Ιδιότητες και λειτουργίες του μετάλλου τιτανίου

Το κράμα τιτανίου είναι ένα ελαφρύ, ανθεκτικό στη διάβρωση και υψηλής αντοχής υλικό και η εφαρμογή που προκύπτει σε smartphones μπορεί να βελτιώσει τη συνολική αντοχή, την αντίσταση στις πτώσεις και την αντοχή στις γρατσουνιές του τηλεφώνου. Ωστόσο, το κράμα τιτανίου είναι ένα δύσκολο υλικό στην επεξεργασία και η εισαγωγή πλαισίων από κράμα τιτανίου είναι μια πρόκληση στην τεχνολογία CNC. Γιατί πιστεύουμε ότι το κράμα τιτανίου είναι ένα δύσκολο στη μηχανή υλικό; Ας αναγνωρίσουμε μαζί τις ιδιότητές του.
Το τιτάνιο είναι ένα στοιχείο με ατομικό αριθμό 22 στον περιοδικό πίνακα, ένα στοιχείο υποομάδας του τέταρτου κύκλου, δηλαδή, η ομάδα IVB, η οποία είναι μια ομάδα στοιχείων εκτός από το τιτάνιο, το ζιρκόνιο και το άφνιο, των οποίων κοινό χαρακτηριστικό είναι το υψηλό σημείο τήξης και το σχηματισμός σταθερού φιλμ οξειδίου στην επιφάνειά του σε θερμοκρασία δωματίου.
1, χαμηλή πυκνότητα, υψηλή αντοχή, ειδική αντοχή
Η πυκνότητα του τιτανίου είναι 4,51 g/cm3, το 57% του χάλυβα, το τιτάνιο είναι λιγότερο από δύο φορές βαρύτερο από το αλουμίνιο, τρεις φορές ισχυρότερο από το αλουμίνιο. Η ειδική αντοχή του κράματος τιτανίου (αναλογία αντοχής/πυκνότητας) είναι το μεγαλύτερο από τα συνήθως χρησιμοποιούμενα βιομηχανικά κράματα (βλ. Πίνακα 1), η ειδική αντοχή του κράματος τιτανίου είναι 3,5 φορές εκείνη του ανοξείδωτου χάλυβα, το κράμα αλουμινίου 1,3 φορές εκείνη του κράματος μαγνησίου 1,7 φορές, επομένως είναι απαραίτητα δομικά υλικά για την αεροδιαστημική βιομηχανία.
2, εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση
Η παθητικότητα του τιτανίου εξαρτάται από την παρουσία ενός φιλμ οξειδίου, το οποίο έχει πολύ καλύτερη αντίσταση στη διάβρωση στα οξειδωτικά μέσα παρά στα αναγωγικά μέσα. Υψηλής ταχύτητας διάβρωση εμφανίζεται στα μέσα μείωσης. Το τιτάνιο δεν διαβρώνεται σε ορισμένα διαβρωτικά μέσα, όπως το θαλασσινό νερό, το υγρό αέριο χλώριο, τα διαλύματα χλωρίτη και υποχλωριώδους άλατος, το νιτρικό οξύ, το χρωμικό οξύ, τα χλωρίδια μετάλλων, τα σουλφίδια και τα οργανικά οξέα. Ωστόσο, σε μέσα που αντιδρούν με το τιτάνιο για την παραγωγή υδρογόνου (π.χ. υδροχλωρικό και θειικό οξύ), το τιτάνιο έχει συνήθως μεγάλο ρυθμό διάβρωσης. Ωστόσο, εάν μια μικρή ποσότητα οξειδωτικού παράγοντα προστεθεί στο οξύ, θα σχηματιστεί ένα φιλμ παθητικοποίησης στην επιφάνεια του τιτανίου. Επομένως, το τιτάνιο είναι ανθεκτικό στη διάβρωση σε μείγματα ισχυρού θειικού οξέος-νιτρικού οξέος ή υδροχλωρικού οξέος-νιτρικού οξέος, ακόμη και σε υδροχλωρικό οξύ που περιέχει ελεύθερο χλώριο. Το προστατευτικό φιλμ οξειδίου του τιτανίου σχηματίζεται συχνά όταν το μέταλλο συναντά νερό, ακόμη και σε μικρές ποσότητες νερού ή υδρατμών. Εάν το τιτάνιο εκτεθεί σε ένα έντονα οξειδωτικό περιβάλλον απουσία νερού, λαμβάνει χώρα ταχεία οξείδωση και βίαιες αντιδράσεις, ακόμη και αυθόρμητη καύση. Τέτοια φαινόμενα έχουν συμβεί όταν το τιτάνιο αντιδρά με ατμίζον νιτρικό οξύ που περιέχει περίσσεια οξειδίου του αζώτου και όταν το τιτάνιο αντιδρά με ξηρό αέριο χλώριο. Επομένως, μια ορισμένη ποσότητα νερού είναι απαραίτητη για την πρόληψη τέτοιων αντιδράσεων.
3, καλή αντοχή στη θερμότητα
Συνήθως το αλουμίνιο στους 150 βαθμούς, ο ανοξείδωτος χάλυβας στις 310 μοίρες που είναι η απώλεια της αρχικής απόδοσης και το κράμα τιτανίου στους 500 βαθμούς περίπου εξακολουθούν να διατηρούν καλές μηχανικές ιδιότητες. Όταν η ταχύτητα του αεροσκάφους φτάσει 2,7 φορές την ταχύτητα του ήχου, η θερμοκρασία της επιφάνειας της δομής του αεροσκάφους φτάνει τους 230 βαθμούς, τα κράματα αλουμινίου και τα κράματα μαγνησίου δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν, ενώ τα κράματα τιτανίου μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις. Η θερμική αντίσταση του τιτανίου είναι καλή, χρησιμοποιείται για τον αεροσυμπιεστή του δίσκου και της λεπίδας και το δέρμα της πίσω ατράκτου του αεροσκάφους.
4, καλή απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία
Ορισμένα κράματα τιτανίου (όπως Ti-5AI-2.5SnELI) αντέχουν με τη μείωση της θερμοκρασίας και την αύξηση, αλλά η πλαστικότητα δεν μειώνεται πολύ, εξακολουθούν να έχουν καλή ολκιμότητα και σκληρότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες, κατάλληλα για χρήση σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πυραυλοκινητήρες ξηρού υγρού υδρογόνου και υγρού οξυγόνου ή σε επανδρωμένα διαστημόπλοια για δοχεία και κουτιά αποθήκευσης εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας.
5, μη μαγνητικό
Το τιτάνιο είναι μη μαγνητικό, χρησιμοποιείται σε υποβρύχια κελύφη, δεν θα προκαλέσει την έκρηξη των ναρκών.
6, μικρή θερμική αγωγιμότητα
Η θερμική αγωγιμότητα του τιτανίου είναι μικρή, μόνο 1/5 χάλυβα, αλουμίνιο 1/13, χαλκός 1/25. Η κακή θερμική αγωγιμότητα είναι ένα μειονέκτημα του τιτανίου, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτό το χαρακτηριστικό του τιτανίου.
7, χαμηλός συντελεστής ελαστικότητας
Ο συντελεστής ελαστικότητας του τιτανίου είναι μόνο 55% του χάλυβα, ως δομικό υλικό, ο χαμηλός συντελεστής ελαστικότητας είναι ένα μειονέκτημα.
8, η αντοχή σε εφελκυσμό και η αντοχή διαρροής είναι πολύ κοντά
Ti{0}}AI-4V αντοχή εφελκυσμού από κράμα τιτανίου 960 MPa, αντοχή διαρροής 892 MPa, η διαφορά μεταξύ των δύο είναι μόνο 58 MPa.
9, το τιτάνιο οξειδώνεται εύκολα σε υψηλές θερμοκρασίες
Το τιτάνιο με ισχυρό συνδυασμό υδρογόνου και οξυγόνου, πρέπει να δώσουμε προσοχή για να αποτρέψουμε την οξείδωση και την απορρόφηση του υδρογόνου. Η συγκόλληση τιτανίου πρέπει να πραγματοποιείται με προστασία αργού για την αποφυγή μόλυνσης. Οι σωλήνες και οι πλάκες τιτανίου πρέπει να υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία υπό κενό, θερμική επεξεργασία σφυρηλάτησης τιτανίου για τον έλεγχο της μικροοξειδωτικής ατμόσφαιρας.
10, χαμηλή αντίσταση απόσβεσης
Το τιτάνιο και άλλα μεταλλικά υλικά (χαλκός, χάλυβας) κατασκευασμένα από το ίδιο σχήμα και μέγεθος του ρολογιού, με την ίδια δύναμη να χτυπά κάθε ρολόι θα διαπιστώσουν ότι το ρολόι από τιτάνιο ταλαντώνεται μέχρι τον ήχο μιας μεγάλης ώρας, δηλ. η ενέργεια που δίνεται στο ρολόι δεν είναι εύκολο να εξαφανιστεί, οπότε λέμε ότι η απόδοση απόσβεσης του τιτανίου είναι χαμηλή.