Miks võib titaan saada metallide seas liidriks?

Tänu oma madalale suhtelisele tihedusele, suurepärasele kuuma- ja korrosioonikindlusele ning kõrgele konstruktsioonitugevusele on titaan ja selle sulamid olnud ulatuslike uuringute ja rakenduste objektiks alates selle avastamisest 20. sajandi alguses. Kontrastsete ja lisanditeta metallidel, titaaniühenditel on rohkem ja paremaid omadusi, mistõttu neid kasutatakse erinevates olukordades. Lisaks on teaduse ja innovatsiooni arenguga titaanikombinatsioon muutunud elutähtsaks materjaliks uute edusammude, uue varustuse ja uute tsiklite jaoks ning sellega seotud ettevõtmised on asetanud järjekordse autentse sündmuste pöörde aja.
Titaani omadused ja rakendused

Titaan on hõbevalge metall, mis kuulub metallide klassifikatsioonis haruldaste kergmetallide hulka. Selle sulamistemperatuur on 1668 kraadi ja faasisiirdepunkt on 882 kraadi kehakeskse kuupvõre faasist tihedalt pakitud kuusnurkvõre faasini või faasist faasi. Võrreldes teiste metallidega on titaanil oma omadused keemiliste ainete ja mehaaniliste omaduste osas.

1. Madal tihedus ja kõrge eritugevus

Titaanmetalli paksus on 4,51 g/cm³, mis on kõrgem kui alumiiniumil ja madalam kui terasel, vasel ja niklil, kuid selle eriline tugevus on kõrgem kui alumiiniumühendil ja ülitugeval amalgaamterasel. Kõrge üheselt mõistetav tugevus näitab, et metallmaterjal on kerge ja kõrge tugevusega, seega on titaan ka kerge ja ülitugev metallist alusmaterjal. Titaani suur ühemõtteline tugevus muudab selle laialdaselt kasutatavaks nüüdisaegsete edusammude, nagu lennundus, lennundus, raketid ja relvad, edendamisel. Üldiselt kasutatakse ettevõtetes titaani ja titaankomposiite kiirelt pöörlevates generaatorite hoidmisrõngastes, auruturbiinide tohututes lõikeservades, väga hea kvaliteediga jalgratastes, golfikeppides, suurte hüpete jaoks mõeldud võllides jne.

2. Madal elastsusmoodul[i]

Titaani elastsusmoodul on toatemperatuuril 106,4 GMPa, mis on 57% terasest. See näitab, et titaani võime taluda normaalset koormust on madalam kui terasel, mistõttu titaani kasutamine on piiratud ja see ei sobi jäikade konstruktsioonikomponentide jaoks. Titaanist pikkade torukimbudega soojusvahetites ületab deflektori disain aga äärmiselt halva jäikuse puudused ja töötab hästi ka vibratsioonitingimustes.

3. Väike soojusjuhtivus

Titaanmetalli soojusülekandemehhanism on peamiselt elektrooniline soojusjuhtivus, millele järgneb võre soojusjuhtivus. Tegelikud katsetulemused näitavad, et titaani soojusjuhtivus on 0,1507J, mis on üks viiendik madala süsinikusisaldusega terase omast ja üks-25vase omast, mis on sarnane roostevaba terasega. Kuigi titaanil on väike soojusjuhtivus, saab seda kasutada kaljuronimise pitoonide valmistamiseks. Selle titaanist pitonid ei ole mitte ainult kerged, vaid ei juhi ka hõõrdumist ega kuumust, muutes need ideaalseks materjaliks mägironijatele.

4. Tõmbetugevus on lähedane voolavuspiirile

Titaani voolavuspiiri suhe (tõmbetugevus / voolavuspiir) on kõrge, mille tulemuseks on titaanmetalli materjalide halb plastiline deformatsioon vormimise ajal. Lisaks on titaani saagispiir suurem kui elastsusmoodul, seega on titaanil vormimise ajal suurem elastsus.

See titaani omadus võimaldab meil leida parimad töötlemis- ja vormimistingimused – soe vormimine, mis väldib titaani suurest vetruvusest ja suurest saagissuhtest tingitud pingeid ja pingelõhenemist ning väldib titaani poolt põhjustatud vesinikhaprunemist. vesiniku neeldumine üle 400 kraadi. See on üks põhjusi, miks üldtööstuses titaanseadmeid kasutades ei ületa määratud ümbritseva õhu temperatuur 315 kraadi.

5. Mittemagnetiline ja mittetoksiline

Titaan on mittemagnetiline metall ja seda ei magnetiseerita suures magnetväljas. Titaanist südamestimulaatorid ei ole äikesetormidest mõjutatud ning neil on hea ühilduvus inimkudede ja verega, seetõttu kasutavad neid meditsiiniringkond.

6. Tugev summutusvastane jõudlus[ii]

Pärast titaanmetalli mehaanilist vibratsiooni ja elektrilist vibratsiooni on selle enda vibratsiooni sumbumise aeg terase ja vase metallidega võrreldes pikim. Seda titaani omadust saab kasutada häälekahvlite, meditsiiniliste ultrahelipulberite vibratsioonikomponentidena ja kõrgekvaliteediliste helikõlarite vibratsioonikiledena.

7. Hea kuumakindlus

Uusi titaanisulameid saab kasutada pikka aega temperatuuril 600 kraadi või kõrgemal. Lennunduse ja kosmosetööstuse arenguga kasutatakse kuumakindlaid titaanisulameid mootori ketastes, labades, tagumises keres, juhikutes, õhu sisselaske pöördetes ja muudes komponentides.

8. Hea madala temperatuuritaluvus

Madala temperatuuriga titaanisulamid, mida esindavad titaanisulamid TA7 (Ti-5Al-2.5Sn), TC4 (Ti-6Al-4V) ja Ti-2 .5Zr-1.5Mo tugevus suureneb temperatuuri langedes, kuid plastilisus ei muutu. suur. See säilitab hea plastilisuse ja sitkuse madalatel temperatuuridel -196-253 kraadi, vältides metalli külmahaprust. See on ideaalne materjal krüogeensete konteinerite, hoiukastide ja muude seadmete jaoks.

9. Tugev imemisjõudlus

Titaan on keemiliselt väga reaktiivne metall, mis võib kõrgel temperatuuril reageerida paljude elementide ja ühenditega. Titaanhingamine viitab peamiselt reaktsioonile süsiniku, vesiniku, lämmastiku ja hapnikuga kõrgel temperatuuril.

10. Tugev korrosioonikindlus

Titaan on väga aktiivne metall, millel on väga madal tasakaalupotentsiaal ja suur kalduvus termodünaamilisele korrosioonile keskkonnas. Kuid tegelikult on titaan paljudes keskkondades täiesti stabiilne. Näiteks on titaan erosioonikindel oksüdeerivates, erapooletutes ja nõrgalt vähendavas keskkonnas. Seda põhjusel, et titaanil on erakordne hapnikulembus. Titaani pinnale moodustub hapnikku või õhku sisaldavas keskkonnas tihe, tugevalt nakkuv ja inertne oksiidkile, mis kaitseb titaanmaatriksit korrosiooni eest. Tõepoolest, isegi mehaanilise kulumise tõttu taastub see kiiresti või taastub, mis näitab, et titaan on metall, millel on tugev passiveerumise kalduvus.

Praeguse seisuga on titaanist saanud üks peamisi metallmaterjale uute tsüklite, uute edusammude ja tohutu ulatuse, arvutipõhise, kaitstud, töökindla ja pikamaa loomise riistvara püüdlustes.