De kenmerken en functies van titanium

Titanium is een element met atoomnummer 22 in het periodiek systeem. De subgroep van elementen uit de vierde periode, de IVB-aanduiding, omvat naast titanium ook zirkonium en hafnium. Het gemeenschappelijke kenmerk is een hoog smeltpunt, dat bij kamertemperatuur op het oppervlak wordt gevormd. stabiele oxidefilm.

1. Lage dichtheid, hoge sterkte, hoge specifieke sterkte

De dichtheid van titanium is 4,51 g/cm3, wat 57 procent van staal is. Titanium is minder dan twee keer zo zwaar als aluminium, maar toch drie keer sterker. De specifieke sterkte (sterkte/dichtheidsverhouding) van een titaniumlegering is de grootste onder de algemeen gebruikte industriële legeringen (zie tabel 2-1). De specifieke sterkte van een titaniumlegering is 3,5 keer die van roestvrij staal; 1,3 keer die van aluminiumlegering; 1,7 maal die van magnesiumlegering. Het is een onmisbaar structuurmateriaal voor de lucht- en ruimtevaartindustrie.

Tabel 2-1 Vergelijking van dichtheid en specifieke sterkte van titanium en andere metalen

2. Uitstekende corrosieweerstand

De passivatie van titanium hangt af van de aanwezigheid van oxidefilms, die beter bestand zijn tegen corrosie in oxiderende media dan in reducerende media. Corrosie met hoge snelheid treedt op in reducerende media. Titanium wordt niet gecorrodeerd in sommige corrosieve media, zoals zeewater, natte chloor-, chloriet- en hypochlorietoplossingen, salpeterzuur, chroomzuur, metaalchloriden, sulfiden en organische zuren. Maar in het medium (zoals zoutzuur, zwavelzuur) dat reageert met titanium om waterstof te genereren, heeft titanium gewoonlijk een hoge corrosiesnelheid. Als er echter een kleine hoeveelheid oxidatiemiddel aan het zuur wordt toegevoegd, zal er een passivatiefilm op het titaniumoppervlak worden gevormd. Daarom heeft titanium corrosieweerstand in geconcentreerd zwavelzuur-salpeterzuur of zoutzuur-salpeterzuurmengsels, zelfs in zoutzuur dat vrij chloor bevat. Er vormt zich meestal een beschermende oxidefilm van titanium wanneer het metaal in contact komt met water, zelfs in kleine hoeveelheden of in waterdamp. Als titanium wordt blootgesteld aan een sterk oxiderende omgeving zonder water, zullen snelle oxidatie en hevige reacties optreden, en vaak zal zelfs spontane ontbranding plaatsvinden. Dit fenomeen doet zich voor wanneer titanium reageert met rokend salpeterzuur dat een overmaat aan stikstofoxiden bevat, en wanneer titanium reageert met droog chloorgas. Om dergelijke reacties te voorkomen, moet er daarom een ​​bepaalde hoeveelheid water aanwezig zijn. Zelfs in kleine hoeveelheden of in waterdamp. Als titanium wordt blootgesteld aan een sterk oxiderende omgeving zonder water, zullen snelle oxidatie en hevige reacties optreden, en vaak zal zelfs spontane ontbranding plaatsvinden. Dit fenomeen doet zich voor wanneer titanium reageert met rokend salpeterzuur dat een overmaat aan stikstofoxiden bevat, en wanneer titanium reageert met droog chloorgas. Om dergelijke reacties te voorkomen, moet er daarom een ​​bepaalde hoeveelheid water aanwezig zijn. Zelfs in kleine hoeveelheden of in waterdamp. Als titanium wordt blootgesteld aan een sterk oxiderende omgeving zonder water, zullen snelle oxidatie en hevige reacties optreden, en vaak zal zelfs spontane ontbranding plaatsvinden. Dit fenomeen doet zich voor wanneer titanium reageert met rokend salpeterzuur dat een overmaat aan stikstofoxiden bevat, en wanneer titanium reageert met droog chloorgas. Om dergelijke reacties te voorkomen, moet er daarom een ​​bepaalde hoeveelheid water aanwezig zijn.

3. Goede hittebestendigheid

Gewoonlijk verliest aluminium zijn oorspronkelijke eigenschappen bij 150 graden, roestvrij staal verliest zijn oorspronkelijke eigenschappen bij 310 graden, en titaniumlegeringen behouden nog steeds goede mechanische eigenschappen bij ongeveer 500 graden. Wanneer de snelheid van het vliegtuig 2,7 maal de geluidssnelheid bereikt, bereikt de oppervlaktetemperatuur van de vliegtuigconstructie 230 graden en kunnen aluminium- en magnesiumlegeringen niet worden gebruikt, terwijl titaniumlegeringen wel aan de eisen kunnen voldoen. Titanium heeft een goede hittebestendigheid en wordt gebruikt in de schijven en bladen van compressoren van vliegtuigmotoren en in de huid van de achterste romp van het vliegtuig.

4. goede prestaties bij lage temperaturen

De sterkte van sommige titaniumlegeringen (zoals Ti-5AI-2.5SnELI) neemt toe naarmate de temperatuur daalt, maar de plasticiteit neemt niet veel af. Het heeft nog steeds een goede plasticiteit en taaiheid bij lage temperaturen, geschikt voor gebruik bij ultralage temperaturen. Het kan worden gebruikt voor raketmotoren voor droge vloeibare waterstof en vloeibare zuurstof, en kan ook worden gebruikt voor containers en opslagtanks met ultralage temperaturen van bemande ruimtevaartuigen.

5. niet-magnetisch

Titanium is niet-magnetisch en wordt gebruikt in onderzeeërgranaten en veroorzaakt geen mijnexplosies.

6. Kleine thermische geleidbaarheid

De vergelijking van de thermische geleidbaarheid tussen titanium en andere metalen wordt weergegeven in tabel 2-2.

Tabel 2-2 Vergelijking van thermische geleidbaarheid tussen titanium en andere metalen

De thermische geleidbaarheid van titanium is klein, slechts 1/5 van staal, 1/13 van aluminium en 1/25 van koper. Slechte thermische geleidbaarheid is een nadeel van titanium, maar deze eigenschap van titanium kan in sommige gevallen worden benut.

7. lage elasticiteitsmodulus

De elasticiteitsmodulus van titanium wordt vergeleken met andere metalen in tabel 2-3.

Tabel 2-3 Vergelijking van de elasticiteitsmodulus van titanium en andere metalen

De elasticiteitsmodulus van titanium bedraagt ​​slechts 55 procent van die van staal, en de lage elasticiteitsmodulus is een nadeel wanneer het als constructiemateriaal wordt gebruikt.

8. Treksterkte en vloeigrens zijn zeer vergelijkbaar

De treksterkte van Ti-6AI-4V titaniumlegering is 960 MPa, de vloeigrens is 892 MPa, het verschil tussen de twee is slechts 58 MPa, zie tabel 2-4.

Tabel 2-4 Vergelijking van treksterkte en vloeigrens van titanium en andere metalen

9. Titanium wordt gemakkelijk geoxideerd bij hoge temperaturen

Titanium heeft sterke waterstof- en zuurstofbindingen en er moet voor worden gezorgd dat oxidatie en waterstofabsorptie worden voorkomen. Titaniumlassen moet worden uitgevoerd onder argonbescherming om verontreiniging te voorkomen. Titaniumbuizen en dunne platen moeten onder vacuüm een ​​warmtebehandeling ondergaan, en de warmtebehandeling van titaniumsmeedstukken moet de micro-oxidatieve atmosfeer beheersen.

10. Lage dempingsweerstand

Gebruik titanium en andere metalen materialen (koper, staal) om bellen te maken met precies dezelfde vorm en grootte, en sla op elke bel met dezelfde kracht, en je zult merken dat de bel van titanium trilt en dat het geluid aanhoudt, dat wil zeggen: door aan de bel te luiden. De gegeven energie is niet gemakkelijk te verdwijnen, daarom zeggen we dat de dempingsprestaties van titanium laag zijn.