещество сразу же добавили в таблицу Менделеева. Там оно заняло 22-й порядковый номер.

Правда, из-за своей хрупкости металл долгое время не использовался. Лишь в 1925 году, пройдя ряд опытов, химикам удалось получить чистый титан, который стал настоящим прорывом в истории человечества. Металл оказался очень технологичным с малой плотностью, высокой удельной прочностью и коррозийной стойкостью, а также высокой прочностью при больших температурах.

По показателям механической прочности титан и в шесть раз прочность алюминия. Вот почему перечень возможного применения титана безграничен. Он применяется в медицине для остепротезирования, в военной промышленности (для создания корпуса подводных лодок, брони в авиации и ядерной техники). Также металл зарекомендовал себя в спортивном и ювелирном деле, производстве мобильных телефонов.

Видео:

К слову, по распространению на земле самый крепкий металл в мире занимает десятую позицию. Его месторождения находятся в , ЮАРе, Китае, Украине, Японии, Индии.

Хотя, судя по последним открытиям в области химии, со временем титану придется отдать титул супер-металла другому представителю. Не так давно ученые изобрели вещество прочнее металла. Это «ликвид-металл», или в перевод – «жидкий». Чудо-вещество успело себя зарекомендовать как нержавеющее и безупречное для литья. И хотя человечеству еще стоит много работать, чтобы научиться сполна использовать новый металл, возможно, будущее будет принадлежать именно ему.

Окружающий нас мир таит в себе еще множество загадок, но даже давно известные ученым явления и вещества не перестают удивлять и восторгать. Мы любуемся яркими красками, наслаждаемся вкусами и используем свойства всевозможных веществ, делающих нашу жизнь комфортнее, безопаснее и приятнее. В поисках самых надежных и крепких материалов человек совершил немало восторгающих открытий, и перед вами подборка как раз из 25 таких уникальных соединений!

25. Алмазы

Об этом точно знают если не все, то почти все. Алмазы – это не только одни из самых почитаемых драгоценных камней, но и один из самых твердых минералов на Земле. По шкале Мооса (шкала твёрдости, в которой оценка дается по реакции минерала на царапание) алмаз числится на 10 строчке. Всего в шкале 10 позиций, и 10-ая – последняя и самая твердая степень. Алмазы такие твердые, что поцарапать их можно разве что другими алмазами.

24. Ловчие сети паука вида Caerostris darwini

Фото: pixabay

В это сложно поверить, но сеть паука Caerostris darwini (или паук Дарвина) крепче стали и тверже кевлара. Эту паутину признали самым твердым биологическим материалом в мире, хотя сейчас у нее уже появился потенциальный конкурент, но данные еще не подтверждены. Паучье волокно проверили на такие характеристики, как разрушающая деформация, ударная вязкость, предел прочности и модуль Юнга (свойство материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации), и по всем этим показателям паутина проявила себя удивительнейшим образом. Вдобавок ловчая сеть паука Дарвина невероятно легкая. Например, если волокном Caerostris darwini обернуть нашу планету, вес такой длинной нити составит всего 500 граммов. Таких длинных сетей не существует, но теоретические подсчеты просто поражают!

23. Аэрографит

Фото: BrokenSphere

Эта синтетическая пена – один из самых легких волокнистых материалов в мире, и она представляет собой сеть углеродных трубочек диаметром всего в несколько микронов. Аэрографит в 75 раз легче пенопласта, но при этом намного прочнее и пластичнее. Его можно сжать до размеров, в 30 раз меньших первоначального вида, без какого-либо вреда для его чрезвычайно эластичной структуры. Благодаря этому свойству аэрографитная пена может выдержать нагрузку, в 40 000 раз превышающую ее собственный вес.

22. Палладиевое металлическое стекло

Фото: pixabay

Команда ученых их Калифорнийского технического института и Лаборатории Беркли (California Institute of Technology, Berkeley Lab) разработала новый вид металлического стекла, совместивший в себе практически идеальную комбинацию прочности и пластичности. Причина уникальности нового материала кроется в том, что его химическая структура успешно скрадывает хрупкость существующих стеклообразных материалов и при этом сохраняет высокий порог выносливости, что в итоге значительно увеличивает усталостную прочность этой синтетической структуры.

21. Карбид вольфрама

Фото: pixabay

Карбид вольфрама – это невероятно твердый материал, обладающий высокой износостойкостью. В определенных условиях это соединение считается очень хрупким, но под большой нагрузкой оно показывает уникальные пластические свойства, проявляющиеся в виде полос скольжения. Благодаря всем этим качествам карбид вольфрама используется в изготовлении бронебойных наконечников и различного оборудования, включая всевозможные резцы, абразивные диски, свёрла, фрезы, долота для бурения и другие режущие инструменты.

20. Карбид кремния

Фото: Tiia Monto

Карбид кремния – один из основных материалов, используемых для производства боевых танков. Это соединение известно своей низкой стоимостью, выдающейся тугоплавкостью и высокой твердостью, и поэтому оно часто используется в изготовлении оборудования или снаряжения, которое должно отражать пули, разрезать или шлифовать другие прочные материалы. Из карбида кремния получаются отличные абразивы, полупроводники и даже вставки в ювелирные украшения, имитирующие алмазы.

19. Кубический нитрид бора

Фото: wikimedia commons

Кубический нитрид бора – это сверхтвердый материал, по своей твердости схожий с алмазом, но обладающий и рядом отличительных преимуществ – высокой температурной устойчивости и химической стойкости. Кубический нитрид бора не растворяется в железе и никеле даже под воздействием высоких температур, в то время как алмаз в таких же условиях вступает в химические реакции достаточно быстро. На деле это выгодно для его использования в промышленных шлифовальных инструментах.

18. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), марка волокон «Дайнима» (Dyneema)

Фото: Justsail

Полиэтилен с высоким модулем упругости обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой вязкостью разрушения (низкотемпературная надёжность). Сегодня его считают самым прочным волокнистым веществом в мире. Самое удивительное в этом полиэтилене то, что он легче воды и одновременно может останавливать пули! Тросы и канаты из волокон Дайнима не тонут в воде, не нуждаются в смазке и не меняют свои свойства при намокании, что очень актуально для судостроения.

17. Титановые сплавы

Фото: Alchemist-hp (pse-mendelejew.de)

Титановые сплавы невероятно пластичные и демонстрируют удивительную прочность во время растяжения. Вдобавок они обладают высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, что делает их крайне полезными в таких областях, как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение.

16. Сплав Liquidmetal

Фото: pixabay

Разработанный в 2003 году в Калифорнийском техническом институте (California Institute of Technology), этот материал славится своей силой и прочностью. Название соединения ассоциируется с чем-то хрупким и жидким, но при комнатной температуре оно на самом деле необычайно твердое, износостойкое, не боится коррозии и при нагревании трансформируется, как термопласты. Основными сферами применения пока что являются изготовление часов, клюшек для гольфа и покрытий для мобильных телефонов (Vertu, iPhone).

15. Наноцеллюлоза

Фото: pixabay

Наноцеллюлозу выделяют из древесного волокна, и она представляет собой новый вид деревянного материала, который прочнее даже стали! Вдобавок наноцеллюлоза еще и дешевле. Инновация имеет большой потенциал и в будущем может составить серьезную конкуренцию стеклу и углеволокну. Разработчики считают, что этот материал вскоре будет пользоваться большим спросом в производстве армейской брони, супергибких экранов, фильтров, гибких батареек, абсорбирующих аэрогелей и биотоплива.

14. Зубы улиток вида «морское блюдечко»

Фото: pixabay

Ранее мы уже рассказали вам о ловчей сети паука Дарвина, которую некогда признали самым прочным биологическим материалом на планете. Однако недавнее исследование показало, что именно морского блюдечка – наиболее прочная из известных науке биологических субстанций. Да-да, эти зубки прочнее паутины Caerostris darwini. И это неудивительно, ведь крошечные морские создания питаются водорослями, растущими на поверхности суровых скал, и чтобы отделить пищу от горной породы, этим зверькам приходится потрудиться. Ученые полагают, что в будущем мы сможем использовать пример волокнистой структуры зубов морских блюдечек в машиностроительной промышленности и начнем строить автомобили, лодки и даже воздушные суда повышенной прочности, вдохновившись примером простых улиток.

13. Мартенситно-стареющая сталь

Фото: pixabay

Мартенситно-стареющая сталь – это высокопрочный и высоколегированный сплав, обладающий превосходной пластичностью и вязкостью. Материал широко распространен в ракетостроении и используется для изготовления всевозможных инструментов.

12. Осмий

Фото: Periodictableru / www.periodictable.ru

Осмий – невероятно плотный элемент, и благодаря своей твердости и высокой температуре плавления он с трудом поддается механической обработке. Именно поэтому осмий используют там, где долговечность и прочность ценятся больше всего. Сплавы с осмием встречаются в электрических контактах, ракетостроении, военных снарядах, хирургических имплантатах и применяются еще во многих других областях.

11. Кевлар

Фото: wikimedia commons

Кевлар – это высокопрочное волокно, которое можно встретить в автомобильных шинах, тормозных колодках, кабелях, протезно-ортопедических изделиях, бронежилетах, тканях защитной одежды, судостроении и в деталях беспилотных летательных аппаратов. Материал стал практически синонимом прочности и представляет собой вид пластика с невероятно высокой прочностью и эластичностью. Предел прочности кевлара в 8 раз выше, чем у стального провода, а плавиться он начинает при температуре в 450℃.

10. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности, марка волокон «Спектра» (Spectra)

Фото: Tomas Castelazo, www.tomascastelazo.com / Wikimedia Commons

СВМПЭ – это по сути очень прочный пластик. Спектра, марка СВМПЭ, – это в свою очередь легкое волокно высочайшей износостойкости, в 10 раз превосходящее по этому показателю сталь. Как и кевлар, спектра используется в изготовлении бронежилетов и защитных шлемов. Наряду с СВМПЭ марки дайнимо спектра популярна в судостроении и транспортной промышленности.

9. Графен

Фото: pixabay

Графен – это аллотропная модификация углерода, и его кристаллическая решетка толщиной всего в один атом настолько прочная, что она в 200 раз тверже стали. Графен с виду похож на пищевую пленку, но порвать его – практически непосильная задача. Чтобы пробить графеновый лист насквозь, вам придется воткнуть в него карандаш, на котором должен будет балансировать груз весом с целый школьный автобус. Удачи!

8. Бумага из углеродных нанотрубок

Фото: pixabay

Благодаря нанотехнологиям ученым удалось сделать бумагу, которая в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Листы из углеродных нанотрубок в 10 раз легче стали, но удивительнее всего то, что по прочности они превосходят в целых 500 раз! Макроскопические пластины из нанотрубок наиболее перспективны для изготовления электродов суперконденсаторов.

7. Металлическая микрорешетка

Фото: pixabay

Перед вами самый легкий в мире металл! Металлическая микрорешетка – это синтетический пористый материал, который в 100 раз легче пенопласта. Но пусть его внешний вид не вводит вас в заблуждение, ведь эти микрорешетки заодно и невероятно прочные, благодаря чему они обладают большим потенциалом для использования во всевозможных инженерных областях. Из них можно изготавливать превосходные амортизаторы и тепловые изоляторы, а удивительная способность этого металла сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать его для накопления энергии. Металлические микрорешетки также активно применяются в производстве различных деталей для летательных аппаратов американской компании Boeing.

6. Углеродные нанотрубки

Фото: User Mstroeck / en.wikipedia

Выше мы уже рассказывали про сверхпрочные макроскопические пластины из углеродных нанотрубок. Но что же это за материал такой? По сути это свернутые в трубку графеновые плоскости (9-ый пункт). В результате получается невероятно легкий, упругий и прочный материал широкого спектра применения.

5. Аэрографен

Фото: wikimedia commons

Известный также как графеновый аэрогель, этот материал чрезвычайно легкий и прочный одновременно. В новом виде геля жидкая фаза полностью заменена на газообразную, и он отличается сенсационной твердостью, жаропрочностью, низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Невероятно, но графеновый аэрогель в 7 раз легче воздуха! Уникальное соединение способно восстанавливать свою изначальную форму даже после 90% сжатия и может впитывать такое количество масла, которое в 900 раз превышает вес используемого для абсорбции аэрографена. Возможно, в будущем этот класс материалов поможет в борьбе с такими экологическими катастрофами, как разливы нефти.

4. Материал без названия, разработка Массачусетского технологического института (MIT)

Фото: pixabay

Пока вы читаете эти строки, команда ученых из MIT работает над усовершенствованием свойств графена. Исследователи заявили, что им уже удалось преобразовать двумерную структуру этого материала в трехмерную. Новая графеновая субстанция еще не получила своего названия, но уже известно, что ее плотность в 20 раз меньше, чем у стали, а ее прочность в 10 раз выше аналогичной характеристики стали.

3. Карбин

Фото: Smokefoot

Хоть это и всего лишь линейные цепочки атомов углерода, карбин обладает в 2 раза более высоким пределом прочности, чем графен, и он в 3 раза жестче алмаза!

2. Нитрид бора вюрцитной модификации

Фото: pixabay

Это недавно открытое природное вещество формируется во время вулканических извержений, и оно на 18% тверже алмазов. Впрочем, алмазы оно превосходит еще по целому ряду других параметров. Вюрцитный нитрид бора – одна из всего 2 натуральных субстанций, обнаруженных на Земле, которая тверже алмаза. Проблема в том, что таких нитридов в природе очень мало, и поэтому их непросто изучать или применять на практике.

1. Лонсдейлит

Фото: pixabay

Известный также как алмаз гексагональный, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но в случае данной модификации атомы располагаются несколько иначе. Как и вюрцитный нитрид бора, лонсдейлит – превосходящая по твердости алмаз природная субстанция. Причем этот удивительный минерал тверже алмаза на целых 58%! Подобно нитриду бора вюрцитной модификации, это соединение встречается крайне редко. Иногда лонсдейлит образуется во время столкновения с Землей метеоритов, в состав которых входит графит.

Топ 10 самых прочных металлов в мире

Использование металлов в повседневной жизни началось на заре развития человечества. В первую очередь была освоена медь, которая доступна в природе и легко поддается обработке. До сих пор археологи при раскопках находят различные медные изделия и домашнюю утварь. В процессе эволюции люди постепенно учились соединять различные металлы, получая все более прочные сплавы, пригодные для изготовления орудий труда, а позже и оружия. В наше время продолжаются эксперименты, благодаря которым можно выявить самые прочные металлы в мире.

10 Титан

Титан – высокопрочный твердый металл, который сразу же привлек к себе внимание. Свойствами титана являются: высокая удельная прочность; стойкость к высоким температурам; низкая плотность; коррозийная стойкость; механическая и химическая стойкость. Титан применяется в военной промышленности, медицине авиации, кораблестроении, и других сферах производства.

---

9 Уран

Самый известный элемент, который считается одним из самых прочных металлов в мире, и в нормальных условиях представляет собой слабый радиоактивный металл. В природе находится как в свободном состоянии, так и в кислых осадочных породах. Он достаточно тяжел, широко распространен повсеместно и обладает парамагнитными свойствами, гибкостью, ковкостью, и относительной пластичностью. Уран применяется во многих сферах производства.

---

8 Вольфрам

Известен как самый тугоплавкий металл из всех существующих, и относится к самым прочным металлам в мире. Представляет собой твердый переходный элемент блестящего серебристо-серого цвета. Обладает высокой прочностью, отличной тугоплавкостью, стойкостью к химическим воздействиям. Благодаря своим свойствам поддается ковке, и вытягивается в тонкую нить. Известен в качестве вольфрамовой нити накаливания.

---

7 Рений

Среди представителей данной группы считается переходным металлом высокой плотности серебристо-белого цвета. В природе встречается в чистом виде, однако встречается в молибденовом и медном сырье. Отличается высокой твердостью и плотностью, и имеет отличную тугоплавкость. Обладает повышенной прочностью, которая не теряется при многократных перепадах температур. Рений относится к дорогим металлам и имеет высокую стоимость. Используется в современной технике и электронике.

---

6 Осмий

Блестящий серебристо-белый металл со слегка голубоватым отливом, относится к платиновой группе и считается одним из самых прочных металлов в мире. Аналогично иридию имеет высокую атомную плотность высокую прочность и твердость. Поскольку осмий относится к платиновым металлам, имеет схожие с иридием свойства: тугоплавкость, твердость, хрупкость, стойкость к механическим воздействиям, а также к влиянию агрессивных сред. Нашел широкое применение в хирургии, электронной микроскопии, химической промышленности, ракетной технике, электронной аппаратуре.

---

5 Бериллий

Относится к группе металлов, и представляет собой элемент светло-серого цвета, обладающий относительной твердостью и высокой токсичностью. Благодаря своим уникальным свойствам бериллий применяется в самых различных сферах производства: ядерной энергетике; аэрокосмической технике; металлургии; лазерной технике; атомной энергетике. Из-за высокой твердости бериллий используется при производстве легирующих сплавов, огнеупорных материалов.

---

4 Хром

Следующим среди самых прочных металлов в мире является хром – твердый, высокопрочный металл голубовато-белого цвета, стойкий к воздействию щелочей и кислот. В природе встречается в чистом виде и широко применяется в различных отраслях науки, техники и производства. Хром используется для создания различных сплавов, которые используются при изготовлении медицинского, а также химического технологического оборудования. В соединении с железом образует сплав феррохром, который используется при изготовлении металлорежущих инструментов.

---

3 Тантал

Тантал является одним из самых прочных металлов в мире. Он представляет собой серебристый металл с высокой твердостью и атомной плотностью. Благодаря образованию на его поверхности оксидной пленки, имеет свинцовый оттенок. Отличительными свойствами тантала являются высокая прочность, тугоплавкость, стойкость к коррозии, воздействию агрессивных сред. Металл является достаточно пластичным металлом и легко поддается механической обработке. Сегодня тантал успешно используется: в химической промышленности; при сооружении ядерных реакторов; в металлургическом производстве; при создании жаропрочных сплавов.

---

2 Рутений

Рутений – серебристый металл, принадлежащий к платиновой группе. Его особенностью является наличие в составе мышечной ткани живых организмов. Ценными свойствами рутения являются высокая прочность, твердость, тугоплавкость, химическая стойкость, способность образовывать комплексные соединения. Рутений считается катализатором многих химических реакций, выступает в роли материала для изготовления электродов, контактов, острых наконечников.

---

1 Иридий

Самый прочный металл – иридий – серебристо-белый, твердый и тугоплавкий, который относится к платиновой группе. В природе высокопрочный элемент встречается крайне редко, и часто входит в соединение с осмием. Из-за своей природной твердости он плохо поддается механической обработке и обладает высокой стойкостью к воздействию химический веществ. Иридий с большим трудом реагирует на воздействие галогенов и перекиси натрия. Этот металл играет важную роль в повседневной жизни. Его добавляют к титану, хрому и вольфраму для улучшения стойкости к кислым средам, применяют при изготовлении канцелярских принадлежностей, используют в ювелирном деле для создания ювелирных изделий. Стоимость иридия остается высокой из-за ограниченного присутствия в природе.

Источник

обработка титана | Технологии, методы и факты

Обработка титана , извлечение титана из его руд и подготовка титановых сплавов или соединений для использования в различных продуктах.

Титан (Ti) — мягкий, пластичный серебристо-серый металл с температурой плавления 1675 ° C (3047 ° F). Благодаря образованию на его поверхности оксидной пленки, которая является относительно инертной химически, он имеет превосходную коррозионную стойкость в большинстве природных сред.Кроме того, он легкий и по плотности (4,51 г на кубический сантиметр) находится где-то посередине между алюминием и железом. Сочетание низкой плотности и высокой прочности обеспечивает наиболее эффективное соотношение прочности к массе среди обычных металлов при температурах до 600 ° C (1100 ° F).

металлический титан

Металлический титан высокой чистоты (99,999%).

Alexander C. Wimmer

Поскольку его атомный диаметр подобен диаметру многих обычных металлов, таких как алюминий, железо, олово и ванадий, титан можно легко легировать для улучшения его свойств.Подобно железу, металл может существовать в двух кристаллических формах: гексагональной плотноупакованной (ГПУ) при температуре ниже 883 ° C (1621 ° F) и объемно-центрированной кубической (ОЦК) при более высоких температурах вплоть до точки плавления. Такое аллотропное поведение и способность легироваться со многими элементами приводят к получению титановых сплавов, которые обладают широким диапазоном механических и коррозионно-стойких свойств.

Хотя титановые руды имеются в большом количестве, высокая реакционная способность металла с кислородом, азотом и водородом в воздухе при повышенных температурах требует сложных и, следовательно, дорогостоящих процессов производства и изготовления.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

История

Титановая руда была впервые обнаружена в 1791 году на песчаных пляжах Корнуолла английским священником Уильямом Грегором. Фактическая идентификация оксида была сделана несколько лет спустя немецким химиком М. Клапрот. Клапрот дал металлической составляющей этого оксида название титан в честь титанов, гигантов греческой мифологии.

Чистый металлический титан впервые был произведен в 1906 или 1910 году компанией M.А. Хантер из Политехнического института Ренсселера (Трой, Нью-Йорк, США) в сотрудничестве с General Electric Company. Эти исследователи полагали, что титан имел температуру плавления 6000 ° C (10800 ° F) и, следовательно, был кандидатом для нити накаливания, но, когда Хантер произвел металл с температурой плавления, близкой к 1800 ° C (3300 ° F), усилия были прекращены. Тем не менее, Хантер указал, что металл обладает некоторой пластичностью, и его метод получения его путем взаимодействия тетрахлорида титана (TiCl ₄ ) с натрием в вакууме был позже коммерциализирован и теперь известен как процесс Хантера.Металл значительной пластичности был получен в 1925 году голландскими учеными А.Э. ван Аркелем и Дж. де Бур, который диссоциировал тетраиодид титана на горячей нити накала в вакуумированной стеклянной колбе.

В 1932 году Уильям Дж. Кролл из Люксембурга произвел значительное количество пластичного титана, объединив TiCl ₄ с кальцием. К 1938 году Кролл произвел 20 килограммов (50 фунтов) титана и был убежден, что он обладает превосходными коррозионными и прочностными свойствами. В начале Второй мировой войны он бежал из Европы и продолжил свою работу в Соединенных Штатах в Union Carbide Company, а затем в U.С. Горное бюро. К этому времени он сменил восстановитель с кальция на металлический магний. Kroll теперь признан отцом современной титановой промышленности, а процесс Kroll является основой для большинства современных производств титана.

Исследование ВВС США, проведенное в 1946 году, показало, что сплавы на основе титана были конструкционными материалами, имеющими потенциально большое значение, поскольку возникающая потребность в более высоких отношениях прочности к весу в конструкциях и двигателях реактивных самолетов не могла быть эффективно удовлетворена ни сталью, ни алюминий.В результате Министерство обороны предоставило производственные стимулы для запуска титановой промышленности в 1950 году. Подобные производственные мощности были созданы в Японии, СССР и Великобритании. После того, как этот импульс был дан аэрокосмической промышленностью, доступность металла открыла возможности для новых применений на других рынках, таких как химическая обработка, медицина, производство электроэнергии и обработка отходов.

Титан — четвертый по распространенности структурный металл на Земле, уступая только алюминию, железу и магнию.Обрабатываемые месторождения полезных ископаемых разбросаны по всему миру и включают участки в Австралии, США, Канаде, Южной Африке, Сьерра-Леоне, Украине, России, Норвегии, Малайзии и некоторых других странах.

Преобладающими минералами являются рутил, который составляет около 95 процентов диоксида титана (TiO ₂ ), и ильменит (FeTiO ₃ ), который содержит от 50 до 65 процентов TiO ₂ . Третий минерал, лейкоксен, представляет собой разновидность ильменита, из которого часть железа была выщелочена естественным путем.В нем нет определенного содержания титана. Минералы титана встречаются в аллювиальных и вулканических образованиях. Месторождения обычно содержат от 3 до 12 процентов тяжелых минералов, состоящих из ильменита, рутила, лейкоксена, циркона и монацита.

Горно-обогатительная промышленность

Хотя известные полезные запасы рутила уменьшаются, месторождения ильменита многочисленны. Обычно добыча ведется открытым способом. Всасывающее ковшовое колесо на плавучей земснаряде подает богатый минералами песок на набор сеток, называемых троммелями, которые удаляют нежелательные материалы.

Обычно минералы отделяются от отходов гравитационным разделением в мокром спиральном концентраторе. Полученные концентраты разделяются, пропуская их через сложную серию электростатического, магнитного и гравитационного оборудования.

Титановые сплавы — обзор

5.2.4 Коррозионная стойкость

Высокая коррозионная стойкость — одна из характеристик титана, но он все равно подвергается коррозии в восстановительной атмосфере, такой как соляная кислота и серная кислота.Но коррозионная стойкость титана улучшается за счет легирования. Чтобы понять, как легирующие элементы влияют на коррозионную стойкость, серия поляризационных кривых измеряется при 343 К как в растворах 10 мас.% H ₂ SO ₄ , так и в растворах 10 мас.% HCl с различными бинарными сплавами Ti-M ( M = Al, V, Cr, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, Mo, Hf и Ta) [6]. Обнаружено, что титановые сплавы с более высокими значениями Bo¯ показывают более низкую критическую плотность анодного тока на кривой поляризации и, следовательно, более высокую коррозионную стойкость даже в растворе 10 мас.% H ₂ SO ₄ при 343 К, как показано на рис.5-10A – B. Аналогичный результат получен и в 10 мас.% Растворе HCl при 343 К [6]. Таким образом, параметр Bo¯ удобен для прогнозирования коррозионной стойкости сплавов Ti в кислых средах, таких как H ₂ SO ₄ и раствор HCl.

Рисунок 5-10. Корреляция скорости коррозии, ΔW , с Bo¯ для (A) ОЦК и (B) ГПУ бинарных сплавов Ti-M в 10% H ₂ SO ₄ при 343K.

С другой стороны, хорошо известно, что пассивация вызывает превосходную коррозионную стойкость титановых сплавов, хотя влияние легирования на пассивацию все еще неизвестно.Morishita et al. [7] смоделировали локальные электронные состояния катода с помощью кластерного метода DV-Xα и предложили модель локальной электрохимической ячейки, показанную на рис. 5-11. Здесь обсуждаются следующие легирующие элементы: M = Re, Os, Ir, Pt, Au, Tc, Ru, Rh, Pd и Ag. Каждый элемент имеет меньшее значение Md , чем Ti, как показано в таблице 5-1, так что перенос заряда происходит в направлении от Ti к M. Следовательно, в модели ячейки, показанной на рис. 5-11, титановая матрица область ведет себя как анод, а область, содержащая легирующий элемент, ведет себя как катод.

Рисунок 5-11. Схематическая модель электрохимической ячейки.

Анодная реакция при водной коррозии выражается как Ti → Ti ²⁺ + 2e ^— , а катодная реакция выражается как 2H ⁺ + 2e ^— → H ₂ . Предполагается, что эта катодная реакция усиливается, когда электроны проводимости локализуются в катодной области и затем плавно разряжаются до H ⁺ , чтобы способствовать выделению водорода на поверхности катода.Следуя этой предложенной модели, тенденция к локализации электронов оценивается по плотности состояний вблизи уровня Ферми, поскольку это мера, показывающая емкость электронов в катодной области, которые переносятся из анодной области. Также тенденция к разряду электронов до H ⁺ связана с высотой уровня Ферми. Это связано с тем, что высокий уровень Ферми создает условия для того, чтобы электроны были слабо связаны с катодной областью и, следовательно, легко разряжались с поверхности катода.

Эта предложенная модель подтверждена экспериментально при измерении поляризационных кривых различных сплавов Ti-0,1 моль% M. Например, катоды, содержащие Ir, Pt, Ru, Rh и Pd, удовлетворяют двум ранее упомянутым условиям для активации катодной реакции. Это связано с тем, что, как показано на рис. 5-12, для всех этих элементов плотность состояний вблизи уровня Ферми достаточно высока, чтобы способствовать локализации электронов, а также сам уровень Ферми достаточно высок, чтобы способствовать плавной разрядке электронов.Экспериментально также установлено, что для любого сплава, содержащего эти элементы, измеренное перенапряжение водорода невелико и кривая катодной поляризации смещается в сторону благородного потенциала. Эти экспериментальные результаты ясно показывают, что катодная реакция действительно усиливается, что согласуется с теоретическим предсказанием. Таким образом, предложенная модель, основанная на расчете молекулярных орбиталей, достаточно хороша для представления локальных электронных состояний катода при водной коррозии.Водородное перенапряжение сплавов и соединений на основе переходных металлов будет представлено в главе 7.

Рисунок 5-12. Электронная модель катодной реакции.

Используя данный подход, Моришита и др. Разработали сплав Ti-0,5% Ni-2% Ta-0,05% Ir. Этот сплав демонстрирует высокую водную коррозионную стойкость даже в любой кислой атмосфере, включая азотную кислоту. Кроме того, Okazaki et al. Разработали новые сплавы типа α + β с более высокой коррозионной стойкостью в кислой атмосфере, чем сплав Ti-6Al-4V (ELI).[8]. Составы сплавов для медицинских имплантатов: Ti-15% Zr-4% Nb-2% Ta-0,2% Pd и Ti-15% Sn-4% Nb-2% Ta-0,2% Pd (мас.%), Которые являются свободными. от токсичных элементов V и Al.

Сталь Vs. Титан | Дорсетное ПО

Сталь и титан являются широко используемыми прочными металлами. Но какой из них лучше и для чего они нужны? Компания по производству металлических покрытий Dorsetware намерена помочь вам ответить на эти вопросы с помощью полезного руководства по двум металлам.

Что сильнее?

При легировании другими металлами, такими как алюминий или ванадий, титан становится значительно прочнее многих сталей. С точки зрения прочности на сдвиг, лучшие титановые сплавы превосходят нержавеющие стали от низкого до среднего класса . Однако нержавеющая сталь высшего сорта прочнее титановых сплавов. Если вам нужна прочность, мы рекомендуем использовать обычный титановый сплав.

Что легче?

Учитывая свою прочность, титан удивительно легкий.По сравнению со сталью по соотношению прочности к весу титан намного превосходит его, поскольку он такой же прочный, как сталь, но на 45% легче. Фактически, титан имеет самое высокое отношение прочности к весу из всех известных металлов.

Использование стали

Нержавеющая сталь широко используется в современном строительстве, поскольку она твердая, гибкая и легко сваривается. Сталь также используется в изделиях с лезвиями, такими как ножи, поскольку она тверже титана. Лезвия из высококачественной стали служат дольше титановых лезвий.Это связано с тем, что сталь часто деформируется дольше, чем титан. Что касается обработки металла, нержавеющая сталь может быть пассивирована, чтобы снизить химическую активность ее поверхности. Его также можно использовать в качестве основного металла и покрыть металлическим покрытием.

Использование титана

Благодаря впечатляющему соотношению прочности и веса титановые сплавы часто используются в прочных изделиях, которые должны быть легкими, например, в теннисных ракетках и велосипедах. Однако он также используется в корпусах судов и гребных валах из-за его устойчивости к морской воде.Что касается металлизации, на титан могут быть применены гальванические услуги, например, для улучшения его внешнего вида может быть добавлена ​​платина.

Хотите узнать больше о стали, титане или наших услугах по нанесению покрытий на металл? Позвоните в Dorsetware сегодня по телефону 01202 677939 или заполните нашу онлайн-форму для связи.

Прядение металлического титана | Helander

Прядение металла предлагает множество преимуществ по сравнению с другими видами обработки металлов давлением, одно из которых — способность работать с различными материалами, включая экзотические металлы и сплавы.Результаты получаются безупречными, однородными и прочными — достаточно прочными, чтобы выдержать любые требования приложения.

Титан — один из таких металлов, который можно использовать при прядении металла для производства деталей для чрезвычайно сложных применений, например, в аэрокосмической промышленности.

Запросить цену

Особенности материала

Титан обладает многими характеристиками алюминия, включая хорошее соотношение прочности и веса, низкую плотность и высокую коррозионную стойкость.Многие титановые сплавы используются в процессах обработки металлов давлением, обычно это алюминий и ванадий; Эти титановые сплавы используются чаще, чем чистый титан.

Характеристики материала

Подобно алюминию, титановые сплавы легки и устойчивы к коррозии, а также имеют низкую плотность; однако они обладают большей прочностью, чем алюминий. Предел прочности на разрыв у титановых сплавов также может быть лучше, чем у стальных материалов, хотя он дороже стали, что делает его полезным, когда необходимы все его характеристики.Титановые сплавы часто используются для изготовления деталей авиакосмической отрасли из-за их высокой прочности и меньшего веса.

Запросить цену

Титан, класс 2

Титан 2-го класса — один из самых популярных и универсальных — отличается от других марок титана более высоким содержанием железа и кислорода. Этот уникальный состав обеспечивает умеренную прочность и отличную коррозионную стойкость, несмотря на легкий вес и низкую плотность материала.

Таким образом, титан Grade 2 желателен для применения в аэрокосмической отрасли и некоторых медицинских устройств, которые имеют строгие ограничения по весу.Титан класса 2 также идеально подходит для многих областей применения, где вес не имеет значения. Комбинация коррозионной стойкости и прочности этого материала делает его отличным выбором для химической обработки, нефтегазовой и морской промышленности, в том числе для сосудов, насосно-компрессорных труб и футеровок. Этому массовому призыву способствует способность класса 2 выдерживать постоянное воздействие температур в диапазоне 800–1000 ° F.

Grade 2 легко подвергается холодной или горячей штамповке, механической обработке и сварке без необходимости предварительной или последующей термообработки.Этот сплав также отличается от других своей высокой пластичностью (что облегчает холодную штамповку) и отличной свариваемостью. Хеландер имеет значительный опыт работы с титаном Grade 2 для широкого спектра применений.

Титан 5-го класса

Титан класса 5, также известный как титан класса 64 или Ti-6AL-4V, представляет собой сплав, состоящий из 6% алюминия, 4% ванадия и примерно 90% титана с максимальным содержанием железа и кислорода 0,25% и 0,2%, соответственно.Включение алюминия и ванадия делает сплав намного прочнее, чем нелегированный титан, при сохранении хороших термических свойств. Как и другие марки, Ti-6AL-4V выдерживает длительные температуры в диапазоне 600-800 ° F.

Несмотря на небольшой вес, он обладает отличной прочностью на растяжение и сдвиг, и его можно подвергать термообработке для дальнейшего улучшения этих качеств. Эта впечатляющая комбинация физических свойств делает титан Grade 5 самым популярным доступным типом титана, который может применяться от компонентов газотурбинных двигателей до спортивного оборудования.Чаще всего он используется в аэрокосмической, морской, химической и энергетической отраслях, хотя по своей природе он чрезвычайно универсален. Хотя титан класса 23 несколько более популярен для медицинских применений, в некоторых случаях все же предпочтительнее титан класса 5, поскольку он имеет тенденцию имитировать человеческую кость лучше, чем другие материалы для имплантатов.

Несмотря на свои превосходные физические свойства и высокую коммерческую доступность, титан Grade 5 имеет некоторые ограничения с точки зрения обрабатываемости. Хотя его можно сваривать и изготавливать, при любом из этих процессов необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы не повредить металл.Другие сорта могут быть более рентабельными в зависимости от желаемого производства. Благодаря нашим возможностям, инструментам и опыту команда Helander полностью оснащена для работы с титаном Grade 5.

Прядение металлов и титан

Титановые сплавы могут использоваться для производства высококачественных деталей методом формования металла, что дает явные преимущества характеристик материала и самого процесса.

Прядение из титана по металлу отличается от формования других металлов тем, что для правильной обработки материала требуются более высокие температуры.Титан имеет ограниченное удлинение, но повышение температуры также увеличивает его удлинение. В связи с этими проблемами необходимо привлечь специалиста по металлу, имеющего опыт работы с этим уникальным материалом.

Helander имеет обширный опыт работы с титаном и другими экзотическими металлами и может производить прочные, стабильные, качественные детали и изделия для различных областей применения.

Новых приложений для титана с 3D печатью

*

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийского океана TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканского RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократической Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl СальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские (Мальвинские) острова Фарерские островаФинляндияФинляндияГермания Югославская Республика МакедонияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные территорииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияГландия GuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао-Томе и ПринсипиСау ди ArabiaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабских EmiratesUnited KingdomUruguayUS Minor Отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U.S.) Острова Уоллис и Футуна Западная Сахара Йемен Югославия Замбия Зимбабве

Знакомство с титановым сплавом

Чистый титан часто смешивают с другими металлами или химическими элементами. Наличие этих дополнительных металлов и химических элементов, известных как титановый сплав, изменяет его физические свойства. Сам по себе чистый титан относительно прочен — примерно такой же, как сталь, — но он становится еще прочнее при смешивании с другими металлами и химическими элементами. Однако титановый сплав имеет и другие преимущества, помимо повышенной прочности.

Что такое титановый сплав?

Титановый сплав — это сплав, состоящий в основном из чистого титана с другими различными металлами или химическими элементами, распределенными повсюду. Его получают путем смешивания титана с другими металлами и химическими элементами в определенном соотношении. После достижения идеального соотношения смеси дают остыть. Затем затвердевший материал продается, отправляется или иным образом используется в качестве титанового сплава.

Классификация титановых сплавов

Хотя весь титановый сплав состоит из чистого титана, смешанного с другими металлами или химическими элементами, существует несколько его классификаций.Например, альфа-титановые сплавы характеризуются использованием альфа-стабилизатора, такого как алюминий или кислород. С другой стороны, титановые сплавы, близкие к альфа, содержат небольшое количество стабилизаторов бета-стадии.

Как и в случае с другими обычно используемыми металлами и сплавами, ASTM International имеет стандарты классификации для титановых сплавов. Эти стандарты варьируются от Grade 1 до Grade 38. Титановый сплав Grade 1 является самым мягким и пластичным типом, что позволяет легко манипулировать им с помощью процессов холодной штамповки металлов.Титан марки 38, напротив, имеет гораздо более высокую прочность на разрыв. Он настолько силен, что военные используют его для производства броневых панелей.

Преимущества титанового сплава

Какие именно преимущества у титанового сплава? Как уже упоминалось ранее, существует множество различных типов титановых сплавов, каждый из которых имеет различную комбинацию и / или соотношение чистого титана к другим металлам или химическим элементам. Следовательно, преимущества титанового сплава варьируются в зависимости от конкретного типа.С учетом сказанного, большинство типов титановых сплавов имеют несколько общих характеристик, которые делают их привлекательным выбором.

Титановый сплав имеет высокую прочность на разрыв. Чистый титан — более прочная сталь, но когда с ним смешиваются правильные металлы или химические элементы, он становится еще прочнее. В результате титановый сплав часто используется там, где требуется исключительно прочный материал.

Помимо прочности, титановый сплав обеспечивает высокий уровень защиты от коррозии.Многие типы титановых сплавов покрыты тонким слоем оксида. Присутствие этого оксида образует барьер, который защищает лежащие под ним металлы от коррозии.

Нет тегов для этого сообщения.

Титан и титановые сплавы — различия и применение

Рынок титана основан на использовании технически чистого титана, а также на различных сплавах. В то время как первый часто используется в химической обрабатывающей промышленности, его сплавы выбираются для изготовления корпусов самолетов и авиационных двигателей, а также других компонентов.В этой статье рассказывается о различиях между титаном и его сплавами, а также о том, когда последний конкретно используется.

Технически чистый титан

Нелегированный титан — легкий и прочный материал. Его прочность на разрыв аналогична прочности углеродистой стали, но вес составляет половину. Чистый титан серебристого цвета, имеет низкую плотность и уникальный блеск.

Титан обладает превосходной коррозионной стойкостью, что делает его идеальным выбором для использования с морской водой (оффшорные и морские среды).Изделия из чистого титана в основном используются из-за их устойчивости к коррозии.

Также стоит отметить, что технически чистый титан может выдерживать повреждения (коррозию), вызванные другими жидкостями, такими как кислотный дождь. По этой причине в настоящее время титан инновационно используется в архитектурных приложениях. Титан также обладает высокой устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением, что делает его еще более интересным в использовании материалом.

С экологической точки зрения титан является экологически чистым материалом.В отличие от других металлов, он не выделяет токсичные ионы тяжелых металлов (они возникают в процессе коррозии, что не является проблемой для титана). Что касается формовки, то титан можно формовать так же легко, как и нержавеющую сталь. Однако его тепловое расширение и усадка выше, чем у нержавеющей стали.

В чистом виде титан имеет четыре различных сорта, каждая из которых обладает различными свойствами (коррозионная стойкость, формуемость / пластичность, прочность и т. Д.). Например, титан марки 1 имеет самую высокую коррозионную стойкость и формуемость, но более низкую прочность.Для сравнения, сорт 4 имеет самую высокую прочность и умеренную формуемость.

Технически чистый титан доступен в различных формах, таких как стержни, кабели, жилы, катушки и плоская проволока. Его можно использовать в медицине, включая ортопедические имплантаты, иглы, швы, зубные имплантаты и даже оправы для очков. Титан имеет высокое соотношение прочности и веса, что означает, что он обладает высокой устойчивостью к повреждениям и одновременно легким.

Титановые сплавы

Титан может быть легирован различными материалами, такими как алюминий и ванадий, полученные сплавы используются в аэрокосмической, химической и энергетической областях.Другие титановые сплавы изготавливаются с молибденом и железом, хромом, никелем, медью, кобальтом. Смесь титана и различных сплавов приводит к увеличению прочности на разрыв и ударной вязкости (даже при экстремальных температурах).

Обладая превосходными механическими свойствами, титановые сплавы могут использоваться в самых сложных условиях. Детали газотурбинных двигателей могут изготавливаться из титановых сплавов, а также различные детали планера, как для коммерческих, так и для военных самолетов.

Атомные электростанции и предприятия пищевой промышленности используют титановые сплавы.Они используются для теплообменников на нефтеперерабатывающих заводах, морских компонентов благодаря своей высокой коррозионной стойкости и, учитывая их биосовместимость, для медицинских протезов.

Титан иногда легируют палладием, полученный сплав демонстрирует повышенную стойкость к коррозии и прочность. Титан-палладиевые сплавы используются там, где требуется отличная коррозионная стойкость. Вы увидите, как они используются в химической перерабатывающей промышленности, а также в хранилищах.

Титановые сплавы подходят для сред, в которых коррозия представляет собой проблему, где есть постоянные колебания между окислением и восстановлением. Одним из наиболее часто используемых титановых сплавов является Ti-6Al-4V, который представляет собой альфа-бета сплав. Этот сплав имеет высокий уровень допусков и подходит для широкого спектра применений.

Альфа-сплавы содержат нейтральные легирующие элементы, а также альфа-стабилизаторы (алюминий, кислород и др.). Они обладают хорошей прочностью и свариваемостью, обладают стойкостью к окислению (даже при использовании при повышенных температурах, что является результатом содержания алюминия).

И титан, и его сплавы можно подвергать термообработке, чтобы повысить их общую прочность, снизить остаточное напряжение и даже оптимизировать вязкость разрушения. Однако альфа-сплавы нельзя подвергать термообработке для улучшения их механических свойств, поскольку они являются однофазными сплавами.

Сплавы, близкие к альфа, содержат пониженное количество стабилизаторов бета-фазы, которые увеличивают их общую пластичность. Стабилизаторы бета-фазы добавляют в количестве 1-2% (чаще всего это кремний, ванадий или молибден).
Альфа-бета-сплавы, как ясно следует из их названия, представляют собой комбинацию бета- и альфа-стабилизаторов. Их можно подвергать термообработке для придания прочности, но стоит отметить, что их формуемость будет снижаться пропорционально вновь полученной прочности (постобработка).

Бета-сплавы имеют высокий процент бета-стабилизаторов, таких как кремний, ванадий или молибден. Они обрабатываются различными растворами и выдерживаются, что приводит к повышению прочности. Бета-сплавы обладают отличной формуемостью и легко поддаются сварке.Их часто можно увидеть в ортодонтии, заменив нержавеющую сталь.

Титан или титановые сплавы — выбор для обслуживания

При принятии решения об использовании нелегированного технически чистого титана или одного из его сплавов производители принимают во внимание основные факторы, такие как прочность и коррозионная стойкость. Механические свойства, такие как плотность, скорость роста усталостной трещины и вязкость разрушения, будут определять состав сплава и необходимость термической обработки.

Технически чистый нелегированный титан обычно предпочтителен для коррозионных применений, так как он имеет более низкую прочность. Такие применения могут включать теплообменники, резервуары и корпуса реакторов для различных отраслей и областей, включая производство электроэнергии, химическую обработку и опреснение.

Когда дело доходит до высокопроизводительных приложений, используются более прочные титановые сплавы. Они используются для разработки газовых турбин и различных конструкций самолетов, а также подводных аппаратов и бурового оборудования.В настоящее время титановые сплавы используются для изготовления биомедицинских имплантатов, а также деталей (рам) велосипедов.

Сплавы, такие как Ti-6Al-4V и Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, используются для морского бурения и геотермальных трубопроводов. Другие сплавы, в том числе Ti-6V-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo + Si, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo + Si, могут использоваться в аэрокосмической промышленности, а также в газовых турбинах.