A titán és a titánötvözetek tulajdonságai

A titán az a mérnöki anyag, amely a legkövetkezetesebben biztosítja a kombinált mérnökök számára: alacsony sűrűség, nagy szilárdság, kiváló korrózióállóság és jó szívósság. A tiszta titán sűrűsége körülbelül 4,5 g/cm³, az acél nagyjából 60%-a, míg ötvözetei a közepes szilárdságú acélokéhoz hasonló szakítószilárdságot érnek el. A fém sűrű, öngyógyuló oxidfilmet képez, amely ellenáll a tengervíznek, a kloridoknak és az oxidáló savaknak, és megőrzi a hajlékonyságát kriogén hőmérsékleten. Ezek a tulajdonságok a titánt helyezik a repülési, kémiai, tengeri, orvosi és energetikai alkalmazások középpontjába.

A titán alapvető tulajdonságai

Alacsony sűrűség és nagy fajlagos szilárdság

A tiszta titán sűrűsége körülbelül 4,5 g/cm³, olvadáspontja pedig körülbelül 1668 fok. Fajlagos szilárdsága, a szilárdság és a sűrűség aránya meghaladja a legtöbb szerkezeti acél és alumíniumötvözetét, ezért a titán helyettesíti az acélt mindenhol, ahol a súlyt csökkenteni kell a teherbírás elvesztése nélkül.

Kiváló korrózióállóság

A titán oxigén iránti affinitása sűrű, erősen tapadó oxidfilmet hoz létre, amely a levegőben és a legtöbb vizes közegben azonnal kialakul. A film öngyógyító-: ha megkarcolják, ezredmásodperceken belül újra-alakul. Ennek eredményeként a titán stabil oxidáló, semleges és enyhén redukáló környezetben, beleértve a tengervizet, a klorid sóoldatot, a salétromsavat és a legtöbb szerves közeget. A filmet csak olyan közeg támadja meg, amely folyamatosan oldja, nevezetesen a hidrogén-fluorsav, a forró tömény sósav és a forró tömény foszforsav. Oxidálószerek vagy bizonyos fémionok hozzáadása ezekhez az oldatokhoz visszaállítja a védőfóliát, amely a palládiummal, molibdénnel vagy nikkellel történő ötvözés alapja.

Fáradtság és törések teljesítménye

A titánötvözetek jó kifáradási szilárdságot és repedésnövekedéssel szembeni ellenállást mutatnak, a szint a mikroszerkezettől függ. A béta-transus alatti munkával előállított finom, egyenlőtengelyű alfa{1}}béta-struktúrák biztosítják a legjobb fáradási viselkedést. Az alacsony hőmérsékletű szívósság is kiváló: a titán nem mutat hajlékony-a-törékeny átmenetet, és a szilárdság a hőmérséklet csökkenésével ténylegesen nő, így akár -253 fokos kriogén hőmérsékleten is használható.

Magas{0}}hőmérsékletű képesség

A kereskedelmileg tiszta minőségek körülbelül 300-400 fokra korlátozódnak, de a titánötvözetek kibővítik a hasznos tartományt: az alfa-béta ötvözetek, mint például a Ti-6Al-4V 300-400 fokon, és a közel alfa ötvözetek, mint például a Ti-6Al-2Sn-4Zr körülbelül 500 fokos fejlesztési fokon működnek. 600-700 fok. Ez a titánt az alumínium és a nikkelötvözetek közé helyezi a hőmérséklet-spektrumban.

Hogyan változtatja meg az ötvözés a tulajdonságokat

A titánötvözeteket szobahőmérsékletű{0}}mikroszerkezetük alapján osztályozzák. Az alfa-ötvözetek, mint például a Ti-5Al-2,5Sn, előnyben részesítik a kúszásállóságot és a hegeszthetőséget. Az alfa-béta ötvözetek, élükön a Ti-6Al-4V-vel, egyensúlyban tartják az erőt, a szívósságot és a gyárthatóságot, és uralják a piacot. A béta és közel béta ötvözetek, mint például a Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, a legnagyobb szilárdságot és alakíthatóságot kínálják oldattal kezelt állapotban. Az alumínium, a vanádium, a molibdén és az ón a fő ötvözőelemek, amelyek mindegyike megváltoztatja a fázisegyensúlyt és a tulajdonságprofilt.

Gyakorlati kiválasztási megjegyzések

A korrózióvédelem és az alakíthatóság érdekében: kereskedelmileg tiszta Grade 1 és Grade 2 ASTM B265 szerint

Szerkezeti szilárdsághoz: Ti-6Al-4V az ASTM B265, B348 vagy AMS 4911 szerint

Forró klorid résszolgáltatáshoz: Grade 7 vagy Grade 12 az ASTM B265 szerint

Orvosi implantátumok esetén: Grade 23 ELI az ASTM F136 szerint vagy Grade 2 per ASTM F67

Kriogén szolgáltatáshoz: 2. fokozatú vagy ELI-ötvözetek, igazoltan alacsony intersticiális tartalommal

GYIK

A titán könnyebb, mint az acél?

Igen. A titán sűrűsége körülbelül 4,5 g/cm³, szemben az acél körülbelül 7,8 g/cm³-ével, tehát a titán alkatrészek nagyjából 40%-kal kisebbek ugyanennyi térfogat mellett.

A titán erősebb, mint az acél?

Fajlagos szilárdságban igen sok évfolyamon. A Ti-6Al-4V az acél tömegének 60%-ánál eléri a 895 MPa minimális szakítószilárdságot, ami szilárdság/tömeg arány előnyt jelent a legtöbb szerkezeti acélhoz képest.

A titán rozsdásodik?

Nem. A titán stabil titán-dioxid filmet képez a vas-oxid helyett, így nem rozsdásodik, és hatékonyan immunis a tengervízben és a legtöbb kémiai közegben előforduló általános korrózióval szemben.

Mi támadja meg a titánt?

A hidrogén-fluorsav, a forró tömény sósav, a forró foszforsav és néhány erős forró maró oldat feloldja a védőfóliát és korrodálja a titánt. Az oxidáló adalékok elnyomják ezt a támadást.

Használható a titán magas hőmérsékleten?

Igen, határokon belül. Az alfa-béta-ötvözetek 300-400 fokon, a közel alfa-ötvözetek pedig körülbelül 500 fokon működnek; a kúszásállóság és az oxidációs sebesség határozza meg az egyes fokozatok felső határát.

Melyik titánminőség a legjobb a korrózióállóság szempontjából?

A kereskedelmileg tiszta Grade 1 és Grade 2 kiváló általános korrózióállóságot biztosít. A savak és a forró klorid rések csökkentésére a 7-es fokozatú palládium-csapágy vagy a 12-es fokozatú molibdén-nikkel jobban teljesít.