Titaani omadused ja funktsioonid

Titaan on perioodilisuse tabelis aatomnumbriga 22 element. Neljanda perioodi elementide alarühm, IVB tähistus, sisaldab lisaks titaanile ka tsirkooniumi ja hafniumi. Ühine omadus on kõrge sulamistemperatuur, mis tekib selle pinnale toatemperatuuril. stabiilne oksiidkile.

1. Madal tihedus, kõrge tugevus, kõrge eritugevus

Titaani tihedus on 4,51 g/cm3, mis on 57 protsenti terasest. Titaan kaalub vähem kui kaks korda alumiiniumist, kuid samas on kolm korda tugevam. Titaanisulami eritugevus (tugevuse/tiheduse suhe) on tavaliselt kasutatavate tööstussulamite seas suurim (vt tabel 2-1). Titaanisulami eritugevus on 3,5 korda suurem kui roostevaba teras; 1,3 korda suurem kui alumiiniumisulamist; 1,7 korda suurem kui magneesiumisulamist. See on kosmosetööstuse jaoks asendamatu konstruktsioonimaterjal.

Tabel 2-1 Titaani ja teiste metallide tiheduse ja eritugevuse võrdlus

2. Suurepärane korrosioonikindlus

Titaani passiveerimine sõltub oksiidkilede olemasolust, mis on oksüdeerivas keskkonnas korrosioonile vastupidavamad kui redutseerivates keskkonnas. Redutseerivas keskkonnas tekib kiire korrosioon. Titaan ei ole korrodeerunud mõnes söövitavas keskkonnas, nagu merevesi, märg kloor, kloriti ja hüpokloriti lahused, lämmastikhape, kroomhape, metallikloriidid, sulfiidid ja orgaanilised happed. Kuid keskkonnas (nt vesinikkloriidhape, väävelhape), mis reageerib titaaniga vesiniku tekitamiseks, on titaanil tavaliselt suur korrosioonikiirus. Kui aga happele lisada väike kogus oksüdeerijat, tekib titaanpinnale passivatsioonikile. Seetõttu on titaanil korrosioonikindlus kontsentreeritud väävelhappe-lämmastikhappe või vesinikkloriidhappe-lämmastikhappe segus, isegi vaba kloori sisaldavas vesinikkloriidhappes. Titaanist kaitsev oksiidkile tekib tavaliselt siis, kui metall puutub kokku veega, isegi väikestes kogustes või veeauruna. Kui titaan puutub kokku ilma veeta tugeva oksüdeeriva keskkonnaga, tekib kiire oksüdeerumine ja ägedad reaktsioonid ning sageli isegi isesüttimine. See nähtus ilmneb siis, kui titaan reageerib suitseva lämmastikhappega, mis sisaldab liigset lämmastikoksiide, ja kui titaan reageerib kuiva klooriga. Seetõttu peab selliste reaktsioonide vältimiseks olema teatud kogus vett. Isegi väikestes kogustes või veeaurudes. Kui titaan puutub kokku ilma veeta tugeva oksüdeeriva keskkonnaga, tekib kiire oksüdeerumine ja ägedad reaktsioonid ning sageli isegi isesüttimine. See nähtus ilmneb siis, kui titaan reageerib suitseva lämmastikhappega, mis sisaldab liigset lämmastikoksiide, ja kui titaan reageerib kuiva klooriga. Seetõttu peab selliste reaktsioonide vältimiseks olema teatud kogus vett. Isegi väikestes kogustes või veeaurudes. Kui titaan puutub kokku ilma veeta tugeva oksüdeeriva keskkonnaga, tekib kiire oksüdeerumine ja ägedad reaktsioonid ning sageli isegi isesüttimine. See nähtus ilmneb siis, kui titaan reageerib suitseva lämmastikhappega, mis sisaldab liigset lämmastikoksiide, ja kui titaan reageerib kuiva klooriga. Seetõttu peab selliste reaktsioonide vältimiseks olema teatud kogus vett.

3. Hea kuumakindlus

Tavaliselt kaotab alumiinium oma esialgsed omadused 150 kraadi juures, roostevaba teras kaotab oma esialgsed omadused 310 kraadi juures ja titaanisulamid säilitavad head mehaanilised omadused umbes 500 kraadi juures. Kui lennuki kiirus ületab 2,7 korda helikiirust, jõuab lennuki konstruktsiooni pinnatemperatuur 230 kraadini ning alumiiniumi- ja magneesiumisulameid ei saa kasutada, titaanisulamid aga vastavad nõuetele. Titaanil on hea kuumakindlus ja seda kasutatakse lennukimootorite kompressorite ketastes ja labades ning lennuki tagumise kere kestas.

4. hea madala temperatuuri jõudlus

Mõnede titaanisulamite (nt Ti-5AI-2.5SnELI) tugevus suureneb temperatuuri langedes, kuid plastilisus ei vähene kuigivõrd. Sellel on endiselt hea plastilisus ja sitkus madalal temperatuuril, mis sobib kasutamiseks ülimadalatel temperatuuridel. Seda saab kasutada kuiva vedela vesiniku ja vedela hapniku rakettmootorite jaoks ning seda saab kasutada ka mehitatud kosmoselaevade ülimadala temperatuuriga konteinerite ja mahutite jaoks.

5. mittemagnetiline

Titaan on mittemagnetiline ja seda kasutatakse allveelaevade kestades ning see ei põhjusta miiniplahvatusi.

6. Väike soojusjuhtivus

Titaani ja teiste metallide soojusjuhtivuse võrdlus on näidatud tabelis 2-2.

Tabel 2-2 Titaani ja teiste metallide soojusjuhtivuse võrdlus

Titaani soojusjuhtivus on väike, ainult 1/5 terasest, 1/13 alumiiniumist ja 1/25 vasest. Titaani puuduseks on halb soojusjuhtivus, kuid seda titaani omadust saab mõnel juhul ära kasutada.

7. madal elastsusmoodul

Titaani elastsusmoodulit võrreldakse teiste metallidega tabelis 2-3.

Tabel 2-3 Titaani ja teiste metallide elastsusmooduli võrdlus

Titaani elastsusmoodul on vaid 55 protsenti terase omast ja selle madal elastsusmoodul on puuduseks, kui seda kasutatakse konstruktsioonimaterjalina.

8. Tõmbetugevus ja voolavuspiir on väga sarnased

Ti-6AI-4V titaanisulami tõmbetugevus on 960 MPa, voolavuspiir on 892 MPa, erinevus nende kahe vahel on ainult 58 MPa, vt tabelit 2-4.

Tabel 2-4 Titaani ja teiste metallide tõmbetugevuse ja voolavuspiiri võrdlus

9. Titaan oksüdeerub kergesti kõrgel temperatuuril

Titaanil on tugevad vesinik- ja hapnikusidemed ning oksüdatsiooni ja vesiniku neeldumise vältimiseks tuleb olla ettevaatlik. Saastumise vältimiseks tuleks titaankeevitus läbi viia argoonikaitse all. Titaantorusid ja õhukesi plaate tuleks kuumtöödelda vaakumis ning titaanist sepismaterjalide kuumtöötlus peaks kontrollima mikrooksüdatiivset atmosfääri.

10 .Madal summutustakistus

Kasutage titaani ja muid metallmaterjale (vask, teras) täpselt ühesuguse kuju ja suurusega kellade valmistamiseks ja lööge iga kella sama jõuga ja avastate, et titaanist valmistatud kell vibreerib ja heli kestab, st. kella helistades. Antud energiat ei ole lihtne kaduda, seega ütleme, et titaani summutusvõime on madal.