Titanul este un element metalic important cu simbolul chimic Ti și numărul atomic 22 pe tabelul periodic. Are un luciu metalic alb-argintiu și posedă proprietăți excelente, cum ar fi punct de topire ridicat, densitate scăzută, rezistență ridicată și ductilitate puternică. Titan este un material industrial crucial. Dacă doriți să aflați mai multe despre titan, continuați să citiți mai jos!
Un alt termen pentru titan
Titanul are multe avantaje remarcabile, cum ar fi: densitate scăzută, ductilitate puternică și rezistență puternică la coroziune, deci este cunoscut și sub numele de „metal miracol”, „metal spațial” sau „metal marin”.
Istoria titanului
În 1791, titanul a fost descoperit în Anglia de către un geolog amator William Gregor. În 1795, chimistul german Klaproth, făcând referire la numele zeităților Titan din mitologia greacă, a numit acest nou element „Titan”. Abia în 1910, chimistul american Hunter a obținut pentru prima dată titan metal pur 99.9% prin reducerea TiCl cu sodiu. În 1940, omul de știință luxemburghez Kroll a produs și titan pur folosind metoda de reducere a magneziului. De atunci, atât metoda de reducere a magneziului, cât și metoda de reducere a sodiului au devenit procese industriale pentru producția de titan.
Culoarea titanului
Metalul de titan are aspectul de oțel, cu un luciu alb-argintiu sau gri-argintiu și este un metal de tranziție.
Din ce este fabricat titanul?
Titanul este distribuit pe scară largă, reprezentând aproximativ 0.44% din scoarța terestră și se găsește în toate rocile, nisipurile, argilele și alte soluri. Cu toate acestea, deoarece titanul reacționează ușor cu oxigenul, titanul pur nu se găsește în natură; există în principal sub formă de dioxid de titan. Minereurile de titan includ în principal ilmenit și rutil, iar titanul pur poate fi obținut prin purificarea acestor minerale.
Cum este fabricat titanul?
Titanul este de obicei produs folosind Procesul Kroll. În primul rând, minereul de titan este încălzit pentru a produce tetraclorură de titan lichidă (TiCl4). Apoi, purificarea se face folosind distilare fracționată. După distilare, se adaugă magneziu topit pentru a-l reduce la formă de „burete”. Buretele este apoi topit pentru a forma lingouri, care sunt prelucrate în continuare în diferite produse mecanice, cum ar fi tije, plăci, foi și tuburi. În cele din urmă, aceste produse mecanice sunt prelucrate și modelate în continuare, iar tratamentul de suprafață este aplicat după cum este necesar pentru a optimiza produsul.
Care sunt principalele tipuri de titan?
Titanul are două tipuri de structuri polimorfe, și anume faza α și faza β. Pe baza caracteristicilor polimorfe ale titanului, aliajele de titan pot fi împărțite în următoarele trei categorii majore: aliaje de titan α, aliaje de titan β și aliaje de titan α+β.
Aliaj de titan alfa
Aliajele de titan alfa sunt împărțite în continuare în aliaje alfa complete și aliaje aproape alfa. Sunt aliaje monofazate compuse din soluție solidă în fază alfa. Ele prezintă proprietăți bune de lucru la rece și la cald, structură stabilă și rezistență puternică la oxidare.
Aliaj de titan beta
Aliajele beta-titan sunt împărțite în continuare în aliaje beta stabile, aliaje beta metastabile și aliaje aproape beta. Sunt aliaje monofazate compuse din soluție solidă în fază beta și prezintă caracteristici excelente de rezistență, atingând niveluri ridicate de rezistență. De asemenea, au rezistență puternică la coroziune și sudabilitate.
α+β (Alfa+Beta) aliaj de titan
Este un aliaj cu două faze cu proprietăți complete bune, inclusiv structură stabilă, duritate bună, plasticitate bună și rezistență la deformare la temperatură înaltă. Aliajul poate fi consolidat prin procese precum presarea la cald, călirea și tratamentul de îmbătrânire.
Care sunt clasele comune ale titanului?
Grad 1
Titanul pur comercial de gradul 1 este cel mai moale și mai ductil tip de titan. Oferă formabilitate maximă, rezistență excelentă la coroziune și rezistență ridicată la impact. Este materialul preferat pentru aplicațiile care necesită ușurință de formare și este utilizat în mod obișnuit în industria aerospațială, auto și de generare a energiei.
Grad 2
Titanul pur comercial de gradul 2 este cel mai frecvent utilizat titan pur comercial, cu rezistență moderată și proprietăți excelente de formare la rece. În comparație cu alte clase comerciale de titan pur, titanul de gradul 2 este puțin mai slab decât gradul 3, dar mai puternic decât gradul 1, oferind totuși rezistență la coroziune. Datorită rezistenței sale la coroziune, este utilizat în mod obișnuit în industria navală, medicală, de generare a energiei și industria petrolieră.
Grad 3
Titanul de gradul 3 este cel mai puțin utilizat dintre gradele comerciale de titan pur, dar nu îi diminuează valoarea. Are rezistență ridicată, rezistență bună la coroziune și sudabilitate. Rezistența sa este mai mare decât gradul 1 și gradul 2, dar ductilitatea sa este mai mică decât celelalte două clase. Este folosit în mod obișnuit în industria navală, industria aerospațială și industria de prelucrare chimică.
Grad 4
Titanul de gradul 4 este considerat cel mai puternic dintre gradele comerciale de titan pur, cunoscut pentru rezistența sa excelentă la coroziune, formabilitate bună și sudabilitate. Este folosit în mod obișnuit în industria aerospațială, de prelucrare chimică și în industria medicală pentru aplicații precum structurile corpului aeronavei, schimbătoarele de căldură, hardware-ul chirurgical etc.
Gradul 5 sau Ti 6Al-4V
Titanul de gradul 5, cunoscut și sub denumirea de Ti6Al-4V, este denumit „calul de lucru” al aliajelor de titan și este cel mai frecvent utilizat dintre toate aliajele de titan, reprezentând 50% din totalul utilizării globale a titanului. Acest aliaj se caracterizează prin greutate redusă, rezistență extrem de ridicată, rezistență la căldură, rezistență la coroziune și formabilitate. Prin urmare, este foarte favorizat în industria aerospațială pentru fabricarea de motoare, componente structurale și elemente de fixare.
Gradul 6 sau Ti 5Al-2.5Sn
Titanul de gradul 6 are o stabilitate extrem de puternică și menține o bună sudabilitate și rezistență chiar și la temperaturi ridicate. De asemenea, prezintă proprietăți excelente de procesare. Este folosit în mod obișnuit pentru carcasele motoarelor cu turbină, componentele aeronavei și piese de procesare chimică.
Grad 7
Titanul de gradul 7 este similar cu titanul de gradul 2, cu excepția adăugării elementului interstițial paladiu (în intervalul de la 0.12% la 0.25%), care îi îmbunătățește capacitatea de a rezista coroziunii în crăpături. Gradul 7 prezintă, de asemenea, o sudabilitate excelentă și este cel mai rezistent la coroziune dintre toate aliajele de titan. Este folosit în mod obișnuit în producția de produse chimice, desalinizarea apei de mare și producția de energie.
Grad 11
Titanul de gradul 11, cunoscut și sub numele de CP Ti-0.15Pd, este un titan pur comercial similar gradului 1 și gradului 2, cu adăugarea unei cantități mici de paladiu pentru a spori rezistența la coroziune. Poate fi folosit pentru a preveni coroziunea în crăpături și pentru a reduce acizii în medii cu clorură. Titanul de gradul 11 prezintă, de asemenea, ductilitate ridicată, formabilitate la rece, rezistență utilă, tenacitate la impact și sudabilitate excelentă. Este utilizat în mod obișnuit în procesarea chimică și în schimbătoarele de căldură.
Gradul 12 sau Ti 0.3-Mo 0.8-Ni
Titanul de gradul 12, cunoscut și sub numele de Ti 0.3 Mo 0.8 Ni, este un aliaj foarte rezistent la coroziune, care conține cantități mici de nichel și molibden. Aceste elemente sporesc rezistența la coroziune și măresc rezistența aliajului. Este utilizat în mod obișnuit în aplicații precum nave sau platforme de foraj offshore.
Grad 23 sau Ti 6AL-4V ELI
Titanul de gradul 123, cunoscut și sub numele de Ti 6Al-4V ELI, se caracterizează prin ductilitate ridicată, rezistență ridicată, greutate redusă, rezistență la coroziune și duritate ridicată. Este alegerea preferată pentru aplicații stomatologice și medicale.
Care grad de titan este cel mai bun?
Titanul de gradul 5 (Ti 6Al-4V) este cunoscut drept „calul de lucru” deoarece reprezintă jumătate din cererea de titan. Datorită gamei sale largi de proprietăți dorite, a devenit cel mai frecvent utilizat grad de titan. Titanul de gradul 5 are rezistență ridicată, ductilitate ridicată, rezistență puternică la coroziune, stabilitate termică excelentă și este ușor de prelucrat și modelat, făcându-l pe scară largă în industrii precum aerospațial și maritim.
Care este costul titanului?
Costul titanului pur comercial este de aproximativ 23-25 USD per kilogram, în timp ce costul aliajelor de titan este de aproximativ 27-30 USD per kilogram.
Care este cea mai ieftină calitate a titanului?
În prezent, titanul de gradul 1 este relativ mai ieftin ca preț, în principal în funcție de cerințele specifice aplicației și de condițiile de aprovizionare pe piață.
Ce grad de titan este folosit pentru anodizare
Atat titanul de gradul 2, cat si cel de gradul 3 poate fi folosit pentru tratamentul de anodizare.
Care sunt proprietățile titanului?
Mai jos sunt proprietățile fizice și chimice ale titanului:
Proprietăți fizice
Densitate: 4.5 grame/centimetru cub
Culoare: Luciu metalic alb-argintiu
Putere: Rezistența titanului depinde de gradul de titan și de concentrația elementelor sale de aliere.
Abundenţă: Titanul este al nouălea element cel mai abundent din scoarța terestră, aproape prezent în toate rocile și sedimentele.
Rezistență la temperatură: Titanul poate rezista la temperaturi mai mari și mai scăzute în comparație cu oțelul inoxidabil și aluminiu.
Ductilitate: Ductilitatea titanului variază de la 6% alungire (Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo) la 25% (gradul 1 pur comercial).
Proprietate chimică
Oxidare: Datorită potențialului său ridicat de oxidare, titanul nu există în formă pură în natură, ci mai degrabă sub formă de oxizi în roci și minerale.
Reactivitate: Reacționează cu acizi și halogeni la temperaturi ridicate, dar nu reacționează deloc cu alcalii.
Rezistență la coroziune: Titanul are o rezistență la coroziune extrem de puternică, rezistând la coroziune de la acizi, alcalii și apa de mare, deoarece moleculele de oxigen se combină cu titanul pentru a forma oxid de titan.
Prelucrabilitate: Este ușor de prelucrat în diferite forme de produse, cum ar fi tije, plăci, țevi etc.
Procesul de fabricare a metalului de titan
Procesul Kroll este utilizat pentru a transforma titanul brut în titan metalic. Etapele acestui proces includ extracția, purificarea, producția de bureți, fabricarea aliajelor, precum și modelarea și formarea.
Extracție
Concentratele de calitate superioară sunt extrase din minereuri brute, cum ar fi ilmenit și rutil, și trimise la fabrici pentru procesare. După pretratare pentru a îndepărta conținutul de fier, ilmenitul este plasat într-un reactor cu pat fluidizat care conține clor și carbon și încălzit la 900°C. În timpul reacției chimice, se produce tetraclorura de titan împreună cu monoxidul de carbon. Tetraclorura de titan conține impurități care trebuie îndepărtate pentru a prepara dioxidul de titan.
Purificare
Tetraclorura de titan suferă distilare în vid la temperatură înaltă pentru purificare. Metalul produs în timpul procesului de extracție este încălzit în rezervoare mari de distilare. Procesul de purificare folosește distilare și precipitare fracționată pentru a separa impuritățile. Datorită punctelor de fierbere diferite ale diferitelor elemente, în timpul procesului de distilare, diverse elemente sunt îndepărtate când ajung la punctul lor de fierbere. Impuritățile îndepărtate includ vanadiu, siliciu, magneziu, zirconiu și fier.
Formarea bureților
Odată cu formarea buretelui, tetraclorură de titan purificată este turnată în vase de reacție din oțel inoxidabil sub formă lichidă. Se adaugă magneziu, iar amestecul este încălzit la 1100°C pentru a reacţiona cu clorul pentru a produce clorură de magneziu. Gazul argon este pompat pentru a elimina aerul, prevenind reacțiile cu oxigenul și azotul. Titanul produs este extras prin forare și tratat cu un amestec de apă și acid clorhidric pentru a îndepărta excesul de magneziu și clorură de magneziu. Titanul rezultat este sub formă de burete.
Crearea aliajelor
Burete pur de titan este amestecat cu diferite aliaje și fier vechi pentru fabricarea aliajelor. După topirea și amestecarea metalelor în proporții adecvate, bucățile sunt compactate și sudate pentru a forma electrozi de burete. Acestea sunt topite într-un cuptor cu arc cu vid pentru a forma lingouri pentru prelucrare ulterioară în diferite produse industriale și comerciale.
Modelarea și formarea
Lingourile sunt scoase din cuptor, inspectate, ambalate și transportate pentru fabricarea produselor din aliaj de titan. Proprietățile fiecărui lingou sunt inspectate pentru a se asigura că îndeplinesc cerințele clienților. Lingourile sunt supuse diferitelor procese, cum ar fi sudarea, modelarea, turnarea, forjarea și metalurgia pulberilor în timpul procesului de fabricare a produsului.
Care sunt beneficiile titanului?
Putere mare
Titanul are o rezistență excelentă, făcându-l unul dintre cele mai puternice metale din tabelul periodic. Datorită densității sale scăzute, titanul este, de asemenea, foarte ușor.
Rezistența la coroziune
Titanul reacționează ușor cu oxigenul, formând un strat subțire de oxid pe suprafața sa, care oferă rezistență naturală la coroziune.
biocompatibilității
Titanul este non-toxic și biocompatibil atât cu oamenii, cât și cu animalele. Prin urmare, titanul este folosit frecvent în industria medicală și dentară.
Coeficient de expansiune termică scăzut
Titanul are un coeficient de dilatare termică scăzut, rezultând o dilatare și contracție minimă la temperaturi extreme, ceea ce duce la o stabilitate structurală mai mare.
Punct de topire ridicat
Titanul are un punct de topire extrem de ridicat (aproximativ 1668°C), ceea ce îl face foarte potrivit pentru aplicații la temperaturi înalte, cum ar fi turnătorii și motoarele cu reacție cu turbină.
Posibilitati excelente de productie
În ciuda faptului că este un metal foarte puternic, titanul este, de asemenea, moale și ductil. Acest lucru permite fabricarea componentelor din titan folosind diferite procese de fabricație.
Care sunt limitele titanului?
Scump
Titanul este considerat un metal rar, iar purificarea lui este atât costisitoare, cât și complexă.
Greu de modelat
Sunt necesare mașini avansate și echipamente specializate pentru a-l modela în forme utile.
Reacționează la temperaturi ridicate
Acest lucru face ca producția de titan pur și aliaje de titan să fie greoaie și extrem de controlată. Producția de titan trebuie să fie efectuată în medii anaerobe strict controlate.
Conductivitate termică slabă
Titanul este un material cu conductivitate termică slabă, ceea ce îl face dificil de prelucrat.
Care sunt aplicațiile titanului?
Industria aerospațială
Aliajele de titan sunt apreciate în industria aerospațială industrie pentru raportul lor ridicat rezistență-densitate, rezistența la coroziune și capacitatea de a rezista la temperaturi moderate fără fluaj.
Automotive
Titanul este favorizat în industria auto datorită densității sale scăzute, raportului ridicat rezistență-greutate, rezistenței la coroziune și rezistenței la căldură.
Industrial
Titanul este utilizat pe scară largă în mediile industriale datorită rezistenței sale ridicate, rezistenței la coroziune, ușoarei și durabilității. Aplicațiile sale includ schimbătoare de căldură, supape, țevi și biele.
Medical
Titanul este non-toxic și biocompatibil cu oasele umane, ceea ce îl face foarte potrivit pentru aplicații medicale. Are proprietăți inerente pentru integrarea osoasă și poate fi folosit pentru implanturi dentare care pot dura mai mult de 30 de ani, ceea ce este util și pentru aplicațiile de implant ortopedic.
Efectele asupra sănătății și asupra mediului ale titanului metalului
Efectele Titanului asupra sănătății
Titanul metal este un material biocompatibil cu o biocompatibilitate excelentă și nu este toxic. Este folosit în mod obișnuit în instrumentele și implanturile medicale și nu are efecte nocive asupra corpului uman.
Efectele asupra mediului ale titanului
Titanul nu eliberează substanțe toxice, evitând astfel impactul negativ asupra mediului. Cu toate acestea, în timpul procesului de producție a titanului, pot fi generate unele deșeuri sau emisii de evacuare. Cu toate acestea, cu un management eficient și măsuri proactive de tratament, impactul asupra mediului poate fi minimizat în cea mai mare măsură posibilă.
Întrebări frecvente
Titanul este rezistent la rugină?
Da, aliajele de titan au o rezistență excelentă la coroziune și pot rezista la eroziunea multor substanțe chimice.
Titanul este magnetic?
În general, titanul pur este de obicei nemagnetic, deoarece structura cristalină a titanului pur nu suportă magnetismul. Cu toate acestea, anumite aliaje de titan pot prezenta magnetism, în funcție de tipurile și concentrațiile elementelor de aliere.
Este Titanium Bulletproof?
Da, titanul are capacități antiglonț pentru pistoale și puști de vânătoare, dar pentru echipamentele de calitate militară, titanul nu este antiglonț.
Care este diferența dintre titan și aluminiu?
Caracteristici materiale
Titanul are o rezistență mai mare și o rezistență la coroziune mai mare decât aluminiu, fiind, de asemenea, mai ușor decât aluminiul, dar este mai costisitor. Aluminiul este un metal ușor, cu o conductivitate termică și electrică bună și un cost mai mic în comparație cu titanul.
aplicatii
Titanul este utilizat în mod obișnuit în aplicații care necesită rezistență ridicată și rezistență la coroziune, cum ar fi dispozitivele aerospațiale și medicale. Aluminiul are o gamă mai largă de aplicații, inclusiv aerospațial, auto, construcții și electronice.
Dificultate de procesare
Datorită rezistenței sale mai mari și rezistenței la coroziune, titanul este mai dificil de prelucrat, necesitând echipamente și tehnici de procesare de nivel superior. În schimb, aluminiul este relativ ușor de prelucrat și poate fi prelucrat și format folosind metode convenționale.
Ce grad de titan este folosit pentru imprimarea 3D?
Titanul de gradul 5, cunoscut și sub numele de Ti-6Al-4V, este utilizat în mod obișnuit în imprimarea 3D datorită raportului său excelent rezistență-greutate și biocompatibilității.
Concluzie
Acest articol prezintă ce este titanul, istoria sa de dezvoltare, tipurile de titan, clasificarea gradelor de titan, informații de bază despre caracteristicile sale etc. Procesul de formare a aliajelor de titan este explicat în primul rând folosind metoda Kroll, împreună cu avantajele și dezavantajele titanului. și domeniile sale de aplicare.
Dacă doriți să aflați mai multe despre titan sau să aveți cerințe personalizate pentru produse, vă rugăm să vizitați site-ul nostru web.