Kokio tipo metalas yra titanas?
Titanas yra pereinamasis metalo elementas periodinėje lentelėje, kurio atominis skaičius 22 ir simbolis Ti. Jis priskiriamas ugniai atsparaus metalo kategorijai, tai reiškia, kad jis turi aukštą lydymosi temperatūrą ir yra atsparus karščiui ir nusidėvėjimui.Titanasturi unikalų stiprumo, mažo tankio ir atsparumo korozijai derinį, todėl jis yra svarbus konstrukcinis metalas.
Periodinėje lentelėje titanas priklauso 4 grupei kartu su kitais pereinamaisiais metalais, įskaitant cirkonį, hafnį ir renį. Jame yra keturi natūraliai susidarę izotopai. Elektroninė konfigūracija yra [Ar] 4s2 3d2. Titano atominis spindulys yra 176 pm, atominė masė 47,9 g/mol, o tankis 4,5 g/cm3.
Ar titanas yra metalinis metalas?
Taip, titanas yra blizgus pereinamasis metalas, turintis neabejotinų metalinių savybių:
Tai puikus šilumos ir elektros laidininkas, kaip ir kiti metaliniai elementai. Elektros laidumas yra maždaug 2 procentai IACS (tarptautinis atkaitinto vario standartas).
Poliruotas jis turi tipišką sidabriškai pilką metalo išvaizdą, nors gali būti nuo tamsiai pilkos iki juodos, priklausomai nuo paviršiaus oksidacijos.
Titanas yra kalus ir kalus, todėl jį galima kalti, valcuoti, traukti į vielą ir apdirbti įvairiomis formomis.
Suvirinant ar lituojant gerai sukimba su kitais metalais. Prieš sujungiant oksido sluoksnį gali tekti pašalinti.
Titano lydiniai stipriai sukietėja šaltojo deformavimo metu, pavyzdžiui, formuojant lakštinį metalą, panašiai kaip ir kitos metalinės medžiagos.
Miltelių pavidalu,titano metalaspasižymi sukepimu naudojant miltelių metalurgijos metodus, tokius kaip karštas izostatinis presavimas.
Taigi titanas pasižymi visomis tikro metalo elemento savybėmis, nors ir turi tam tikrų unikalių savybių, palyginti su kitais pereinamaisiais metalais. Jis užima svarbią vietą periodinėje lentelėje tarp reaktyviųjų metalų ir tauriųjų metalų.
Ar titanas yra kietas ar minkštas metalas?
Pagal Moso kietumo skalę komerciškai grynas titanas vertinamas maždaug 6 balais, todėl jis laikomas kietuoju metalu. Legiruotų formų titanas gali pasiekti daugiau nei 400 HV pagal Vickers skalę, priartėdamas prie daug sunkesnių metalų, tokių kaip plienas, kietumo lygių.
Kai kurie pagrindiniai faktai apie titano kietumą:
Šešiakampė titano kristalinė struktūra prisideda prie gana didelio lengvo metalo kietumo.
Legiravimo priedai, tokie kaip aliuminis, vanadis ir molibdenas, dar labiau padidina kietumą dėl kieto tirpalo ir stiprinant nuosėdas.
Dirbant kietėjant šaltam apdirbimui, šalia titano gaminių paviršiaus susidaro kietumo šuolis.
Terminio apdorojimo procesai, tokie kaip senėjimas, gali būti naudojami selektyviai sukietinant titano lydinius manipuliuojant fazių transformacijomis.
Vidutiniškai titano lydiniai yra maždaug dvigubai kietesni už aliuminio lydinius, bet šiek tiek minkštesni nei geležies lydiniai, pavyzdžiui, plienas.
Taigi, nors titanas nėra aukščiausios kietumo klasės, jo kietumas yra pakankamas konstrukcijų inžinerijos reikmėms, tačiau išlaikomas geras lankstumas ir tvirtumas – pageidautinas derinys.
Iš ko pagamintas titano metalas?
Titano metalą sudaro tik titano atomai. Jo atominis svoris yra 47,9 amu, o atominis skaičius yra 22. Kai kurie pagrindiniai faktai apie titano metalo sudėtį:
Gryna forma komerciniame titane yra 99.{1}},9 % masės titano atomų. Likusią dalį sudaro deguonis, azotas, anglis ir geležis.
Lydinių klasėse yra kitų elementų, tokių kaip aliuminis, vanadis, molibdenas ir chromas, kurie pagerina savybes.
Titanas turi penkis natūraliai pasitaikančius izotopus, bet tik Ti{0}} ir Ti-50 yra komerciškai svarbūs. Ti-48 sudaro 73 proc., o Ti-50 – 5,5 proc.
Yra penkios alotropinės titano kristalų formos, tačiau šešiakampė glaudžiai supakuota alfa fazė yra stabili kambario temperatūroje.
Lydymosi metu grynas titanas iš HCP alfa struktūros virsta aukštesnės temperatūros BCC beta faze 1668 F (825 laipsnių) temperatūroje.
Legiravimo elementai, tokie kaip molibdenas, vanadis ir chromas, stabilizuoja beta fazę, leidžiančią jai egzistuoti kambario temperatūroje.
Taigi iš esmės komerciniu požiūriu grynas titano metalas daugiausia susideda iš titano atomų šešiakampyje. Lydinių rūšys pritaiko mikrostruktūrą ir savybes pridedant kitų metalinių elementų.
Ar titanas yra stiprus metalas?
Taip, titanas yra ypač stiprus metalas, palyginti su mažu tankiu. Pagal stiprumą ir svorį titano lydinių stiprumas panašus į vidutinio anglies plieno, bet yra beveik 50 procentų lengvesnis.
Kai kurie pagrindiniai faktai apie titano stiprumą:
Komerciniu požiūriu gryno titano tempiamasis stipris yra apie 63,000 psi. Lydiniai tai žymiai padidina iki 160, 000 psi ar daugiau.
Titano lydinių didžiausias atsparumas tempimui yra didesnis nei aliuminio lydinių, magnio lydinių ir vario lydinių.
Titanas išlaiko savo aukštą stiprumą aukštesnėje temperatūroje daug geriau nei kiti lengvi lydiniai, tokie kaip aliuminis.
Kai naudojamas konstrukcinėms dalims, titanas užtikrina didesnę naudingąją apkrovą ir sutaupo degalų, palyginti su sunkesnėmis metalinėmis alternatyvomis.
Titano lydinių stiprumas gali būti pritaikytas terminio apdorojimo procesais, todėl medžiagų inžinierius gali sukurti optimalų balansą.
Taigi titanas neabejotinai yra vienas stipriausių lengvųjų konstrukcinių metalų klasėje. Jo unikalios savybės leidžia padidinti našumą tokiose svarbiose srityse kaip orlaiviai, raketos ir energijos gamybos turbinos.
Nuorodos:
C. Leyens ir M. Peters, red. (2003). Titanas ir titano lydiniai. Wiley-VCH.
M. Niinomi, red. (2008). Metalai biomedicinos prietaisams. Woodhead Publishing.
M. Donachie jaunesnysis (2000). Titanas: techninis vadovas. ASM International.
G. Lütjering ir J. Williams (2007). Titanas. Springer mokslo ir verslo žiniasklaida.
ASM vadovas, tomas 2 - Savybės ir pasirinkimas: spalvotieji lydiniai ir specialios paskirties medžiagos (1990). ASM International.
