Свойства титана и его сплавов и сфера их применения

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Каковы свойства титана
• Что добавляют в титан для получения сплава
• Каковы свойства сплавов титана
• Где используют титан и его сплавы

Титановые сплавы обладают таким количеством преимуществ, что это выгодно отличает их от других соединений. Высокая удельная прочность, устойчивость к повышенным температурам, стойкость к коррозии, податливость к сварке – эти и многие другие свойства титана и его сплавов сделали эти материалы особо ценными в сфере металлообработки. В нашей статье мы подробнее рассмотрим все свойства этого удивительного металла.

Характеристики титана

В таблице Менделеева Титан (Ti) можно найти под номером 22. Этот металл и его сплавы являются четырехвалентными. Кипение достигается при температуре +3330 °С, а плавление при +1168 °С.

Выделяют два вида титана, которые имеют идентичный химический состав при разном строении. Это обуславливает отличия в их свойствах. Низкотемпературная α-модификация сохраняет устойчивость только до температуры +882,5 °С, β-модификация может выдерживать большую температуру и сохраняет устойчивость до температуры плавления.

Титан и его сплавы парамагнитны. Удельное электросопротивление этого материала достаточно высоко 5.562*10^-7–7. 837*10^-7 Ом/м. Он отличается низкой восприимчивостью температуры при нагревании. В случае снижения температуры до 0,45 К, титан становится проводником. Сталь и титан внешне очень похожи.

Если сравнивать титан с алюминием или железом, то его плотность и удельная теплоемкость находятся где-то посередине. Зато он обладает высокой механической прочностью, превосходя в этом параметре алюминий в 6 раз, а чистое железо в 13 раз. Данный материал может быть представлен в любой форме: листами, плитами, трубами и прутками.

Механические и технические свойства титана и его сплавов, а также их химический состав определяются маркой материала. В его состав могут входить следующие элементы:

• алюминий;
• молибден;
• ванадий;
• марганец;
• хром;
• олово;
• кремний;
• цирконий;
• железо.

Свойства титана и его сплавов

Стандартно выделяются три категории титановых сплавов:

1. Конструкционные и высокопрочные титановые сплавы. Имеют очень твердый состав, благодаря которому достигается идеальный баланс пластичности и прочности.
2. Жаропрочные титановые сплавы. Имеют твердый состав, включающий в себя определенное количество химического соединения, что несколько снижает пластичность, зато придает высокую жаропрочность.
3. Титановые сплавы на основе химического соединения. Этот жаропрочный состав имеет малую плотность и может составить конкуренцию никелевым соединениям по жаропрочности при определенной температуре.

Сейчас Ti очень широко используют в конструкционной деятельности. Еще 200 лет назад его считали неподходящим для конструирования, но прошло время, и на данный момент это один из самых долговечных и надежных материалов с широким спектром других полезных свойств.

Рассмотрим подробнее самые популярные сплавы титана, их свойства и применение:

Технический титан. Полуфабрикаты технического Ti марок ВТ1-00 и ВТ1-0 поставляются в большом количестве металлургическими заводами. В состав этих марок входят примеси железа, азота, кремния, кислорода, углерода и пр. При этом в разновидности ВТ1-0 примесей значительно больше, чем обуславливается его большая прочность и меньшая пластичность по сравнению со второй маркой. Высокая пластичность этих марок позволяет изготавливать тончайшие изделия, включая фольгу.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Эти материалы не обладают высокой прочностью, поэтому для ее увеличения можно выполнить нагартовку. Правда, при этом снизится пластичность. Нагартовка не является оптимальным методом улучшения свойств данного металла, поскольку пластичность снижается гораздо сильнее, чем повышается прочность. Еще одним недостатком технического Ti является водородная хрупкость. Важно следить за тем, чтобы содержание водорода не превышало 0,008 % в титане ВТ1-00 и 0,01 % в ВТ1-0.

• Сплав ВТ5 (ВТ5Л).

Для легирования сплава ВТ5 (ВТ5Л) использовали лишь алюминий, который является самым распространенным легирующим средством. Особые свойства алюминия привели его к лидирующим позициям среди всех лигирующих добавок:

1. алюминий является природным материалом, который можно легко найти и стоит недорого;
2. меньшая по сравнению с Ti плотность алюминия позволяет значительно повышать удельную прочность получаемого состава;
3. чем больше в составе алюминия, тем более жаропрочное соединение получается, также увеличивается сопротивление ползучести соединения;
4. включение в состав алюминия позволяет улучшить показатели модулей упругости;
5. повышение объема алюминия в соединении снижает их водородную хрупкость.

По сравнению с техническим Ti, для марки ВТ5 характерны такие свойства, как большая прочность и жароустойчивость. Улучшение данных свойств приводит к снижению технологической пластичности Ti. Соединение ВТ5 в горячем состоянии может быть подвергнуто штамповке, ковке и прокату, что позволяет производить профильную, прутковую и штамповочную продукцию. Но основной сферой применения является фасонное литье (марка ВТ5Л), а не металл в деформированном состоянии.

Соединение ВТ5-1 включено в систему Ti-Al-Sn. Технологические свойства титана и его сплавов с алюминием улучшаются за счет олова. Это приводит к снижению окислительных процессов и увеличению сопротивления ползучести. Прочностные свойства этого сплава титана позволяют отнести его к соединениям средней прочности. При этом ВТ5-1 не поддается надрезам, предел его выносливости с достаточным запасом, уровень жаропрочности достигает +450 °С.

С технологической точки зрения ВТ5-1 более предпочтителен (по сравнению с ВТ5). Основная сфера применения: поковки, листы, профили, плиты, штамповки, трубы, проволока и другие виды полуфабрикатов, производимых под давлением.

Соединение образуется путем сваривания. При этом основной материал и сварное соединение обладают одинаковой прочностью. Воздействие высокой температурой не повышает прочности ВТ5-1.

Если необходимо работать при криогенных температурах, то надо контролировать содержание примесей в материале, поскольку превышение допустимого порога может приводить к повышению хладноломкости. Маркировка ВТ5-1кт обозначает состав с пониженным содержанием примесей.

В европейских странах соединение Ti-5A1-2,5Sn используют двумя способами: по стандартному назначению и для работы при криогенных температурах. Состав для криогенной работы маркируют Ti-5AI-2,5Sn ELI и также для поддержания его свойств следят за уровнем примесей.

Высокотехнологичное соединение с малой прочностью маркируют ОТ4-0. Под давлением в результате горячей обработки марганец способен повысить технологичность состава. Это сплав титана псевдо-α-класса с небольшим количеством β-фазы. Не подлежит термическому упрочнению. Сфера применения: поковки, листы, прутки, ленты, штамповки и полосы. Легко принимает нужную форму при холодной и горячей обработке. Допускается даже штамповка в условиях комнатной температуры. Свойства материала прекрасно подходят для сварочных работ.

Среди наиболее технологичных можно выделить сплав титана ОТ4-1. Обладает следующими свойствами: малопрочный, малолегированный псевдо-α-класса системы Ti-Al-Mn, прекрасно деформируется. Можно менять форму этого титанового сплава как в горячем, так и в холодном состоянии. Сфера применения: поковки, листы, профили, плиты, ленты, прутки, полосы и трубы.

На холодную в основном выполняется листовая штамповка, не требующая сложной формы. Если необходимо изготовить более сложную по форме деталь, то желательно подогреть материал до +500 °С. Свойства ОТ4-1 позволяют использовать его для выполнения сварочных работ любым способом. При этом основной металл и сварное соединение будут обладать одинаковой прочностью и пластичностью.

Для полного отжига необходима температура +640…+690 °С (подходит для изготовления листовых полуфабрикатов и их производных) и +740…+790 °С (для изготовления поковок, прутков, штамповки и пр.).

Для неполного отжига достаточно температуры +520…+560 °С. Среди свойств, которые понижают ценность данного сплава, можно выделить невысокую прочность и излишнюю водородную хрупкость (для поддержания оптимальных свойств металла необходимо содержание водорода не более 0,005 %).

Сферы применения титана и его сплавов

Свойства титана и его сплавов нашли широкое применение в ракетной, авиационной и судостроительной отраслях. Титан и ферротитан являются лигирующими добавками к стали. Кроме этого, они могут выступать в качестве раскислителя.

Широкое распространение технический титан получил при изготовлении изделий, подвергающихся агрессивному воздействию среды (например, трубопроводы, клапаны, химические реакторы, арматура и пр.). Даже в электровакуумных приборах, работа которых тесно связана с высокой температурой, сетки и некоторые другие детали изготовлены из этого устойчивого материала.

Среди конструкционных материалов титан занимает четвертое место (после железа, алюминия и магния). Важным свойством титанового сплава с алюминием является высокая стойкость к окислению и повышению температуры, что особенно актуально для авиационной и автомобильной промышленности. Пищевая промышленность и восстановительная хирургия по достоинству оценили такое свойство этого материала, как биологическая безопасность для здоровья человека.

Разнообразие свойств титана и его сплавов довольно широко: высокая механическая прочность, устойчивость к повышению температуры, удельная прочность, стойкость к коррозии, низкая плотность и многие другие. Несмотря на высокую стоимость этого металла, затраты могут быть компенсированы более длительным сроком эксплуатации. А в некоторых ситуациях только этот материал способен выдержать работу в конкретных условиях.

Для авиастроения большое значение имеет такое свойство, как легкость материала в сочетании с высокой прочностью. Возможность использовать легкий Ti для работы в среде, где преобладают высокие температуры, выгодно отличает его от алюминия. Эти свойства титана и его сплавов позволяют использовать их при изготовлении обшивки самолетов, деталей шасси и крепления, и даже для конструирования реактивных двигателей. При этом масса изделия снижается на 10–25 %. Элементы воздухозаборников, лопатки и диски компрессоров, крепеж и многие другие детали производятся именно из титановых сплавов.

Ракетостроение также не обходится без данного материала, поскольку здесь необходимо решать сразу несколько проблем, возникающих из-за слишком малого срока работы двигателей при быстром прохождении плотных слоев атмосферы. Такие проблемы, как статическая выносливость, ползучесть и усталостная прочность, можно преодолеть за счет использования титана.

Свойства технического титана не соответствует в полной мере запросам авиационной отрасли, поскольку он не обладает достаточной тепловой прочностью. Зато его свойство сопротивляться коррозии нашло свое применение в судостроительной и химической промышленности. Здесь с его помощью изготавливают насосы для перекачки кислоты или соли, компрессоры, трубопроводы и запорную арматуру.

Емкости и фильтры из этого материала не поддаются негативному влиянию серной и соляной кислоты, а также растворам хлора. Помимо этого, Ti входит в состав материала для изготовления теплообменников, работающих в агрессивной среде (к примеру, в азотной кислоте). В области судостроения его можно встретить в обшивке подводных лодок и других кораблей, в материале торпед и гребных винтов. Удивительные свойства титана и его сплавов способствуют тому, что ракушки просто не налипают на такие детали. Вследствие этого снижается сопротивление судна во время движения.

Повсеместное использование соединений этого металла могло бы приобрести колоссальные темпы, если бы не его высокая стоимость и малая распространенность.

В промышленности соединения титана используются с разными целями в зависимости от их свойств. Так, высокая твердость карбида позволяет изготавливать из него режущие инструменты и абразивы. В производстве бумаги и пластика нашел свое применение белый диоксид. Кроме этого, с помощью него изготавливаются титановые белила.

В лакокрасочной и химической промышленности титаноорганические соединения используются как отвердитель и катализатор. Также в качестве добавки Ti применяют в химической, стекловолоконной и электронной промышленности, где идут в дело его неорганические соединения. Из нитрида титана изготавливают специальное покрытие для инструментов, а для обработки металлов чаще используют диборид как компонент, придающий твердость.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

металл: описание, свойства, характеристики, применение цена вес спрос

Физические характеристики и цвет

Напоминаем, что титан весьма легкий и прочный материал. Имеет серебристый цвет беловатого оттенка. Имеется 2 возможных формата существования – при низкой температуре и при высокой. Все это имеет место быть при нормальном атмосферном давлении.

Как и любое другое вещество, титан имеет свою границу плавления, и она равна 1670 градусам по Цельсию. Процесс кипения имеет место быть при температуре 3287 ^оС. Такая характеристика, как хрупкость приобретается титаном при достижении температуры в -80 ^оС. Удельная теплоемкость металла равна 0,523 кДж/кг·K. Стоит заметить, что еще одним преимуществом титана и его сплавов является независимость его прочности от температуры и прочих формах давления извне. Прочие характеристики титана:

• Теплопроводность — 21,9Вт/(м·К) при 20 C.
• Модуль твердости — 800МПа
• Модуль упругости — 103ГПа
• Модуль сдвига — 39,2ГПа
• Предел текучести — 160МПа
• Твердость — 716МПа

Нельзя забыть и прочих характеристиках титана. Как мы уже говорили ранее, при стандартной температуре окружающей среды, поверхность титана покрывается оксидной пленкой, которая придает металлу высокую стойкость в агрессивных кислотных средах. Но не от всякого воздействия может защитить эта пленка – она не имеет никакой силы в щелочных средах.

Помнить следует и о высокой вязкости металла. Этот параметр можно отнести скорее к минусам металла, т.к. при его обработке, при резании, например, титан буквально «облепляет» режущую часть фрезы. Поэтому при обработке титана не обойтись без специального покрытия резца различными защищающими жидкостями. Без них вы нес можете долгий период времени заниматься обработкой титана – так что не скупитесь на обработку.

Химические характеристики титана

Помимо оксидной пленки на поверхности, титан имеет и прочие интересные свойства, одно из которых – воспламеняемость. Как в этом случае титан находит такое обширное применение в различных областях промышленности? Ответ на самом деле очень прост – воспламеняем не сам титан – воспламеняется мелкозернистый порошок, полученный в результате после «помола» титана. Температура вспышки весьма высокая – более четырехсот градусов Цельсия. Так что при обработке металла и его сплавов всегда нужно быть начеку, помнить, что стружка титана и его порошок могут воспламениться при определенных условиях.

Многие металлы страдают неустойчивостью к хлору и производным из него растворам, но титан обладает этой уникальной характеристикой. Как неоднократно отмечалось ранее, большая часть кислот не способны повредить титан, это под силу лишь фтороводородной кислоте, может это сделать и серная концентрированная кислота.

Температура, при которой титан без измельчения может загореться – 1200 градусов Цельсия. Цвет огня – тускло белый.

В зависимости от температуры нагревания могут происходить различные химические реакции с окружающей средой. С хлором, от которого в обычных условиях титан полностью защищен, он может начать реагировать уже при температуре в 550 градусов, однако такой температуры очень трудно достигнуть в обычных условиях, поэтому титан остается настолько востребован

Металл может быть подвергнут изменениям и в органической среде. Связано это, по большей части, с той самой пленкой, о которой мы столько говорили ранее. Гидриды и оксиды, являющиеся составными частями этой самой оксидной пленки, при существенном повышении концентрации воды могут изменить параметры коррозийной устойчивости титана на более высокий уровень.

Сплавы титана ценятся весьма высоко на рынке. Связанно это, в первую очередь, весом самого титана и его прочностью, сравнимую с прочностью стали. Вес алюминия и твердость стали – то, за что титан по праву востребован в промышленности. Сплавы данного металла могут применяться для нужд нефтяной промышленности, реакторы для создания различных соединений химическим способом особенно остро нуждаются в увеличении темпов производства титана. Сплавы титана применяются так же и при создании насосных систем, в частности – самих насосом. Легкость и прочность – вот его явные преимущества перед конкурентными металлами из этой отрасли. Военные также не забывают про титан – они активно налаживают серийное производство тяжелого вооружения, требующего стандартных характеристик прочности, но при этом существенного меньшего веса, к примеру – броня военных поездов, самолетов, вертолетов, деталей для них. Нашел он применение и для нужд военно-морского флота, в частности – корпуса многих судов, а особенно подводных ложок изготавливаются из титана. И вовсе неожиданная, но тем не менее, крайне популярная среда применения титана – медицина. Легкость и прочность титана, а так же его инертность смогли сделать его неимоверно популярным и основным компонентом различных протезов, заменяющих ноги, руки и прочие части тела. Стоматологические протезы из титана также крайне популярны и востребованы на рынке.

История открытия титана

История открытия данного металла насчитывает несколько вех. Одной из первых таких историй считается факт обнаружения титана учеными Клапротом (Германия) и Грегором(Англия). Проводя спектр различных исследований, в частности земли с повышенным содержанием железа, английский ученый смог изучить оксид неизвестного доселе вещества. Приблизительно в это же время, ученый из Германии, исследуя обнаруженный им минерал рутил, так же столкнулся с полиморфной модификацией TiO2. Рутил представлял собой не привычный нам оксид титана серебристо-белого цвета, но золотисто-желтый минерал с несовершенной спайностью, чья кристаллическая структура представляет собой ленты TiO6, вытянутыми вдоль своей четверной оси восьмиугольниками. Считается, что чем светлее и белее рутил – тем меньше в нем примесей и большее содержание титана.

Вернемся к нашим ученым, вернее, к немцу Клапроту. В очередной раз он начал изучать вещество, найденное в рутиле, сравнил его с веществом, обнаруженным Грегором и пришел к выводу, что их блистательные умы обнаружили новый металл.

Говоря об этих выдающихся открывателях, нам нельзя забывать и о французах, чьи ученые нашли следы титана в минерале анатазе. Позже Воклен, знаменитый французский химик, доказал, что рутил и анатаз – это соединения титана.

Но как же извлекать титан в промышленных масштабах? Решение этого вопроса длилось около 100 лет. Одним из решений на этом временном отрезке попробовали предложить голландские ученые, выделившие титан методом температурного расщепления из его иодида. Однако такой способ было тяжело реализовать в промышленных масштабах, ведь до начала 50-х годов 20-го века у человечества не возникало острой потребности в активном применении данного металла. Но патент на магнийтермический метод восстановления титана из соединения данного метала. Это соединение носит название тетрахлорид. И пусть минуло 70 лет с момента изобретения данного метода – он до сих пор используется как самый надежный, наименее затратный и наиболее удобный способ для добычи титана в промышленных объемах.

Соединения, содержащие титан.

Титан встречается в природе весьма часто. Процент содержания данного металла в недрах земли – 0,57, что является 10-м результатом среди прочих. При этом, всего лишь несколько горных пород могут похвастаться содержанием этого ценного металла в них. Обычно, титан можно найти в глине или же в сланцах, но там среднее содержание в них составляет примерно четыре с половиной килограмма на тонну породы.

К сожалению, все поиски титана в чистом виде в природе оказались безрезультатными – найти его можно по принципу оксида алюминия – он концентрируется в различных осадочных горных породах.

Стоит так же отметить, что в природе существуют и такие глины, в которых можно найти практически 27-30 процентов титана. Это обуславливается выветриванием горных пород, к которому титан проявляет значительную стойкость.

Где найти титановые руды?

Основные запасы находятся на территориях Южной Африки, Азии а так же на материке Австралия. Присутствует титан и на территории РФ.

Запасы руды.

Резервные фонды диоксида титана (TiO2) составляют около 800 млн тонн по данным на 2002 год. Эти данные составлены без учета запаса титана, находящегося на территории России. Наша страна занимает второе место по миру по залежам руд, пригодных для получения титана. Самое большое месторождение руды располагается неподалеку от города Ухта и их суммарный вес составляет примерно 2.000.000.000 тонн. Ученые из Соединенных Штатов Америки подсчитали, что всех месторождений титана, известных на данный момент времени хватит на 150 лет при условии сохранения темпов работ по изготовлению титана.

Пригодность руды и получение металла

Начнем этот пункт с информации о возможных рудах, пригодных для получения металла:

• Титановая руда
• Рутиловая руда
• Ильменитовая руда

Данные руды являются основным источником самого важного – сырья для получения самого титана, и это сырье – диоксид титана. Самым большим преимуществом диоксида является относительная чистота его химического состава. Иначе говоря – он содержит минимальное количество различных сторонних добавок. Но тут же вскрывается и его проблема – природные запасы диоксида сильно ограничены, в этой связи, для изготовления рутилового концентрата применяются шлаки либо искусственные аналоги диоксида.

Одним из видов получения порошка диоксида титана является восстановительная обработка посредством печи ильменита. При этом железо изменяет свои свойства, переходя в чугун. Шлак же подвергается сернокислотной обработке (Возможен и пирометаллургический вариант обработки).

При пирометаллургической обработке мы получаем пары тетрахлорида титана. После этого данное вещество подвергается процессу восстановления при помощи магния.

Метод FFC Cambridge

Нельзя не вспомнить и о методе FFC Cambridge. Метод стал весьма популярным, во многом благодаря тому, что с его помощью можно обеспечить непрерывное создание нужного нам металла непосредственно из его окисла. Метод весьма интересен – ванна наполняется электролитом, составляющими частями которого являются известь(негашёная) и CaCl2. Непосредственно в ванной устанавливаются электроды, основой которых является графит. Начинается подача тока, которая повышает температуру в ванной до тысячи градусов по Цельсию. В этот момент начинает происходить химическая реакция: кальций и кислород разделяются, происходит процесс окисления анода, затем катод, со временем, начинает превращаться в губку, состоящую полностью из желанного титана. Полученное сырье отправляется в лабораторию, где ему предстоит пройти процесс очищения, а также переплавка. В этом и состоит процесс преобразования хлорида титана в чистый металл по методу FFC Cambridge.

Промышленность и титан – области применения

Как уже было отмечено ранее, титан очень активно применяется в различных областях промышленности. Титановые сплавы не менее востребованы, чем металл в чистом виде. Изготовление титановых элементов – задание весьма непростое, но люди уже научились делать это с заметной легкостью. В этом нам помогают графитные формы, в которые непосредственно будет залит расплавленный титан и вакуумные печи. Единственным минусом этого метода является сложность изготовления форм из графита. По этой причине, применения титана в различных произведениях искусства крайне мало. Одно из значимых произведений – статуя памяти Юрию Гагарину и его подвигу. Примечательно, что титан до сих пор активно применяется при строительстве ракет, космических станций и прочих элементов. Заказ правительства СССР на этот памятник был реализован к началу Олимпийских Игр 1980 года в Москве. На его изготовление ушло 12 тонн титанового сплава ВТ5Л. Всего год потребовался светлейшим советским умам, трудившимся на литейно-механическом заводе в Балашихе, чтобы создать это величайшее сооружение. Как и отмечалось ранее – очень трудно изготавливать графические формы, поэтому самым трудоемким был процесс выливания трехсоткилограммового лица Юрия Алексеевича. Этот памятник стал первым в мире, выполненным из титана. Сейчас скульптура Гагарина на Ленинском проспекте – объект культурного наследия страны.

Примечателен и один из специальных сплавов титана – нитинол. Люди из систем здравоохранения по всему миру активно пользуются данным сплавом, ведь он обладает прекрасной физической памятью.

Сплавы титана и алюминия могут встречаться в различных процентных концентрациях. Их преимущества в работе с окружающей средой, ведь благодаря добавлению алюминия, этот сплав стойко переносит температурное воздействие из агрессивных сред, в том числе, повышается и стойкость к окислению. Эти сплавы хорошо подходят в автомобилестроении и авиационной промышленности – многие детали в автомобилях, по большей части в его ходовой части, сделаны из этого сплава. Узлы соединения, детали двигателей и прочие запчасти для самолетов и вертолетов так же исполнены и сплава титана и алюминия.

Не осталась в стороне и нефтедобывающая промышленность. Как и отмечалось в начале описания, невозможно представить себе насосное оборудование без титана. При изготовлении высоковакуумных насосов было бы преступлением обойтись без применения сплавов титана.

Легирование титана

Давайте плотнее разберемся с легирующими добавками в титан, ведь все 3 группы оказывают различные влияния на прочностные характеристики титана. Начнем с таких компонентов, как нейтральные упрочнители – они не оказывают никакого влияние на состояние расплава, в отличие от стабилизаторов групп альфа и бета, но существенно упрочняют итоговый продукт. Альфа стабилизаторы применяют для снижения температуры преобразования, бета же наоборот – к повышению.

Альфа стабилизаторы

1. Al- алюминий
2. O2- кислород
3. N – азот

Бета стабилизатор

1. Ce — церий
2. Fe – железо

Нейтральные упрочнители

1. Zr –цирконий
2. Si – кремний

Два самых популярных сплава – сплавы BT6 и Ti-6Al-4V. Последний нашел наиболее активное применение в зарубежных странах. В его состав входят алюминий и ванадий. Для изготовления этих сплавов во всем мире расходуется около 50% всего добываемого титана.

Применяется титан и в случаях, когда необходимо раскислять сталь, удаляя из нее различные добавки – азотные, серные и прочее. Полученный сплав называют ферротитан, и он имеет в своем составе 75% железа и 25% титана.

Обратимся к истории. В 1980-х годах большая часть (65%) всего получаемого в мире титана расходовалась в ракетной и авиационной промышленности. Доля применения в химической промышленности составляла около 15 процентов. В судостроении было задействовано лишь 8% титана, а 10 процентов были необходимы энергетической отрасли. На данный момент картина существенно не изменилась, лишь увеличилась доля химической промышленности. Связано это в первую очередь с началом активного применения диоксидов титана при изготовлении красок и бумаги. Даже пищевая промышленность не обошлась без задействования титана титана – он входит в пищевую добавку Е171. Дидрид титана нашел себе применение в изготовлении высокопрочных режущих инструментов. Покрытие из дидрида титана по физическим свойствам напоминает золото, но при этом значительно его дешевле, и именно поэтому он так же нашел себе применение в строительстве различных религиозных сооружений – православных церквей и мусульманских мечетей.

Автомобильные титановые диски получили широкое распространение среди стритрейсеров и профессиональных гонщиков, ведь они существенно облегчают вес автомобиля, при этом давая существенную прочность. При изготовлении данных дисков, автопромышленники применяют ту же технологию, что и авиаинженеры при изготовлении шасси самолетов – технологию горячей штамповки

Виды изготавливаемой продукции из титана.

Как неоднократно отмечалось раннее – титан несет в себе уникальные свойства, полностью компенсирующие значительную стоимость изделий.

Наша компания занимает лидирующие позиции на рынке продажи титановых изделий и на сегодняшний день мы готовы предложить вам высококачественный товар, прошедший все проверки, полностью сертифицирован и готовый к продаже.

1. Проволока из титана
2. Прутки из титана
3. Титановый лист
4. Ленты из титана
5. Трубы из титана

Каждый из представленных выше элементов несет в себе огромный потенциал к применению в вашей компании. В любой момент времени вы сможете проконсультироваться с менеджером нашей компании, подобрать нужный вам продукт, и оформить заказ на поставку материала.

Спрос

К 2006 году потребление титана в мире примерно составляло следующую картинку:

• 60 % — лако-красочные материалы;
• 20 % — пластик и полимеры;
• 13 % — целлюлозно-бумажная промышленность;
• 7 % — машиностроение.

Цена

Цена на титан составляет в среднем от 6 до 7 USD за килограмм, в зависимости от чистоты сплава.

Чистота и марка чернового титана регламентирована ГОСТом по его твёрдости, которая зависит от примесей, содержащихся в сплаве.

Теплопроводность, плотность и другие физические свойства титана Ti

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

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

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

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

Плотность титана равна 4500 кг/м³ при комнатной температуре. При нагревании титан расширяется и его плотность снижается. Плотность жидкого титана имеет значение 4120 кг/м³. Теплоемкость титана при температуре 27°С составляет величину 530,8 Дж/(кг·град) и при повышении температуры растет.

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

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

Источники:
1. В.Е. Зиновьев. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах.
2. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.

Украшения из титана: свойства и описание

Нам очень интересен этот металл тем, что он, кроме своей прочности, еще и позволяет сделать очень интересную палитру цветов с помощью окисидирования, вставить в украшения золото или просто придать им более интеренсный вид с помощью разнообразных камней. Надеюсь, мы вас заинтересовали и вы с удовольствием ознакомитесь с этим интересным металлом.

Сегодня мы расскажем о главных особенностях этого необычного металла, причинах столь его высокой популярности и о том, как правильно за ним ухаживать.

Титан — это один из металлов в таблице Менделеева, то есть он является естественным природным элементом (не сплав). Это один из самых легких металлов в мире и к тому же очень прочный — прочнее золота, серебра, стали. Естественный цвет титана — серебристый белый. Добавление примесей делает титан еще более прочным. Этот металл не относится к драгоценным, поэтому пробу на нем не ставят

Этот тугоплавкий металл открыли приблизительно в 1790 году, но тогда учёные умы совершенно не представляли, чем он может быть полезен. В то время с ним не умели работать, а за сложность обработки прозвали «Titan», как некогда древние греки называли богов, обладающих огромной силой и мужеством.

Спустя 120 лет, только в 1910 году, англичане начали процесс извлечения титана из руды. Этот процесс постоянно улучшался, и уже к середине 1940-х годов американцы решили использовать его в военной авиации.

Основными критериями в таком выборе послужили:

• соотношение прочности к весу;
• устойчивость к перепадам температур;
• доступная цена;
• антикоррозийные свойства металла.

Начиная с 40-х годов прошлого века титан активно используют в:

Кораблестроении

Самолетостроении

Ракетостроении

Титан — материал будущего

Он является одним из пяти биологически совместимых элементов и не вызывает аллергических реакций даже на самой чувствительной коже. Титан необычайно легкий, но очень прочный материал. Благодаря этим уникальным свойствам 85% конструкционных материалов в космической технике — титан и его сплавы. Украшения производятся именно из авиационного титана.

Часовщики и ювелиры обратили своё внимание на титан не так давно. Впервые его применили для изготовления часов в 1980 году. Первопроходцами стали специалисты из Porsche Design и IWC. Объединив свои силы, компании выпустили титановые часы, которые произвели настоящий фурор. Вскоре после этого появились еще две модели — Ocean 2000 и Ocean 500 — работающие под водой на глубине до 2000 и до 500 метров соответственно.

Главное преимущества титановых часов в том, что они:

• очень лёгкие;
• имеют приятный металлический блеск;
• чем-то схожи по внешним признакам с платиной.

Правда, по деформации и подверженности царапинам такие часы уступают изделиям из стали.

В ювелирном деле титан изначально стали использовать для изготовления обручальных колец, украшений для пирсинга и мужских аксессуаров.

Обручальных колец

Мужских аксессуаров

Его обработка является довольно сложной и затратной, требует определённых знаний и навыков у мастера, поэтому созданием украшений из титана занимается далеко не каждый ювелир. Но есть и те, кто достиг высшего мастерства в обработке этого металла. Например, китайский ювелир Уоллес Чан изготавливает из титана настоящие произведения искусства в виде драгоценных цветов, насекомых или рыб

У титана есть одно интересное свойство: при определённом окислении, нагреве или смешивании с другими металлами он может менять свой цвет. В чистом виде это серый металл, но после обработки он может приобрести зелёный, синий, лиловый и даже красный оттенок. Ювелирные дома пользуются той особенностью в создании своих коллекций.

Как и любые другие украшения, изделия из титана нуждаются в правильном уходе. Существует заблуждение, что этот металл не царапается. На самом деле он может потерять привлекательный внешний вид из-за агрессивного контакта с алмазом, другим металлом или наждачной бумагой. В то же время, титан не боится морской воды, пота и абразивных моющих средств.

Уход за титановыми украшениями

Их нужно хранить отдельно от других украшений, желательно в бархатном мешочке или шкатулке. Во время работы с другими металлами или наждачной бумагой, следует снимать титановое кольцо.

Для профилактики царапин и мелких деформаций, раз в полгода ювелирные изделия из титана необходимо относить на полировку и чистку. Соблюдая эти несложные правила, вы сможете уберечь свои украшения от повреждений. Они будут всегда выглядеть достойно и эффектно.

Основные качества титановых украшений

Любители титановых украшений ценят этот металл за его несколько особых качеств:

• Красивый внешний вид. Кольца из титана не менее красивы, чем из серебра и золота. Их делают и простые — только из металла, и с декором — с различными камнями (в том числе с бриллиантами), вставками, напылениями и так далее. Они могут быть глянцевыми и матовыми, а также различного цвета — синие, черные, фиолетовые и другие.
• Относительно низкая цена. Кольца из титана дешевле, чем из золота. Сам металл стоит недорого, но для его обработки нужно иметь дорогое оборудование. Это образует большую часть цены изделий.
• Прочность. Обручальные кольца из титана более устойчивы к физическим и химическим (например, от бытовой химии) воздействиям, чем золотые или серебряные. Фактор прочности здесь важен, ведь эти кольца люди обычно носят практически не снимая.
• Гипоаллергенность. Титан не окисляется, не ржавеет, не вступает в реакцию ни с какими веществами, находясь на человеческом теле. Люди, у которых есть аллергия на серебро, золото и сплавы, могут позволить себе носить титановые украшения.
• Легкость. Так как титан очень легкий металл, то даже крупные украшения из него обладают относительно маленьким весом.

Недостатки титановых украшений

Из-за прочности материала их очень сложно как-то изменить, в отличие от золотых ювелирных изделий, которые легко переплавить в новые. Если возникнет внештатная ситуация, когда украшение из титана нужно будет распилить, чтобы снять (обычным способом кольцо не снимается, например, потому что палец опух из-за травмы), то сделать это будет очень и очень нелегко.

Титановые кольца

Приобретая такой атрибут, можно быть уверенным в том, что кольца переживут не только своих владельцев, но и много поколений их потомков. Инертные свойства металла и его поразительная твердость послужили причиной его использования при производстве протезов и вооружения — именно эти свойства будут гарантировать долгую службу колец из титана

Титановые кольца не:

• потускнеют;
• не заржавеют;
• не окрасят ваш палец в зеленый цвет.

Драгоценные металлы склонны меняться в цвете с течением времени. А порой оставляют непривлекательные следы на коже. Титан же, оправдывая звание инертного металла, не вступает в химические реакции и сохраняет первозданный вид столетиями.

Титановые кольца не «похудеют» от трения и не погнутся. И вновь виной уникальные свойства металла — а точнее, его поразительная твердость. Этому веществу не страшно ничего — оно чувствует себя комфортно и на пальце невесты, и в двигателе самолета A380 (с той лишь разницей, что на кольцо уходит несколько граммов, а на двигатель самолета — около 11 тонн титана).

Титановые кольца абсолютно не вызывают аллергию. Этот фактор может стать решающим для тех, кто страдает болезненной реакцией на золото или серебро.

Титан

Титан особо ценится за низкую плотность в сочетании с высокой прочностью и отличной стойкостью к коррозии. Максимальный показатель прочности на разрыв чистого титана может достигнуть 740 Н/мм2, а показатель такого сплава как LT 33, содержащего алюминий, ванадий и олово, достигает 1200 Н/мм2. Температурный коэффициент расширения металла составляет около половины от температурного коэффициента расширения нержавеющей стали и меди, и одну третью часть от данного коэффициента алюминия. Его плотность составляет около 60% от плотности стали, одну вторую от плотности меди и в 1.7 раз больше, чем у алюминия. Его модуль упругости составляет половину от модуля упругости нержавеющей стали, что делает его стойким и прочным к ударам.Авиакосмическая промышленность остается самым крупным потребителем этого металла. Титановые сплавы, способные к функционированию при температурах от 0°С до 600°С, используются в авиадвигателях для дисков, лопастей, валов и корпусов. Высокопрочные сплавы широко используются в производстве различных деталей, входящих в конструкцию летательных аппаратов — от мелких крепежных деталей, которые весят несколько граммов, до тележек шасси и больших крыльевых балок, вес которых достигает 1 тонны. Титан может составлять 10 процентов ненагруженного веса некоторых серийных пассажирских самолетов. Сейчас титан в основном потребляется в виде диоксида титана — нетоксичного белого пигмента, который используют для производства красок, бумаги, пластмассы и косметики.

Начало

Хотя о существовании титановых минералов известно более 200 лет, серийное производство титана и пигмента диоксида титана для продажи началось не раньше 1940 года. В.Дж.Кроли запатентовал метод производства титана методом угле-хлорирования титанового диоксида в 1938году. Этот элемент был назван в честь Титанов из греческой мифологии немецким химиком МТ.Клапрот, который успешно отделил диоксид титана от рутила в конце восемнадцатого века.

Американское Геологическое управление подсчитало, что добыча ильменита в мире в 2004 году в целом составила 4.8 млн тонн, в то время как добыча рутила в мире в целом составила 400 000 тонн. Ильменит обеспечивает потребность в титановых минералах в мире на 90%. По подсчетам Американского Геологического управления мировые ресурсы анатаза, рутила и ильменита в общем составляют более двух миллиардов тонн.

Производство

Первый этап в производстве титана заключается в изготовлении губки путем хлорирования руды рутила. Хлор и кокс соединяют с рутилом для создания тетрахлорида титана, который затем в замкнутой системе соединяют с магнием для производства титановой губки и хлорида магния. Магний и хлорид магния извлекают для переработки путем использования вакуумного дистилляционного процесса или технологического процесса выщелачивания, создателем которого является Кроль. Основными производителями титановой губки являются США, Россия, Казахстан, Украина, Япония и Китай.

Метод вакуумно-дугового переплава или электронно-лучевая холодная подовая печь используются для плавки губки со скрапом и/или легирующими элементами, такими как ванадий, алюминий, молибден, олово и цирконий для производства переплавленных электродов. Данные электроды можно вновь переплавить методом вакуумно-дугового переплава для производства материала по наиболее строгим спецификациям в авиакосмической сфере и в сфере высоких технологий, или их можно отлить прямо в слябы.

Слитки ВДП имеют цилиндрическую форму и могут весить до 7.94 тонн. Их куют для изготовления слябов или биллетов или используют для прецизионного литья. Методом прокатки производят плиты, листы прутки, стержни и проволоку. Трубы производят из нарезанных из листов штрипсов.

Применение

В повседневной жизни титан обычно ассоциируется с ценными изделиями, такими как наручные часы, оправы для очков, спортивные товары и ювелирные изделия, но кроме этого он широко используется в авиации, а также в других областях, в которых титан, благодаря сочетанию своих физических свойств и био-совместимости, имеет преимущества перед другими металлами. В зависимости от непосредственного назначения, титан конкурирует с никелем, нержавеющей сталью и циркониевыми сплавами.

Многообещающие признаки роста показывает автомобильный сектор. В системах подвесок, например, замена стальных пружин на титановые дает преимущество в виде уменьшения веса на 60%. Также титан применяют в производстве коленчатых валов, соединительных тяг и выхлопных систем. Электростанции и заводы по опреснению морской воды также являются важными областями для роста применения титана. В то же время идет развитие производства титановых подложек для компьютерных жестких дисков.

ICSC 1230 — ТЕТРАХЛОРИД ТИТАНА

Титан (Ti) — химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду

Химический элемент, Ti, атомный номер 22 и атомная масса 47,90. Его химическое поведение имеет много общего с кремнеземом и цирконием как элементом, принадлежащим к первой переходной группе. Его химический состав в водном растворе, особенно в более низких степенях окисления, имеет некоторое сходство с химическим составом хрома и ванадия. Титан — это светильник из переходного металла бело-серебристо-металлического цвета.Он прочный, блестящий, устойчивый к коррозии. Чистый титан не растворяется в воде, но растворяется в концентрированных кислотах. Этот металл образует пассивное, но защитное оксидное покрытие (ведущее к коррозионной стойкости) при воздействии повышенных температур на воздухе, но при комнатной температуре он сопротивляется потускнению.

Основная степень окисления — 4+, хотя состояния 3+ и 2+ также известны, но менее стабильны. Этот элемент горит на воздухе при нагревании до диоксида TiO ₂ и в сочетании с галогенами.Он восстанавливает водяной пар с образованием диоксида и водорода и аналогично реагирует с горячими концентрированными кислотами, хотя образует трихлорид с хлороводородной кислотой. Металл поглощает водород с образованием TiH ₂ и образует нитрид TiN и карбид TiC. Другими известными соединениями являются сера TiS ₂ , а также низшие оксиды Ti ₂ O ₃ и TiO, а также сера Ti ₂ S ₃ и TiS. Соли известны в трех степенях окисления.

Области применения

Диоксид титана широко используется в качестве белого пигмента в наружных картинах, поскольку он химически инертен, обладает большой покрывающей способностью, непрозрачностью для повреждения УФ-светом и способностью к автоочистке. Диоксид также однажды использовался в качестве отбеливающего и успокаивающего агента в фарфоровых эмалях, придавая им последний штрих большой яркости, твердости и кислотостойкости. Типичная помада содержит 10% титана.

Титановые сплавы характеризуются очень высокой прочностью на разрыв даже при высоких температурах, малым весом, высокой коррозионной стойкостью и способностью выдерживать экстремальные температуры.Благодаря этим свойствам они в основном используются в самолетах, трубах для электростанций, бронировании, военно-морских кораблях, космических кораблях и ракетах. Титан прочен, как сталь, но на 45% легче.

В медицине титан используется для изготовления эндопротезов бедра и колена, кардиостимуляторов, костных пластин и винтов, черепных пластин при переломах черепа. Он также использовался для прикрепления ложных тезисов.

Титанаты щелочноземельных металлов обладают некоторыми замечательными свойствами. Уровень диэлектрической проницаемости варьируется от 13 для MgTiO ₃ до различных миллиардов для твердых растворов SrTiO3 в BaTiO ₃ .Титанат бария также имеет диэлектрическую постоянную 10.000, близкую к 120 ° C, что является его точкой Кюри; он имеет низкий диэлектрический гистерезис. Керамические преобразователи, содержащие титанат бария, выгодно отличаются от соли Рошеля с точки зрения термической стабильности и с кварцем с точки зрения силы воздействия и способности формировать керамику в различных формах. Компаунд использовался как генератор ультразвуковых колебаний и как детектор звука.

Титан в окружающей среде

Хотя в природе он не обнаружен несвязанным с другими элементами, титан является девятым по распространенности элементом в земной коре (0.63% по массе) и присутствует в большинстве магматических пород и в образовавшихся на них отложениях. Важными минералами титана являются рутил, брукит, анатаз, илменит и титанит. Основная добываемая руда, ильменит, встречается в виде обширных залежей песка в Западной Австралии, Норвегии, Канаде и Украине. Крупные месторождения рутила в Северной Америке и Южной Африке также вносят значительный вклад в мировые поставки титана. Мировое производство металла составляет около 90 000 тонн в год, диоксида титана — 4.3 миллиона тонн в год.

Диоксид титана TiO ₂ обычно находится в черной или коричневатой форме, известной как рутил. В природе реже встречаются анатасит и бруквит. И чистый рутил, и чистый анатасит белые. Черный основной оксид FeTiO ₃ находится в естественной форме в виде природного минерала, называемого ильменитом; это основной коммерческий источник титана.

Биологическая роль титана неизвестна.В организме человека обнаруживается количество титана, и, по оценкам, мы принимаем около 0,8 мг / день, но большая часть проходит через нас, не адсорбируясь. Это не ядовитый металл, и человеческий организм может переносить титан в больших дозах.

Элементарный титан и диоксид титана обладают низкой токсичностью. У лабораторных животных (крыс), подвергшихся воздействию диоксида титана при вдыхании, в легких образовывались небольшие локализованные участки темных отложений пыли. Чрезмерное воздействие на людей может привести к незначительным изменениям в легких.

Последствия чрезмерного воздействия титанового порошка: Вдыхание пыли может вызвать ощущение стеснения и боли в груди, кашель и затрудненное дыхание. Попадание на кожу или в глаза может вызвать раздражение. Пути попадания: Вдыхание, контакт с кожей, попадание в глаза.

Канцерогенность: Международное агентство по изучению рака (IARC) включило диоксид титана в группу 3 (агент не классифицируется по его канцерогенности для человека).

Низкая токсичность.Металлический титан в виде металлического порошка представляет значительную опасность возгорания, а при нагревании на воздухе — опасность взрыва.

О воздействии на окружающую среду не сообщалось.

А теперь посмотрите нашу страницу «Титан в воде»

Вернитесь к периодической таблице элементов

Химические и физические свойства титана

Титан — прочный металл, используемый в человеческих имплантатах, самолетах и ​​многих других изделиях. Вот факты об этом полезном элементе:

Основные факты

Изотопы

Известно 26 изотопов титана от Ti-38 до Ti-63.Титан имеет пять стабильных изотопов с атомными массами 46-50. Самый распространенный изотоп — это Ti-48, составляющий 73,8% всего природного титана.

Недвижимость

Титан имеет температуру плавления 1660 +/- 10 ° C, точку кипения 3287 ° C, удельный вес 4,54, валентность 2, 3 или 4. Чистый титан — это блестящий белый металл с низкой плотностью и высокой прочностью. , и высокая коррозионная стойкость. Он устойчив к разбавленным серной и соляной кислотам, влажному газообразному хлору, большинству органических кислот и растворам хлоридов.Титан пластичен только в том случае, если он не содержит кислорода. Титан горит на воздухе и является единственным элементом, который горит в азоте.

Титан диморфен, гексагональная форма a медленно меняется на кубическую форму b около 880 ° C. Металл соединяется с кислородом при температуре красного каления и с хлором при 550 ° C. Титан прочен, как сталь, но на 45% легче. Металл на 60% тяжелее алюминия, но в два раза прочнее.

Металлический титан считается физиологически инертным.Чистый диоксид титана достаточно прозрачный, с чрезвычайно высоким показателем преломления и оптической дисперсией выше, чем у алмаза. Природный титан становится очень радиоактивным при бомбардировке дейтронами.

использует

Титан важен для легирования алюминия, молибдена, железа, марганца и других металлов. Титановые сплавы используются в ситуациях, когда требуется легкая прочность и способность выдерживать экстремальные температуры (например, в аэрокосмической отрасли).Титан можно использовать в опреснительных установках. Металл часто используется для деталей, которые должны подвергаться воздействию морской воды. Титановый анод, покрытый платиной, может использоваться для обеспечения катодной защиты от коррозии от морской воды.

Поскольку металлический титан инертен в организме, он может применяться в хирургии. Диоксид титана используется для изготовления искусственных драгоценных камней, хотя получаемый камень относительно мягкий. Астеризм звездчатых сапфиров и рубинов является результатом присутствия TiO ₂ .Диоксид титана используется в красках для дома и художников. Краска стойкая и обеспечивает хорошее покрытие. Это отличный отражатель инфракрасного излучения. Краска также используется в солнечных обсерваториях.

Пигменты оксида титана составляют наибольшее использование элемента. Оксид титана используется в некоторых косметических средствах для рассеивания света. Тетрахлорид титана используется для иридирования стекла. Поскольку соединение сильно дымится на воздухе, оно также используется для создания дымовых завес.

Источники

Титан — 9-й элемент земной коры по распространенности.Он почти всегда находится в магматических породах. Он встречается в рутиле, ильмените, сфене и многих железных рудах и титанатах. Титан содержится в угольной золе, растениях и в организме человека. Титан содержится на солнце и в метеоритах. Камни с миссии Аполлона 17 на Луну содержали до 12,1% TiO ₂ . Скалы из более ранних миссий показали более низкий процент диоксида титана. Полосы оксида титана видны в спектрах звезд M-типа. В 1946 году Кролл показал, что титан можно производить в промышленных масштабах, восстанавливая тетрахлорид титана магнием.

Физические данные

Общая информация

• Титан был обнаружен в черном песке, известном как ильменит. Ильменит представляет собой смесь оксидов железа и оксидов титана.
• Уильям Грегор был пастором прихода Маннакан, когда он обнаружил титан. Он назвал свой новый металл «манакканит».
• Немецкий химик Мартин Клапрот заново открыл новый металл Грегора и назвал его титаном в честь Титанов, греческих мифологических существ Земли. Название «титан» было предпочтительнее и в конечном итоге было принято другими химиками, но признало Грегора как первого первооткрывателя.
• Чистый металлический титан не был выделен Мэтью Хантером до 1910 года — через 119 лет после его открытия.
• Примерно 95% всего титана используется в производстве диоксида титана, TiO ₂ . Диоксид титана — чрезвычайно яркий белый пигмент, используемый в красках, пластмассах, зубной пасте и бумаге.
• Титан используется в медицинских процедурах, потому что он нетоксичен и не реагирует на организм.

Список литературы

• Лос-Аламосская национальная лаборатория (2001)
• Crescent Chemical Company (2001)
• Справочник Ланге по химии (1952)
• CRC Handbook of Chemistry & Physics (18-е изд.)
• База данных ENSDF Международного агентства по атомной энергии (октябрь 2010 г.)

Свойства и характеристики титана

Титан — прочный и легкий тугоплавкий металл. Титановые сплавы имеют решающее значение для аэрокосмической промышленности, а также используются в медицинском, химическом и военном оборудовании, а также в спортивном оборудовании.

На долю авиакосмической промышленности приходится 80% потребления титана, а 20% металла используется в броне, медицинском оборудовании и потребительских товарах.

Свойства титана

• Атомный символ: Ti
• атомный номер: 22
• Категория элемента: переходный металл
• Плотность: 4,506 / см ³
• Точка плавления: 3038 ° F (1670 ° C)
• Точка кипения: 5949 ° F (3287 ° C)
• Твердость по Моосу: 6

Характеристики

Сплавы, содержащие титан, известны своей высокой прочностью, малым весом и исключительной коррозионной стойкостью.Несмотря на то, что титан такой же прочный, как сталь, он примерно на 40% легче по весу.

Это, наряду с его устойчивостью к кавитации (быстрым изменениям давления, вызывающим ударные волны, которые со временем могут ослабить или повредить металл) и эрозии, делает его важным конструкционным металлом для аэрокосмических инженеров.

Титан также обладает огромной устойчивостью к коррозии как в воде, так и в химических средах. Это сопротивление является результатом тонкого слоя диоксида титана (TiO ₂ ), который образуется на его поверхности, через которую эти материалы чрезвычайно трудно проникнуть.

Титан имеет низкий модуль упругости. Это означает, что титан очень гибкий и может возвращаться к своей первоначальной форме после изгиба. Сплавы с эффектом памяти (сплавы, которые могут деформироваться в холодном состоянии, но возвращаются к своей первоначальной форме при нагревании) важны для многих современных приложений.

Титан немагнитен и биосовместим (нетоксичен, не вызывает аллергии), что привело к увеличению его использования в медицине.

История

Использование металлического титана в любой форме по-настоящему расширилось только после Второй мировой войны.Фактически, титан не был выделен как металл до тех пор, пока американский химик Мэтью Хантер не произвел его путем восстановления тетрахлорида титана (TiCl ₄ ) натрием в 1910 году; метод, теперь известный как процесс Хантера.

Однако коммерческое производство началось только после того, как Уильям Джастин Кролл показал, что титан также можно восстанавливать из хлорида с помощью магния в 1930-х годах. Процесс Кролла и по сей день остается наиболее распространенным методом коммерческого производства.

После того, как был разработан рентабельный метод производства, титан впервые широко использовался в военной авиации.И советские, и американские военные самолеты и подводные лодки, спроектированные в 1950-х и 1960-х годах, начали использовать титановые сплавы. К началу 1960-х годов титановые сплавы начали использовать и производители коммерческих самолетов.

Область медицины, особенно зубные имплантаты и протезирование, осознала полезность титана после того, как исследования шведского врача Пера-Ингвара Бранемарка, проведенные в 1950-х годах, показали, что титан не вызывает отрицательного иммунного ответа у людей, позволяя металлу интегрироваться в наши тела в процессе называется остеоинтеграцией.

Производство

Хотя титан является четвертым по распространенности металлическим элементом в земной коре (после алюминия, железа и магния), производство металлического титана чрезвычайно чувствительно к загрязнению, особенно кислородом, что объясняет его относительно недавнее развитие и высокую стоимость.

Основными рудами, используемыми в первичном производстве титана, являются ильменит и рутил, на которые, соответственно, приходится около 90% и 10% добычи.

В 2015 году было произведено около 10 миллионов тонн титанового минерального концентрата, хотя только небольшая часть (около 5%) титанового концентрата, производимого каждый год, в конечном итоге оказывается в металлическом титане.Вместо этого большинство из них используется в производстве диоксида титана (TiO ₂ ), отбеливающего пигмента, используемого в красках, пищевых продуктах, лекарствах и косметике.

На первом этапе процесса Кролла титановая руда измельчается и нагревается с коксующимся углем в атмосфере хлора с получением тетрахлорида титана (TiCl ₄ ). Затем хлорид улавливается и пропускается через конденсатор, в котором образуется жидкий хлорид титана с чистотой более 99%.

Затем тетрахлорид титана направляют непосредственно в сосуды, содержащие расплавленный магний.Чтобы избежать загрязнения кислородом, его делают инертным за счет добавления газообразного аргона.

Во время последующего процесса дистилляции, который может занять несколько дней, сосуд нагревают до 1832 ° F (1000 ° C). Магний реагирует с хлоридом титана, отделяя хлорид и образуя элементарный титан и хлорид магния.

Волокнистый титан, который получается в результате, называется титановой губкой. Для производства титановых сплавов и слитков титана высокой чистоты титановую губку можно плавить с различными легирующими элементами с помощью электронно-лучевой, плазменной или вакуумно-дуговой плавки.

Характеристики Титан || КОБЕ СТАЛЬ, ООО.

Факты и характеристики титана: Руководство производителя

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

Что такое титан?

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

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

История титана

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

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

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

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

Характеристики титана

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

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

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

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

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

Некоторые другие свойства титана включают:

• Отличные теплопередающие свойства
• Высокая температура плавления — 3135 градусов по Фаренгейту (это на 400 градусов выше точки плавления стали и на 200 градусов выше, чем у алюминия)
• Высокая устойчивость к минералам, кислотам и хлоридам
• Нетоксичен — подходит для использования в медицинских устройствах, которые вводятся в тело человека
• Высокая степень электрического сопротивления

Проблемы титана

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

Как производится титан?

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

Процесс Кролла

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

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

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

История прокатки титана в Ульбрихе

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

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

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

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

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

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

Типы титана и их применение

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

Диоксид титана

Диоксид титана, также известный как оксид титана, выпускается в виде мелкодисперсного белого титанового порошка. Придает изделиям ярко-белый оттенок. Он создается, когда титан естественным образом взаимодействует с кислородом.Эта форма титана чрезвычайно популярна в повседневных продуктах, таких как бумага, пластик, солнцезащитный крем, зубная паста, косметика, краски и даже клеи.

Титановые сплавы и области применения

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

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

Марки технически чистого титана и их применение

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

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

Правильный титан для вашего применения

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

% PDF-1.3 % 5 0 obj > эндобдж xref 5 113 0000000016 00000 н. 0000002606 00000 н. 0000003028 00000 н. 0000003237 00000 н. 0000003464 00000 н. 0000004253 00000 н. 0000004462 00000 н. 0000004502 00000 н. 0000004524 00000 н. 0000006908 00000 н. 0000006930 00000 н. 0000009191 00000 п. 0000009213 00000 н. 0000011813 00000 п. 0000012687 00000 п. 0000012902 00000 н. 0000012924 00000 п. 0000016027 00000 п. 0000016049 00000 п. 0000018432 00000 п. 0000018595 00000 п. 0000018860 00000 п. 0000019006 00000 п. 0000019362 00000 п. 0000019805 00000 п. 0000020121 00000 п. 0000021128 00000 п. 0000021415 00000 п. 0000021767 00000 п. 0000022145 00000 п. 0000022815 00000 п. 0000023575 00000 п. 0000024233 00000 п. 0000024896 00000 п. 0000025159 00000 п. 0000025604 00000 п. 0000025807 00000 п. 0000026377 00000 п. 0000026987 00000 п. 0000027358 00000 п. 0000027538 00000 п. 0000027679 00000 н. 0000027838 00000 п. 0000028025 00000 п. 0000028068 00000 п. 0000028211 00000 п. 0000028782 00000 п. 0000029016 00000 н. 0000029241 00000 п. 0000029408 00000 п. 0000029601 00000 п. 0000029644 00000 п. 0000030044 00000 п. 0000030766 00000 п. 0000030944 00000 п. 0000031559 00000 п. 0000032009 00000 п. 0000032421 00000 п. 0000032860 00000 п. 0000033464 00000 н. 0000033914 00000 п. 0000034554 00000 п. 0000035241 00000 п. 0000036099 00000 п. 0000037166 00000 п. 0000037659 00000 п. 0000038018 00000 п. 0000038516 00000 п. 0000039104 00000 п. 0000039741 00000 п. 0000040132 00000 п. 0000041174 00000 п. 0000041969 00000 п. 0000042674 00000 п. 0000043150 00000 п. 0000043815 00000 п. 0000044347 00000 п. 0000045053 00000 п. 0000045533 00000 п. 0000046127 00000 п. 0000046522 00000 п. 0000046963 00000 н. 0000047394 00000 п. 0000047936 00000 п. 0000048536 00000 п. 0000049049 00000 н. 0000049570 00000 п. 0000049872 00000 п. 0000050344 00000 п. 0000050754 00000 п. 0000051323 00000 п. 0000052093 00000 п. 0000052561 00000 п. 0000053320 00000 п. 0000053848 00000 п. 0000054284 00000 п. 0000054993 00000 п. 0000055336 00000 п. 0000055619 00000 п. 0000056226 00000 п. 0000056249 00000 п. 0000058377 00000 п. 0000058487 00000 п. 0000059284 00000 п. 0000059504 00000 п. 0000059527 00000 п. 0000062129 00000 п. 0000062152 00000 п. 0000064653 00000 п. 0000066135 00000 п. 0000071920 00000 п. 0000002678 00000 н. 0000003006 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 6 0 obj > эндобдж 116 0 объект > поток Hb«g` * c«`f8

Физические свойства титана | Центр обработки титана

Ценность титана во всем, от аэрокосмического дизайна до хирургического оборудования, напрямую связана с его физическими характеристиками.Хотя титан является одним из самых распространенных металлов в земной коре, и поскольку технологии его добычи и обработки продолжают совершенствоваться, он, вероятно, будет применяться во многих других промышленных, медицинских и других продуктах.

Титан легкий, прочный и чрезвычайно устойчивый к коррозии. Он имеет блестящий темно-серый / серебристый вид и не токсичен для человеческого тела (вот почему он используется в хирургических инструментах). Однако, лучше понимая его физические свойства, легче понять, почему этот металл так полезен.

Предел прочности на разрыв — Титан и его сплавы имеют предел прочности на разрыв от 20 000 фунтов на квадратный дюйм до более 200 000 фунтов на квадратный дюйм. Титан товарного качества обычно составляет около 63000 фунтов на квадратный дюйм. Самая мягкая марка технически чистого титана составляет около 240 МПа, а высокопрочные сплавы могут достигать 1400 МПа. Техническая чистота сорта 4 может достигать 552 МПа.

Вес — Титан примерно на 45% легче стали. Хотя он на 60% тяжелее алюминия, он вдвое прочнее.

Плотность — При 4,54 грамма на кубический сантиметр титан примерно на 56% плотнее стали.

Твердость — Когда кислород поглощается поверхностью титана при закалке металла, это может значительно увеличить твердость поверхностного слоя.