Titan er et vigtigt metallisk grundstof med det kemiske symbol Ti og atomnummer 22 i det periodiske system. Det har en sølv-hvid metallisk glans og besidder fremragende egenskaber såsom højt smeltepunkt, lav massefylde, høj styrke og stærk duktilitet. Titanium er et afgørende industrielt materiale. Hvis du vil lære mere om titanium, så fortsæt venligst med at læse nedenfor!
Den anden betegnelse for titan
Titanium har mange fremragende fordele, såsom: lav densitet, stærk duktilitet og stærk korrosionsbestandighed, så det er også kendt som "mirakelmetal", "rummetal" eller "marinmetal".
Titaniums historie
I 1791 blev titanium opdaget i England af en amatørgeolog William Gregor. I 1795 kaldte den tyske kemiker Klaproth, der refererede til navnet på Titan-guderne fra den græske mytologi, dette nye element "Titanium". Det var først i 1910, at den amerikanske kemiker Hunter først opnåede 99.9% rent titaniummetal ved at reducere TiCl med natrium. I 1940 producerede den luxembourgske videnskabsmand Kroll også rent titanium ved hjælp af magnesiumreduktionsmetoden. Siden da er både magnesiumreduktionsmetoden og natriumreduktionsmetoden blevet industrielle processer til titaniumproduktion.
Farven på titanium
Titaniummetal har udseende af stål, med en sølvhvid eller sølvgrå glans, og det er et overgangsmetal.
Hvad er titan lavet af?
Titan er vidt udbredt og tegner sig for omkring 0.44% af jordskorpen og findes i alle sten, sand, ler og andre jordarter. Men fordi titan let reagerer med ilt, findes rent titanium ikke i naturen; det findes hovedsageligt i form af titaniumdioxid. Titanmalme omfatter hovedsageligt ilmenit og rutil, og rent titanium kan opnås gennem oprensning af disse mineraler.
Hvordan laves titanium?
Titanium fremstilles normalt ved hjælp af Kroll proces. For det første opvarmes titaniummalm for at producere flydende titantetrachlorid (TiCl4). Dernæst udføres oprensning ved hjælp af fraktioneret destillation. Efter destillation tilsættes smeltet magnesium for at reducere det til "svamp"-form. Svampen smeltes derefter til dannelse af ingots, som videreforarbejdes til forskellige mekaniske produkter såsom stænger, plader, plader og rør. Til sidst videreforarbejdes og formes disse mekaniske produkter, og der påføres overfladebehandling efter behov for at optimere produktet.
Hvad er de vigtigste typer titanium?
Titan har to typer polymorfe strukturer, nemlig α-fasen og β-fasen. Baseret på titaniums polymorfe karakteristika kan titanlegeringer opdeles i følgende tre hovedkategorier: α-titaniumlegeringer, β-titaniumlegeringer og α+β-titaniumlegeringer.
Alpha Titanium legering
Alpha titanlegeringer er yderligere opdelt i fuld alfa legeringer og næsten alfa legeringer. De er enfasede legeringer sammensat af alfafase fast opløsning. De udviser gode kold- og varmebearbejdningsegenskaber, stabil struktur og stærk oxidationsmodstand.
Beta titanium legering
Beta titanlegeringer er yderligere opdelt i stabile beta-legeringer, metastabile beta-legeringer og nær-beta-legeringer. De er enfasede legeringer sammensat af betafase fast opløsning og udviser fremragende styrkeegenskaber, hvilket opnår høje styrkeniveauer. De har også stærk korrosionsbestandighed og svejsbarhed.
α+β (Alpha+Beta) Titaniumlegering
Det er en tofaset legering med gode omfattende egenskaber, herunder stabil struktur, god sejhed, god plasticitet og modstandsdygtighed over for deformation ved høje temperaturer. Legeringen kan styrkes gennem processer som varmpresning, bratkøling og ældningsbehandling.
Hvad er de almindelige kvaliteter af titan?
Grade 1
Grade 1 kommerciel ren titanium er den blødeste og mest duktile type titanium. Det giver maksimal formbarhed, fremragende korrosionsbestandighed og høj slagfasthed. Det er det foretrukne materiale til applikationer, der kræver let formgivning og bruges almindeligvis i luftfarts-, bil- og elproduktionsindustrien.
Grade 2
Grade 2 kommercielt rent titanium er det mest almindeligt anvendte kommercielle rent titanium, med moderat styrke og fremragende koldformningsegenskaber. Sammenlignet med andre kommercielle rent titanium kvaliteter er Grade 2 titanium lidt svagere end Grade 3, men stærkere end Grade 1, mens den stadig tilbyder korrosionsbestandighed. På grund af dets korrosionsbestandighed er det almindeligt anvendt i marine-, medicinsk-, elproduktions- og petroleumsindustrien.
Grade 3
Grade 3 titanium er det mindst brugte blandt kommercielle rene titanium kvaliteter, men det formindsker ikke dets værdi. Det har høj styrke, god korrosionsbestandighed og svejsbarhed. Dens styrke er højere end Grade 1 og Grade 2, men dens duktilitet er lavere end de to andre kvaliteter. Det er almindeligt anvendt i marineindustrien, rumfartsindustrien og kemiske forarbejdningsindustrier.
Grade 4
Grade 4 titanium anses for at være den stærkeste blandt kommercielle rene titanium kvaliteter, kendt for sin fremragende korrosionsbestandighed, gode formbarhed og svejsbarhed. Det bruges almindeligvis i rumfart, kemisk forarbejdning og medicinsk industri til applikationer som flyskrogstrukturer, varmevekslere, kirurgisk hardware osv.
Grad 5 eller Ti 6Al-4V
Grad 5 titanium, også kendt som Ti6Al-4V, omtales som "arbejdshesten" af titanlegeringer og er den mest almindeligt anvendte blandt alle titanlegeringer, der tegner sig for 50% af det samlede globale titaniumforbrug. Denne legering er kendetegnet ved dens lette, ekstremt høje styrke, varmebestandighed, korrosionsbestandighed og formbarhed. Derfor er det meget populært i luftfartsindustrien til fremstilling af motorer, strukturelle komponenter og fastgørelseselementer.
Grad 6 eller Ti 5Al-2.5Sn
Grade 6 titanium har ekstrem stærk stabilitet og bevarer god svejsbarhed og styrke selv ved høje temperaturer. Det udviser også fremragende forarbejdningsegenskaber. Det bruges almindeligvis til turbinemotorhuse, flykomponenter og kemiske bearbejdningsdele.
Grade 7
Grade 7 titanium ligner grad 2 titanium, bortset fra tilføjelsen af det interstitielle element palladium (i området fra 0.12% til 0.25%), hvilket forbedrer dets evne til at modstå spaltekorrosion. Grade 7 udviser også fremragende svejsbarhed og er den mest korrosionsbestandige blandt alle titanlegeringer. Det er almindeligt anvendt i kemisk fremstilling, afsaltning af havvand og kraftproduktion.
Grade 11
Grade 11 titanium, også kendt som CP Ti-0.15Pd, er et kommercielt rent titanium svarende til Grade 1 og Grade 2, med tilsætning af en lille mængde palladium for at øge korrosionsbestandigheden. Det kan bruges til at forhindre sprækkekorrosion og reducere syrer i kloridmiljøer. Grade 11 titanium udviser også høj duktilitet, kold formbarhed, nyttig styrke, slagfasthed og fremragende svejsbarhed. Det er almindeligt anvendt i kemisk behandling og varmevekslere.
Grad 12 eller Ti 0.3-Mo 0.8-Ni
Grade 12 titanium, også kendt som Ti 0.3 Mo 0.8 Ni, er en meget korrosionsbestandig legering, der indeholder små mængder nikkel og molybdæn. Disse elementer forbedrer korrosionsbestandigheden og øger legeringsstyrken. Det er almindeligt anvendt i applikationer såsom skibe eller offshore boreplatforme.
Grade 23 eller Ti 6AL-4V ELI
Grade 123 titanium, også kendt som Ti 6Al-4V ELI, er kendetegnet ved høj duktilitet, høj styrke, letvægt, korrosionsbestandighed og høj sejhed. Det er det foretrukne valg til dentale og medicinske applikationer.
Hvilken grad af titanium er bedst?
Grade 5 (Ti 6Al-4V) titanium er kendt som "arbejdshesten", fordi det tegner sig for halvdelen af efterspørgslen efter titanium. På grund af dets brede udvalg af ønskværdige egenskaber er det blevet den mest almindeligt anvendte titaniumkvalitet. Grade 5 titanium har høj styrke, høj duktilitet, stærk korrosionsbestandighed, fremragende termisk stabilitet og er let at behandle og forme, hvilket gør det meget udbredt i industrier som rumfart og marine.
Hvad er prisen på titanium?
Omkostningerne ved kommercielt rent titanium er cirka 23-25 USD pr. kilogram, mens prisen på titanlegeringer er cirka 27-30 USD pr. kg.
Hvilken er den billigste titankvalitet?
I øjeblikket er Grade 1 titanium relativt billigere i pris, hovedsageligt afhængigt af specifikke anvendelseskrav og markedsudbudsbetingelser.
Hvilken grad af titan bruges til anodisering
Både Grade 2 og Grade 3 titanium kan bruges til anodiseringsbehandling.
Hvad er egenskaberne ved titan?
Nedenfor er de fysiske og kemiske egenskaber af titanium:
Fysiske egenskaber
Massefylde: 4.5 gram/kubikcentimeter
Farve: Sølv-hvid metallisk glans
Styrke: Styrken af titanium afhænger af kvaliteten af titanium og koncentrationen af dets legeringselementer.
Overflod: Titanium er det niende mest udbredte grundstof i jordskorpen, næsten til stede i alle klipper og sedimenter.
Temperaturbestandighed: Titanium kan modstå højere og lavere temperaturer sammenlignet med rustfrit stål og aluminium.
Duktilitet: Duktiliteten af titanium varierer fra 6% forlængelse (Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo) til 25% (kommercielt ren Grade 1).
Kemiske egenskaber
Oxidation: På grund af dets høje oxidationspotentiale eksisterer titanium ikke i sin rene form i naturen, men snarere i form af oxider i sten og mineraler.
Reaktivitet: Det reagerer med syrer og halogener ved høje temperaturer, men reagerer slet ikke med alkalier.
Korrosionsbestandighed: Titanium har ekstrem stærk korrosionsbestandighed og modstår korrosion fra syrer, baser og havvand, fordi oxygenmolekyler kombineres med titanium for at danne titaniumoxid.
Bearbejdelighed: Det er nemt at forarbejde til forskellige former for produkter, såsom stænger, plader, rør osv.
Titaniummetalfremstillingsproces
Kroll-processen bruges til at omdanne råt titanium til titaniummetal. Trinene i denne proces omfatter ekstraktion, oprensning, svampeproduktion, legeringsfremstilling samt formning og formning.
Ekstraktion
Højkvalitetskoncentrater udvindes af rå malme som ilmenit og rutil og sendes til fabrikker til forarbejdning. Efter forbehandling for at fjerne jernindhold anbringes ilmenit i en fluid bed-reaktor indeholdende chlor og kulstof og opvarmes til 900°C. Under den kemiske reaktion produceres titantetrachlorid sammen med kulilte. Titaniumtetrachlorid indeholder urenheder, der skal fjernes for at fremstille titaniumdioxid.
oprensning
Titantetrachlorid gennemgår højtemperaturvakuumdestillation til oprensning. Det metal, der produceres under ekstraktionsprocessen, opvarmes i store destillationstanke. Oprensningsprocessen bruger fraktioneret destillation og udfældning til at adskille urenheder. På grund af de forskellige kogepunkter for forskellige grundstoffer fjernes forskellige elementer under destillationsprocessen, når de når deres kogepunkt. De fjernede urenheder omfatter vanadium, silicium, magnesium, zirconium og jern.
Svampedannelse
Med dannelsen af svamp hældes renset titantetrachlorid i reaktionsbeholdere af rustfrit stål i flydende form. Magnesium tilsættes, og blandingen opvarmes til 1100°C for at reagere med chlor til fremstilling af magnesiumchlorid. Argongas pumpes ind for at fjerne luft, hvilket forhindrer reaktioner med ilt og nitrogen. Det producerede titanium ekstraheres gennem boring og behandles med en blanding af vand og saltsyre for at fjerne overskydende magnesium og magnesiumchlorid. Det resulterende titanium er i svampeform.
Legering skabelse
Ren svampet titanium blandes med forskellige legeringer og skrotmetaller til fremstilling af legeringer. Efter smeltning og blanding af metallerne i passende proportioner komprimeres stykkerne og svejses til svampeelektroder. Disse smeltes i en vakuumbueovn for at danne barrer til videre forarbejdning til forskellige industrielle og kommercielle produkter.
Formning og formning
Ingots fjernes fra ovnen, inspiceres, pakkes og transporteres til fremstilling af titanlegeringsprodukter. Egenskaberne for hver barre inspiceres for at sikre, at de opfylder kundernes krav. Ingots gennemgår forskellige processer såsom svejsning, formning, støbning, smedning og pulvermetallurgi under produktfremstillingsprocessen.
Hvad er fordelene ved Titanium?
Høj styrke
Titanium har fremragende styrke, hvilket gør det til et af de stærkeste metaller i det periodiske system. På grund af sin lave densitet er titanium også meget let.
Korrosionsbestandighed
Titanium reagerer let med ilt og danner et tyndt oxidlag på overfladen, som giver naturlig korrosionsbestandighed.
biokompatibilitet
Titanium er ikke-giftigt og biokompatibelt med både mennesker og dyr. Derfor er titanium ofte brugt i medicin- og dentalindustrien.
Lav termisk udvidelseskoefficient
Titanium har en lav termisk udvidelseskoefficient, hvilket resulterer i minimal udvidelse og sammentrækning ved ekstreme temperaturer, hvilket fører til højere strukturel stabilitet.
Højt Smeltepunkt
Titanium har et ekstremt højt smeltepunkt (ca. 1668°C), hvilket gør det særdeles velegnet til højtemperaturapplikationer såsom støberier og turbinejetmotorer.
Fremragende fremstillingsmuligheder
På trods af at det er et meget stærkt metal, er titanium også blødt og duktilt. Dette gør det muligt at fremstille titaniumkomponenter ved hjælp af forskellige fremstillingsprocesser.
Hvad er Titaniums begrænsninger?
Dyrt
Titanium betragtes som et sjældent metal, og dets rensning er både dyrt og komplekst.
Svært at forme
Avanceret maskineri og specialiseret udstyr er påkrævet for at forme det til brugbare former.
Reagerer ved høje temperaturer
Dette gør fremstillingen af rent titanium og titanlegeringer besværlig og meget kontrolleret. Titaniumproduktion skal udføres i strengt kontrollerede anaerobe miljøer.
Dårlig termisk ledningsevne
Titanium er et materiale med dårlig varmeledningsevne, hvilket gør det vanskeligt at behandle.
Hvad er anvendelserne af titan?
Luftfart
Titanium legeringer er værdsat i rumfart industri for deres høje styrke-til-densitet-forhold, korrosionsbestandighed og evne til at modstå moderate temperaturer uden krybning.
Automotive
Titanium er favoriseret i bilindustrien på grund af dets lave densitet, høje styrke-til-vægt-forhold, korrosionsbestandighed og varmebestandighed.
Industriel
Titanium er meget udbredt i industrielle miljøer på grund af dets høje styrke, korrosionsbestandighed, lette vægt og holdbarhed. Dens anvendelser omfatter varmevekslere, ventiler, rør og plejlstænger.
Medicin
Titanium er ikke-toksisk og biokompatibelt med menneskelige knogler, hvilket gør det særdeles velegnet til medicinske anvendelser. Det har iboende egenskaber til knogleintegration og kan bruges til tandimplantater, der kan holde i mere end 30 år, hvilket også er nyttigt til ortopædiske implantater.
Sundheds- og miljøeffekter af titaniummetal
Sundhedseffekter af titan
Titaniummetal er et biokompatibelt materiale med fremragende biokompatibilitet og er ikke-giftigt. Det er almindeligt anvendt i medicinske instrumenter og implantater og har ikke skadelige virkninger på den menneskelige krop.
Miljøpåvirkninger af titanium
Titan frigiver ikke giftige stoffer og undgår derved negative miljøpåvirkninger. Men under produktionsprocessen af titanium kan der opstå nogle affalds- eller udstødningsemissioner. Ikke desto mindre kan miljøpåvirkningen med effektiv styring og proaktive behandlingstiltag minimeres i videst muligt omfang.
Ofte Stillede Spørgsmål
Er titan rustfast?
Ja, titanlegeringer har fremragende korrosionsbestandighed og kan modstå erosion af mange kemikalier.
Er titan magnetisk?
Generelt er rent titanium typisk ikke-magnetisk, fordi krystalstrukturen af rent titanium ikke understøtter magnetisme. Visse titanlegeringer kan dog udvise magnetisme, afhængigt af typer og koncentrationer af legeringselementer.
Er Titanium skudsikkert?
Ja, titanium har skudsikre egenskaber til håndvåben og jagtrifler, men til militærudstyr er titanium ikke skudsikkert.
Hvad er forskellen mellem titan og aluminium?
Materielle karakteristika
Titanium har højere styrke og korrosionsbestandighed end aluminium, mens det også er lettere end aluminium, men det er dyrere. Aluminium er et letvægtsmetal med god termisk og elektrisk ledningsevne og lavere omkostninger sammenlignet med titanium.
Applikationer
Titanium er almindeligt anvendt i applikationer, der kræver høj styrke og korrosionsbestandighed, såsom rumfart og medicinsk udstyr. Aluminium har en bredere vifte af applikationer, herunder rumfart, bilindustrien, byggeri og elektronik.
Behandlingssvær
På grund af dets højere styrke og korrosionsbestandighed er titanium vanskeligere at behandle, hvilket kræver behandlingsudstyr og -teknikker på højere niveau. I modsætning hertil er aluminium relativt let at bearbejde og kan bearbejdes og formes ved hjælp af konventionelle metoder.
Hvilken grad af titan bruges til 3D-print?
Grad 5 titanium, også kendt som Ti-6Al-4V, er almindeligt anvendt i 3D-print på grund af dets fremragende styrke-til-vægt-forhold og biokompatibilitet.
Konklusion
Denne artikel introducerer hvad titanium er, dets udviklingshistorie, typer af titanium, klassificering af titaniumkvaliteter, grundlæggende oplysninger om dets egenskaber osv. Dannelsesprocessen for titanlegeringer forklares primært ved hjælp af Kroll-metoden sammen med fordele og ulemper ved titanium og dets anvendelsesområder.
Hvis du gerne vil lære mere om titanium eller har tilpassede produktkrav, kan du besøge vores hjemmeside.