Титан — что это такое?

Общие марки и классы титана

Существует несколько различных марок и сплавов титана. В приведенном ниже списке более подробно описаны некоторые распространенные марки титана:

1. 11 класс

Марка 11, также известная как CP Ti-0,15Pd, представляет собой коммерчески чистый титан, аналогичный маркам 1 и 2. Марка 11 обеспечивает повышенную стойкость к щелевой коррозии благодаря добавлению палладия.

Она также обладает высокой пластичностью, ударной вязкостью и свариваемостью. Марка 11 обычно используется в химической обработке и хранении, воздуховодах, насосах и теплообменниках.

2. Марка 12 или Ti 0,3-Mo 0,8-Ni

Титан марки 12, также известный как Ti 0,3 Mo 0,8 Ni, представляет собой прочный, устойчивый к коррозии и термически стабильный титановый сплав, который ценится за его свариваемость и формуемость.

Титановый сплав марки 12 содержит до 99 % титана, 0,6-0,9 % никеля, 0,2-0,4 % молибдена, до 0,3 % железа, до 0,25 % кислорода и другие элементы.

Из-за своей долговечности и устойчивости к коррозии марка 12 обычно используется в судовых компонентах, таких как корабли или морские буровые платформы, в химическом производстве и в теплообменниках.

3. 4 класс

Титан Grade 4 является самым прочным технически чистым титаном. Прочность титана класса 4 соперничает с прочностью нержавеющей и низкоуглеродистой стали, что делает этот материал более легкой альтернативой.

Из-за своей прочности и коррозионной стойкости класс 4 обычно используется в аэрокосмической, химической и морской промышленности, таких как конструкции летательных аппаратов и теплообменники.

4. Марка 5 или Ti 6Al-4V

Марка 5 — наиболее часто используемый титановый сплав. На его долю приходится около половины всего титана, используемого в мире.

Такой титан обладает исключительно высокой прочностью, термостойкостью, способностью к термообработке, формуемостью и коррозионной стойкостью.

Марка 5 также известна как Ti 6Al-4V из-за процентного содержания алюминия и ванадия в сплаве. Титан класса 5 содержит 88-90% титана, 5,5-6,75% алюминия, 3,5-4,5% ванадия и следовые количества других элементов, включая железо, кислород, углерод и водород.

Благодаря своим свойствам титан Grade 5 пользуется большим спросом в аэрокосмической промышленности для изготовления двигателей и конструкционных компонентов.

Кроме того, Ti 6Al-4V часто используется в автомобильных деталях, таких как пружины и выхлопные трубы, а также в медицинских приложениях, таких как суставные имплантаты.

5. 7 класс

Марка 7 — это титановый сплав, который почти идентичен титану марки 2. Единственная разница между Grade 7 и Grade 2 заключается в добавлении палладия в сплавы Grade 7.

В состав титана Grade 7 входит 99 % титана, 0,12-0,25 % палладия, 0,3 % железа, 0,25 % кислорода и других элементов.

Марка 7 обладает самой высокой коррозионной стойкостью среди всех титановых сплавов и демонстрирует превосходную свариваемость и формуемость.

Из-за его превосходных коррозионно-стойких свойств титан Grade 7 часто используется в химическом производстве и для опреснения воды.

6. 1 класс

Марка 1 — это самая мягкая и пластичная марка чистого титана. Таким образом, титан Grade 1 обладает лучшей формуемостью из различных типов титана.

Титан класса 1 состоит из 99% титана, 0,2% железа, 0,18% кислорода и следовых количеств других элементов, таких как азот, углерод и водород.

Он часто используется в гальванике, трубопроводах, трубах и других областях, где формуемость и свариваемость имеют решающее значение, например, в аэрокосмической, автомобильной и энергетической отраслях.

7. 3 класс

Марка 3 является наименее часто используемой маркой чистого титана. Титан класса 3 прочнее титана класса 1 и класса 2, но также имеет немного меньшую пластичность и формуемость.

Класс 3 обычно используется в криогенных сосудах, трубках конденсаторов, теплообменниках и другом оборудовании для химической обработки.

8. Марка 6 или Ti 5Al-2,5Sn

Титан класса 6 представляет собой титановый сплав, содержащий примерно 5% алюминия, 2,5% олова и 0,5% железа. Добавление алюминия и олова улучшает сопротивление ползучести и температурную стабильность титана.

Марка 6 предпочтительна для более высоких рабочих температур около 900 ° F, где она часто используется для корпусов и колец в газотурбинных двигателях, элементов конструкции и рам в самолетах, а также деталей для химической обработки.

9. 2 класс

Марка 2 — это еще один коммерчески чистый титан, наиболее часто используемый коммерчески чистый сорт.

Как и другие коммерчески чистые сорта титана, он содержит 99% титана, но отличается от других чистых сортов тем, что содержит 0,3% железа, 0,25% кислорода и следовые количества других элементов.

Более высокий процент кислорода позволяет титану класса 2 быть прочнее, чем класс 1. Кроме того, его пластичность и свариваемость делают сплав класса 2 очень универсальным.

Титан класса 2 часто более доступен, чем другие сорта титана, потому что он производится в больших объемах для широкого применения.

Титан марки 2 часто используется в энергетике и нефтяной промышленности в качестве футеровочного материала из-за его коррозионной стойкости.

10. Марка 23 или Ti 6AL-4V ELI

Титан марки 23, также известный как Ti 6Al-4V ELI из-за своего химического состава, обладает высокой прочностью на растяжение и пределом текучести, ударной вязкостью, пластичностью и свариваемостью.

Он имеет состав 88-90% титана, 5,5-6,5% алюминия, 3,5-4,5% ванадия, 0,25% железа, 0,13% кислорода и других элементов.

Класс 23 считается более чистой версией титана класса 5 и часто является лучшим выбором для применения в стоматологии и медицине.

Поэтому титан 23 часто используется для замены костей и суставов, хирургических скоб, лигатурных зажимов, зубных имплантатов и т. д.

Какая марка титана лучше?

Титан марки 5 (Ti 6Al-4V) является наиболее универсальной маркой титана благодаря широкому спектру желаемых свойств.

Он обладает высокой прочностью и пластичностью, а также устойчив к коррозии, термически стабилен и легко формуется.

Благодаря своим свойствам титан марки 5 идеально подходит для широкого круга отраслей и областей применения: от автомобильных и аэрокосмических деталей до спортивных товаров и потребительских товаров.

Какой класс титана используется для 3D-печати?

Титан класса 5 (Ti 6Al-4V) используется для 3D-печати. Марка 5 лучше всего подходит для 3D-печати из-за ее высокой прочности, отличной формуемости и термической стабильности.

Для 3D-печати титана используются методы 3D-печати методом порошкового сплавления, такие как селективное лазерное плавление, электронно-лучевое плавление и прямое лазерное спекание металла.

Эти процессы состоят в избирательном плавлении титанового порошка, который точно укладывается на печатную платформу.

Мощный лазерный или электронный луч расплавляет порошок титана и сплавляет его с предыдущими слоями печатного материала для создания готовых деталей.

Какая самая дешевая марка титана?

Титан класса 2 является самым дешевым сортом титана, поскольку он является наиболее широко используемым коммерчески чистым сортом титана. Его широкое использование приводит к большим объемам производства, что снижает его цену.

Какая марка титана используется для анодирования?

Титан марок 2 и 3 подходит для анодирования. Анодирование — это электрохимический процесс, при котором на поверхности материала создается защитный оксидный слой.

Свойства титана

Свойства титана перечислены ниже:

1. Удельное электрическое сопротивление: удельное электрическое сопротивление титана колеблется от 51 мкОм/см (Ti-0,8Ni-0,3Mo) до 198 мкОм/см (Ti-8Al-1Mo-1V).
2. Теплопроводность: теплопроводность титана колеблется от 6 Вт/м*К (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo) до 22,7 Вт/м*К (Ti-0,8Ni-0,3Mo).

Физические свойства титана

Некоторые из физических свойств титана перечислены ниже:

1. Плотность: плотность титана составляет 4,506 г/см3.
2. Прочность: Прочность титана зависит от марки титана и концентрации легирующих элементов. Прочность титана колеблется от 240 МПа (ч. ч. 1) до 1241 МПа (сплав Ti-10V-2Fe-3Al).
3. Цвет: Титан имеет блестящий серебристо-белый цвет.
4. Пластичность: пластичность титана варьируется от 6% относительного удлинения (Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo) до 25% (коммерчески чистый класс 1).
5. Долговечность: Титан очень прочен и имеет длительный ожидаемый срок службы благодаря высокому пределу текучести, твердости и отличной усталостной прочности.

Химические свойства титана

Некоторые из химических свойств титана перечислены ниже:

1. Потенциал окисления: титан обладает потенциалом окисления из-за своей электронной конфигурации и его классификации как переходного металла. Из-за своего высокого окислительного потенциала титан не встречается в чистом виде в природе, а вместо этого встречается в виде оксидов в горных породах и минералах.
2. Способность образовывать сплавы: титан может легко образовывать сплавы с другими металлами и элементами из-за своего атомного размера и его классификации как переходного металла. Существует множество различных титановых сплавов.
3. Реакционная способность: Титан реагирует с кислотами и галогенами при высоких температурах и совершенно не реагирует с основаниями.
4. Коррозионная стойкость: Титан естественно устойчив к коррозии из-за его склонности вступать в реакцию с кислородом и азотом. Образование оксидов на поверхности титана защищает нижележащий материал от коррозионно-активных веществ.

Применения титана

Благодаря своим свойствам титан широко используется в самых разных отраслях и областях. Некоторые области применения титана перечислены ниже:

1. Ювелирные изделия

Титан обычно используется в ювелирных изделиях для изготовления пирсинга, наручных часов, ожерелий, колец и других изделий из-за его прочности, легкого веса и коррозионной стойкости.

Кроме того, титан иногда смешивают с золотом для получения сплавов из 24-каратного золота, которые более твердые и долговечные, чем альтернативы из чистого золота.

Из-за своей биосовместимости титан популярен среди людей, страдающих аллергией на другие металлы, часто встречающиеся в ювелирных изделиях, такие как никель.

2. Медицинские изделия

Титан является очень важным металлом в медицинской промышленности из-за его высокой прочности, сопротивления усталости и биосовместимости.

Титан часто используется в хирургических и стоматологических инструментах, имплантатах и ​​заменителях суставов.

Остеоинтеграция, способность кости и искусственного имплантата образовывать структурно-функциональную связь, возможна с титаном.

Биосовместимость и нетоксичность титана обеспечивают лучшие результаты лечения пациентов, а также долговечные и прочные имплантаты и протезы, которые могут служить до 30 лет.

3. Промышленность

Титан широко используется в широком диапазоне промышленных сред из-за его высокой прочности и сопротивления усталости, коррозионной стойкости, легкого веса и долговечности.

Использование титана в промышленных условиях включает теплообменники, резервуары, реакторы, клапаны, трубы, шатуны, насосы и многое другое.

4. Аэрокосмическая промышленность

Титан — отличный выбор для производства аэрокосмических деталей и транспортных средств, и на его долю приходится почти 50% общего веса самолета.

Он часто используется для изготовления критически важных деталей, таких как шасси, брандмауэры и гидравлические системы.

Титан ценится в аэрокосмической промышленности из-за его низкой плотности, высокого отношения прочности к весу, коррозионной стойкости и сопротивления усталости.

5. Архитектура

Титан идеально подходит для архитектурных изделий из-за его легкого веса, высокой прочности, коррозионной стойкости и долговечности.

В то время как сталь по-прежнему предпочтительнее титана, когда речь идет о каркасах зданий, титан часто используется для стеклянных рам, фасадов, крыш, внутренних поверхностей стен и потолков из-за его коррозионной стойкости и высокого отношения прочности к весу.

6. Композиты

Композиты на основе титана представляют собой недавно разработанные материалы, в которых используются прочностные и весовые характеристики титана для производства композитов, армированных титановым волокном или частицами (порошком).

Композиты из титана обладают более высокой жесткостью, износостойкостью и прочностью, чем обычные сплавы. Хотя титановые композиты были разработаны только в начале 21 века, они начинают применяться в аэрокосмической и автомобильной промышленности.

7. Автомобильная промышленность

Титан часто используется в автомобильной промышленности для изготовления деталей двигателей, коленчатых валов, седел клапанов, шатунов, выхлопных систем, систем подвески и автомобильных рам.

Титан пользуется большим спросом в автомобильной промышленности из-за его низкой плотности, высокого отношения прочности к весу, коррозионной стойкости и термостойкости.

Эти характеристики титана не только обеспечивают улучшенную аэродинамику и характеристики, но его низкая плотность и высокая прочность также приводят к более экономичному производственному процессу, поскольку для удовлетворения конкретных задач используется меньше материала.

8. Химическая обработка

Титан часто используется в химической промышленности из-за его коррозионной стойкости и химической инертности.

Хотя реакционная способность титана значительно увеличивается при более высоких температурах (> 700 ° F), титан обычно нереакционноспособен и стабилен при более низких температурах. Титан часто используется в трубах, фланцах, трубопроводах, резервуарах, насосах и теплообменниках.

Преимущества титана

Некоторые из преимуществ титана перечислены ниже:

1. Высокая прочность: титан обладает превосходной прочностью и является одним из самых прочных металлов в периодической таблице. Он имеет чрезвычайно высокое отношение прочности к весу, даже больше, чем алюминий. Его прочность и малый вес делают титан популярным вариантом во многих отраслях и областях применения.
2. Коррозионная стойкость: Титан естественно устойчив к коррозии из-за его готовности вступать в реакцию с кислородом. Оксид титана образуется на поверхности детали при контакте с воздухом. Этот слой оксида титана защищает остальную часть материала от агрессивных веществ и окружающей среды. Его коррозионная стойкость делает титан идеальным для использования в строительстве и на судах.
3. Биосовместимость: титан нетоксичен и биосовместим как с людьми, так и с животными. Следовательно, титан часто используется в медицинской и стоматологической промышленности, где он используется для имплантатов, хирургических и стоматологических инструментов.
4. Высокая температура плавления: температура плавления титана составляет около 3034 ° F. Это делает титан идеальным для высокотемпературных применений, таких как реактивные двигатели, ракеты, электростанции и литейные цеха.
5. Универсальные методы изготовления: хотя титан является исключительно прочным металлом, он мягкий и пластичный. Это позволяет изготавливать детали из титана с помощью широкого спектра производственных процессов, включая механическую обработку, формование, прокатку, литье и сварку.

Недостатки титана?

Некоторые из недостатков титана перечислены ниже.

1. Реагирует при высоких температурах: титан, как правило, нереакционноспособен и инертен из-за своего защитного оксидного слоя. Однако титан вступает в реакцию при высоких температурах (> 700 ° F). Это делает производство чистого и легированного титана утомительным и строго контролируемым. Производство титана должно осуществляться в тщательно контролируемой бескислородной среде.
2. Дорого: переработка необработанных пород и минералов для получения чистого титана дорога и сложна. Это связано с реакционной способностью титана при высоких температурах и широтой процессов в рамках процесса Кролла, необходимых для выделения титана.
3. Трудность обработки: титан может быть трудно обработан из-за его низкой теплопроводности. Тепло, выделяющееся во время обработки, накапливается в инструменте, а не в заготовке. Это может привести к снижению стойкости инструмента и качества обработки.
4. Низкое сопротивление неустойчивой ползучести: Титан имеет низкое сопротивление ползучести при высоких температурах выше 570 °F. Ползучесть — это медленная деформация материала под действием постоянно приложенных нагрузок, которая более распространена в условиях высоких температур.

Часто задаваемые вопросы о титане:

Является ли титан устойчивым к ржавчине?

Да, титан устойчив к ржавчине. Ржавчина — это оксид железа. Он образуется при взаимодействии железа с воздухом. Титан не содержит железа, поэтому не ржавеет.

Если титан не подвергается воздействию кислот при высоких температурах, он не подвергается коррозии, поскольку при взаимодействии с воздухом на поверхности титана образуется плотно прилегающий слой оксида титана.

Слой оксида титана защищает нижележащий титан от коррозии, вызванной кислотами, щелочами, соленой водой и другими веществами.

Магнитен ли титан?

Да, титан считается парамагнитным металлом. Это означает, что титан притягивается внешними магнитными полями, но не в такой степени, как ферромагнитные материалы, такие как железо, сталь и никель.

Является ли титан металлом?

Да, титан — это металл. Как и другие металлы, он имеет блестящий вид, является хорошим электрическим и тепловым проводником и пластичен.

Является ли титан пуленепробиваемым?

Да, титан пуленепробиваем, когда речь идет о пистолетах и ​​охотничьих ружьях. Однако титан не является пуленепробиваемым, когда речь идет о мощном бронебойном оружии.

В чем разница между титаном и алюминием?

Титан и алюминий — это два металла в периодической таблице, которые обычно сплавляют и используют в самых разных отраслях. Основные различия в различных свойствах и стоимости между двумя металлами показаны в таблице 1 ниже: