Svojstva titanijuma i titanijumskih legura
Mar 19, 2024
Titanijum je inženjerski materijal koji najdoslednije isporučuje kombinaciju koju inženjeri obično moraju da ustupe: niska gustina, visoka čvrstoća, odlična otpornost na koroziju i dobra žilavost. Čisti titanijum ima gustinu od oko 4,5 g/cm³, otprilike 60% čelika, dok njegove legure dostižu vlačnu čvrstoću koja je uporediva sa čelicima srednje{3}}vrste. Metal formira gust, samozacjeljujući oksidni film koji je otporan na morsku vodu, hloride i oksidirajuće kiseline, i zadržava duktilnost na kriogenim temperaturama. Ova svojstva stavljaju titanijum u centar vazdušnih, hemijskih, pomorskih, medicinskih i energetskih aplikacija.
Osnovna svojstva titanijuma
Mala gustina i visoka specifična čvrstoća
Čisti titanijum ima gustinu od približno 4,5 g/cm³ i tačku topljenja od oko 1668 stepeni. Njegova specifična čvrstoća, omjer čvrstoće i gustoće, premašuje onu većine konstrukcijskih čelika i aluminijskih legura, zbog čega titan zamjenjuje čelik gdje god se težina mora smanjiti bez gubitka nosivosti.
Odlična otpornost na koroziju
Afinitet titana prema kiseoniku stvara gust, snažno prianjajući oksidni film koji se trenutno formira u vazduhu iu većini vodenih medija. Film se-samozacjeljuje: ako se ogrebe, ponovo se-formira u roku od milisekundi. Kao rezultat toga, titan je stabilan u oksidirajućim, neutralnim i blago redukcijskim okruženjima, uključujući morsku vodu, kloridne slane vode, dušičnu kiselinu i većinu organskih medija. Film napadaju samo mediji koji ga kontinuirano otapaju, posebno fluorovodonična kiselina, vruća koncentrirana hlorovodonična kiselina i vruća koncentrirana fosforna kiselina. Dodavanjem oksidatora ili određenih iona metala ovim otopinama obnavlja se zaštitni film koji je osnova za legiranje paladijumom, molibdenom ili niklom.
Performanse zamora i loma
Legure titana pokazuju dobru čvrstoću na zamor i otpornost na rast pukotina, pri čemu nivo zavisi od mikrostrukture. Fine ravnoosne alfa-beta strukture, proizvedene radom ispod beta transusa, daju najbolje ponašanje pri zamoru. Otpornost na niske-temperature je takođe odlična: titanijum ne pokazuje duktilni-u-prelaz, a snaga zapravo raste kako temperatura pada, omogućavajući servis na kriogenim temperaturama do -253 stepena.
Mogućnost visokih{0}}temperatura
Komercijalno čiste klase su ograničene na oko 300-400 stepeni, ali legure titanijuma proširuju koristan opseg: alfa-beta legure kao što je Ti-6Al-4V služe na 300-400 stepeni, a skoro alfa legure kao što je Ti-6Al-2Sn-4Zr, rade na oko 20 stepena razvoja sa ciljem oko 20 stepeni. 600-700 stepeni. Ovo pozicionira titanijum između legura aluminijuma i nikla u temperaturnom spektru.
Kako legiranje mijenja svojstva
Legure titanijuma su klasifikovane prema mikrostrukturi na sobnoj{0}}temperaturi. Alfa legure, kao što je Ti-5Al-2.5Sn, daju prednost otpornosti na puzanje i zavarljivosti. Alfa{14}}beta legure, predvođene Ti-6Al-4V, balansiraju snagu, žilavost i mogućnost izrade i dominiraju tržištem. Beta i skoro beta legure, kao što je Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, nude najveću čvrstoću i formabilnost u stanju tretiranom rastvorom. Aluminijum, vanadijum, molibden i kalaj su glavni legirajući elementi, od kojih svaki menja fazni balans i profil svojstava.
Praktične napomene o izboru
Za korozionu upotrebu i mogućnost oblikovanja: komercijalno čista klasa 1 i stepen 2 prema ASTM B265
Za strukturnu čvrstoću: Ti-6Al-4V po ASTM B265, B348 ili AMS 4911
Za servis vrućeg hloridnog pukotina: Grade 7 ili Grade 12 prema ASTM B265
Za medicinske implantate: Grade 23 ELI po ASTM F136 ili Grade 2 po ASTM F67
Za kriogenu upotrebu: legure razreda 2 ili ELI sa potvrđenim niskim sadržajem intersticija
FAQ
Da li je titan lakši od čelika?
Da. Gustina titanijuma je oko 4,5 g/cm³ naspram oko 7,8 g/cm³ za čelik, tako da titanijumski delovi teže otprilike 40% manje za istu zapreminu.
Da li je titan jači od čelika?
U specifičnoj snazi, da za mnoge razrede. Ti-6Al-4V dostiže minimalnu vlačnu čvrstoću od 895 MPa pri 60% težine čelika, dajući prednost u odnosu na težinu u odnosu na većinu konstrukcijskih čelika.
Da li titan rđa?
Ne. Titanijum formira stabilan film titanijum dioksida umesto oksida gvožđa, tako da ne rđa i efektivno je imun na opštu koroziju u morskoj vodi i većini hemijskih medija.
Šta napada titanijum?
Fluorovodonična kiselina, vruća koncentrirana hlorovodonična kiselina, vruća fosforna kiselina i neke jake vruće kaustične otopine rastvaraju zaštitni film i korodiraju titan. Oksidirajući dodaci suzbijaju ovaj napad.
Da li se titanijum može koristiti na visokim temperaturama?
Da, u granicama. Alfa-beta legure služe na 300-400 stepeni i skoro alfa legure na oko 500 stepeni; Otpornost na puzanje i stopa oksidacije postavljaju plafon za svaki stepen.
Koji titanijum je najbolji za otpornost na koroziju?
Komercijalno čist Grade 1 i Grade 2 daju odličnu opštu otpornost na koroziju. Za smanjenje kiselina i vrućih hloridnih pukotina, paladijum-sadrži stepen 7 ili molibden-nikl stepen 12 ima bolje rezultate.
