Kāda veida metāls ir titāns?

Titāns ir pārejas metāla elements periodiskajā tabulā ar atomskaitli 22 un simbolu Ti. Tas ir klasificēts kā ugunsizturīgs metāls, kas nozīmē, ka tam ir augsts kušanas punkts un tas ir izturīgs pret karstumu un nodilumu.Titānsir unikāla izturības, zema blīvuma un izturības pret koroziju kombinācija, kas padara to par svarīgu konstrukcijas metālu.

Periodiskajā tabulā titāns pieder pie 4. grupas kopā ar citiem pārejas metāliem, tostarp cirkoniju, hafniju un rēniju. Tam ir četri dabiski sastopami izotopi. Elektroniskā konfigurācija ir [Ar] 4s2 3d2. Titāna atomu rādiuss ir 176 pm, atomu svars ir 47,9 g/mol un blīvums 4,5 g/cm3.

Vai titāns ir metālisks metāls?

Jā, titāns ir spīdīgs pārejas metāls ar noteiktām metāliskām īpašībām:

Tas ir lielisks siltuma un elektrības vadītājs, tāpat kā citi metāla elementi. Elektriskā vadītspēja ir aptuveni 2 procenti IACS (starptautiskais rūdītā vara standarts).

Tam ir tipisks sudrabaini pelēks metālisks izskats pēc pulēšanas, lai gan atkarībā no virsmas oksidācijas tas var būt no tumši pelēkas līdz melnai.

Titāns ir kaļams un elastīgs, ļaujot to kalt, velmēt, ievilkt stieplē un apstrādāt dažādās formās.

Metinot vai lodējot, tas labi pielīp pie citiem metāliem. Pirms savienošanas oksīda slānis var būt jānoņem.

Titāna sakausējumi ievērojami sacietē aukstās deformācijas apstrādes laikā, piemēram, lokšņu metāla formēšanas laikā, līdzīgi kā citi metāla materiāli.

Pulvera veidā,titāna metālsuzrāda saķepināšanu pulvermetalurģijas metožu, piemēram, karstās izostatiskās presēšanas, laikā.

Tātad titānam piemīt visas īsta metāla elementa īpašības, lai gan ar dažiem unikāliem atribūtiem salīdzinājumā ar citiem pārejas metāliem. Tas ieņem nozīmīgu vietu periodiskajā tabulā starp reaktīvajiem metāliem un cēlmetāliem.

Vai titāns ir ciets vai mīksts metāls?

Pēc Mosa cietības skalas komerciāli tīrs titāns ir aptuveni 6, kas to kvalificē kā cietu metālu. Leģētajās formās titāns var sasniegt vairāk nekā 400 HV pēc Vickers skalas cietības, tuvojoties daudz smagāku metālu, piemēram, tērauda, ​​cietības līmenim.

Daži galvenie fakti par titāna cietību:

Titāna sešstūrveida cieši iesaiņotā kristāla struktūra nodrošina salīdzinoši augstu viegla metāla cietību.

Leģējošās piedevas, piemēram, alumīnijs, vanādijs un molibdēns, vēl vairāk palielina cietību, izmantojot cieto šķīdumu un nokrišņu stiprināšanu.

Darba cietināšanas efekti aukstās apstrādes laikā rada cietības smaili pie titāna izstrādājumu virsmas.

Termiskās apstrādes procesus, piemēram, novecošanu, var izmantot, lai selektīvi sacietētu titāna sakausējumus, manipulējot ar fāzu transformācijām.

Vidēji titāna sakausējumi ir apmēram divas reizes cietāki nekā alumīnija sakausējumi, bet nedaudz mīkstāki nekā sakausējumi uz dzelzs bāzes, piemēram, tēraudi.

Lai gan titāna cietība nav augstākajā līmenī, tam ir pietiekama cietība konstrukcijas inženierijas vajadzībām, vienlaikus saglabājot labu elastību un stingrību — vēlama kombinācija.

No kā izgatavots titāna metāls?

Titāna metāls sastāv tikai no titāna atomiem. Tā atomsvars ir 47,9 amu un atomskaitlis 22. Daži galvenie fakti par titāna metāla sastāvu:

Tīrā veidā komerciālais titāns satur 99.5-99.9% titāna atomu pēc svara. Atlikušo daļu veido skābeklis, slāpeklis, ogleklis un dzelzs.

Sakausējumu kategorijas satur citus elementus, piemēram, alumīniju, vanādiju, molibdēnu un hromu, kas pievienoti, lai uzlabotu īpašības.

Titānam ir pieci dabā sastopami izotopi, taču tikai Ti-48 un Ti-50 ir komerciāli svarīgi. Ti-48 veido 73 procentus, savukārt Ti-50 veido 5,5 procentus.

Ir piecas titāna alotropu kristālu formas, bet sešstūra formas cieši iesaiņotā alfa fāze ir stabila istabas temperatūrā.

Kušanas laikā tīrs titāns pārvēršas no HCP alfa struktūras uz augstākas temperatūras BCC beta fāzi 1668 ° F (825 ° F) temperatūrā.

Leģējošie elementi, piemēram, molibdēns, vanādijs un hroms, stabilizē beta fāzi, ļaujot tai pastāvēt istabas temperatūrā.

Tātad būtībā komerciāli tīrs titāna metāls galvenokārt sastāv no titāna atomiem sešstūra formā. Sakausējumu kategorijas pielāgo mikrostruktūru un īpašības, pievienojot citus metāla elementus.

Vai titāns ir stiprs metāls?

Jā, titāns ir ārkārtīgi spēcīgs metāls, salīdzinot ar tā zemo blīvumu. Izturības un svara izteiksmē titāna sakausējumi ir salīdzināmi ar vidēji oglekļa tēraudiem, taču tie ir gandrīz par 50 procentiem vieglāki.

Daži galvenie fakti par titāna izturību:

Komerciāli tīra titāna stiepes izturības līmenis ir aptuveni 63,000 psi. Sakausējumi to ievērojami uzlabo līdz 160, 000 psi vai vairāk.

Titāna sakausējumu maksimālā stiepes izturība ir augstāka nekā alumīnija sakausējumiem, magnija sakausējumiem un vara sakausējumiem.

Titāns saglabā savu augsto izturību paaugstinātā temperatūrā daudz labāk nekā citi vieglie sakausējumi, piemēram, alumīnijs.

Izmantojot konstrukciju daļās, titāns nodrošina lielāku kravnesību un degvielas ietaupījumu salīdzinājumā ar smagākām metāla alternatīvām.

Titāna sakausējumu izturību var pielāgot termiskās apstrādes procesos, ļaujot materiālu inženierim izstrādāt optimālo līdzsvaru.

Tātad titāns nepārprotami ir viens no spēcīgākajiem vieglo strukturālo metālu klasē. Tā unikālās īpašības nodrošina veiktspējas pieaugumu kritiskos lietojumos, piemēram, lidmašīnās, raķetēs un enerģijas ražošanas turbīnās.

Atsauces:

C. Leyens un M. Peters, red. (2003). Titāns un titāna sakausējumi. Wiley-VCH.

M. Niinomi, red. (2008). Metāli biomedicīnas ierīcēm. Woodhead Publishing.

M. Donačijs jaunākais (2000). Titāns: Tehniskā rokasgrāmata. ASM International.

G. Lītjerings un Dž. Viljamss (2007). Titāns. Springer zinātnes un biznesa mediji.

ASM rokasgrāmata, 2 -. sēj. Īpašības un izvēle: krāsainie sakausējumi un īpašie materiāli (1990). ASM International.