Титан — важный металлический элемент с химическим символом Ti и атомным номером 22 в периодической таблице. Он имеет серебристо-белый металлический блеск и обладает превосходными свойствами, такими как высокая температура плавления, низкая плотность, высокая прочность и пластичность. Титан является важнейшим промышленным материалом. Если вы хотите узнать больше о титане, продолжайте читать ниже!
Другой термин для титана
Титан обладает множеством выдающихся преимуществ, таких как низкая плотность, высокая пластичность и высокая коррозионная стойкость, поэтому его также называют «чудо-металлом», «космическим металлом» или «морским металлом».
История титана
В 1791 году в Англии геолог-любитель обнаружил титан. Уильям Грегори. В 1795 году немецкий химик Клапрот, ссылаясь на имена божеств-титанов из греческой мифологии, назвал этот новый элемент «Титаном». Лишь в 1910 году американский химик Хантер впервые получил металлический титан чистотой 99.9% путем восстановления TiCl натрием. В 1940 году люксембургский ученый Кролл также получил чистый титан методом восстановления магния. С тех пор как метод восстановления магния, так и метод восстановления натрия стали промышленными процессами производства титана.
Цвет Титана
Металлический титан имеет вид стали с серебристо-белым или серебристо-серым блеском и является переходным металлом.
Из чего сделан титан?
Титан широко распространен, составляет около 0.44% земной коры, содержится во всех горных породах, песках, глинах и других почвах. Однако, поскольку титан легко реагирует с кислородом, чистый титан не встречается в природе; в основном он существует в форме диоксида титана. Титановые руды в основном включают ильменит и рутил, а чистый титан можно получить путем очистки этих минералов.
Как производится титан?
Титан обычно производят с использованием Процесс Кролла. Сначала титановую руду нагревают для получения жидкого тетрахлорида титана (TiCl4). Далее очистка производится с помощью фракционной перегонки. После дистилляции добавляют расплавленный магний, чтобы восстановить его до «губчатой» формы. Затем губку плавят с образованием слитков, которые далее перерабатываются в различные механические изделия, такие как стержни, пластины, листы и трубы. Наконец, эти механические изделия подвергаются дальнейшей обработке и формованию, а обработка поверхности применяется по мере необходимости для оптимизации изделия.
Каковы основные типы титана?
Титан имеет два типа полиморфных структур, а именно α-фазу и β-фазу. В зависимости от полиморфных характеристик титана титановые сплавы можно разделить на следующие три основные категории: титановые сплавы α, титановые сплавы β и титановые сплавы α+β.
Альфа-титановый сплав
Альфа-титановые сплавы подразделяются на полные альфа-сплавы и почти альфа-сплавы. Это однофазные сплавы, состоящие из твердого раствора альфа-фазы. Они демонстрируют хорошие свойства холодной и горячей обработки, стабильную структуру и сильную стойкость к окислению.
Бета-титановый сплав
Бета-титановые сплавы подразделяются на стабильные бета-сплавы, метастабильные бета-сплавы и почти бета-сплавы. Они представляют собой однофазные сплавы, состоящие из твердого раствора бета-фазы, и обладают отличными прочностными характеристиками, обеспечивая высокий уровень прочности. Они также обладают сильной коррозионной стойкостью и свариваемостью.
α+β (Альфа+Бета) Титановый сплав
Это двухфазный сплав с хорошими комплексными свойствами, включая стабильную структуру, хорошую вязкость, хорошую пластичность и устойчивость к высокотемпературной деформации. Сплав можно укрепить с помощью таких процессов, как горячее прессование, закалка и старение.
Каковы распространенные марки титана?
Оценка 1
Технический чистый титан 1-го класса — самый мягкий и пластичный тип титана. Он обеспечивает максимальную формуемость, отличную коррозионную стойкость и высокую ударную вязкость. Это предпочтительный материал для применений, требующих простоты формования, и он обычно используется в аэрокосмической, автомобильной и энергетической промышленности.
Оценка 2
Технический чистый титан 2-го класса является наиболее часто используемым техническим чистым титаном, обладающим умеренной прочностью и отличными свойствами холодной штамповки. По сравнению с другими коммерческими марками чистого титана титан класса 2 немного слабее, чем класс 3, но прочнее, чем класс 1, но при этом обеспечивает коррозионную стойкость. Благодаря своей коррозионной стойкости он широко используется в морской, медицинской, энергетической и нефтяной промышленности.
Оценка 3
Титан марки 3 используется реже всего среди коммерческих марок чистого титана, но это не умаляет его ценности. Он обладает высокой прочностью, хорошей коррозионной стойкостью и свариваемостью. Его прочность выше, чем у марок 1 и 2, но пластичность ниже, чем у двух других марок. Он широко используется в морской, аэрокосмической и химической перерабатывающей промышленности.
Оценка 4
Титан 4-го класса считается самым прочным среди коммерческих марок чистого титана, известного своей превосходной коррозионной стойкостью, хорошей формуемостью и свариваемостью. Он обычно используется в аэрокосмической, химической и медицинской промышленности для таких применений, как конструкции планера, теплообменники, хирургическое оборудование и т. д.
Класс 5 или Ти 6Ал-4В
Титан класса 5, также известный как Ti6Al-4V, называют «рабочей лошадкой» среди титановых сплавов и является наиболее часто используемым среди всех титановых сплавов, на его долю приходится 50% от общего мирового использования титана. Этот сплав характеризуется легким весом, чрезвычайно высокой прочностью, жаростойкостью, коррозионной стойкостью и пластичностью. Поэтому он очень популярен в аэрокосмической промышленности для производства двигателей, конструктивных компонентов и крепежных изделий.
Марка 6 или Ti 5Al-2.5Sn
Титан класса 6 обладает чрезвычайно высокой стабильностью и сохраняет хорошую свариваемость и прочность даже при высоких температурах. Он также демонстрирует отличные технологические свойства. Он обычно используется для изготовления корпусов турбинных двигателей, компонентов самолетов и деталей химической обработки.
Оценка 7
Титан класса 7 аналогичен титану класса 2, за исключением добавления межузельного элемента палладия (в диапазоне от 0.12% до 0.25%), который повышает его способность противостоять щелевой коррозии. Марка 7 также демонстрирует отличную свариваемость и является наиболее устойчивой к коррозии среди всех титановых сплавов. Его широко используют в химическом производстве, опреснении морской воды и производстве электроэнергии.
Оценка 11
Титан класса 11, также известный как CP Ti-0.15Pd, представляет собой коммерческий чистый титан, аналогичный титану класса 1 и класса 2, с добавлением небольшого количества палладия для повышения коррозионной стойкости. Его можно использовать для предотвращения щелевой коррозии и снижения кислотности в хлоридных средах. Титан класса 11 также демонстрирует высокую пластичность, способность к холодной штамповке, полезную прочность, ударную вязкость и отличную свариваемость. Он обычно используется в химической обработке и теплообменниках.
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 сплав с высокой коррозионной стойкостью, содержащий небольшое количество никеля и молибдена. Эти элементы повышают коррозионную стойкость и повышают прочность сплава. Он обычно используется в таких приложениях, как корабли или морские буровые платформы.
Класс 23 или Ti 6AL-4V ELI
Титан марки 123, также известный как Ti 6Al-4V ELI, характеризуется высокой пластичностью, высокой прочностью, легким весом, коррозионной стойкостью и высокой ударной вязкостью. Это предпочтительный выбор для стоматологических и медицинских применений.
Какая марка титана лучше?
Титан 5-го класса (Ti 6Al-4V) известен как «рабочая лошадка», поскольку на его долю приходится половина потребности в титане. Благодаря широкому спектру желаемых свойств он стал наиболее часто используемым сортом титана. Титан класса 5 обладает высокой прочностью, высокой пластичностью, высокой коррозионной стойкостью, превосходной термической стабильностью, а также легко обрабатывается и формуется, что делает его широко используемым в таких отраслях, как аэрокосмическая и морская промышленность.
Какова стоимость титана?
Стоимость коммерческого чистого титана составляет примерно 23-25 долларов за килограмм, а стоимость титановых сплавов - примерно 27-30 долларов за килограмм.
Какая марка титана самая дешевая?
В настоящее время титан Grade 1 относительно дешевле по цене, что в основном зависит от конкретных требований применения и условий предложения на рынке.
Какая марка титана используется для анодирования
Для анодирования можно использовать титан как класса 2, так и класса 3.
Каковы свойства титана?
Ниже приведены физические и химические свойства титана:
Физические свойства
Плотность: 4.5 грамм/кубический сантиметр
Цвет: Серебристо-белый металлический блеск
Прочность: Прочность титана зависит от марки титана и концентрации его легирующих элементов.
Избыток: Титан — девятый по распространенности элемент в земной коре, присутствует практически во всех горных породах и отложениях.
Термостойкость: Титан может выдерживать более высокие и низкие температуры по сравнению с нержавеющей сталью и алюминием.
Пластичность: Пластичность титана колеблется от 6% относительного удлинения (Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo) до 25% (техническая чистота Grade 1).
Химические свойства
Окисление: Из-за высокого окислительного потенциала титан в природе существует не в чистом виде, а в виде оксидов в горных породах и минералах.
Реактивность: Реагирует с кислотами и галогенами при высоких температурах, но совершенно не реагирует со щелочами.
Устойчивость к коррозии: Титан обладает чрезвычайно сильной коррозионной стойкостью, сопротивляясь коррозии от кислот, щелочей и морской воды, поскольку молекулы кислорода соединяются с титаном, образуя оксид титана.
Обрабатываемость: Его легко перерабатывать в изделия различной формы, такие как стержни, пластины, трубы и т. д.
Процесс изготовления титанового металла
Процесс Кролла используется для преобразования сырого титана в металлический титан. Этапы этого процесса включают экстракцию, очистку, производство губки, производство сплавов, а также формование и формование.
Добыча
Высококачественные концентраты извлекаются из сырых руд, таких как ильменит и рутил, и отправляются на переработку на заводы. После предварительной обработки для удаления содержания железа ильменит помещают в реактор с псевдоожиженным слоем, содержащий хлор и углерод, и нагревают до 900°С. В ходе химической реакции вместе с окисью углерода образуется тетрахлорид титана. Тетрахлорид титана содержит примеси, которые необходимо удалить для получения диоксида титана.
очистка
Тетрахлорид титана для очистки подвергается высокотемпературной вакуумной перегонке. Металл, полученный в процессе экстракции, нагревается в больших перегонных емкостях. В процессе очистки используется фракционная перегонка и осаждение для отделения примесей. Из-за разной температуры кипения различных элементов в процессе дистилляции различные элементы удаляются, когда они достигают точки кипения. Удаленные примеси включают ванадий, кремний, магний, цирконий и железо.
Формирование губки
С образованием губки очищенный тетрахлорид титана переливают в реакционные сосуды из нержавеющей стали в жидком виде. Добавляют магний и смесь нагревают до 1100°C для реакции с хлором с образованием хлорида магния. Газ аргон закачивается для удаления воздуха, предотвращая реакции с кислородом и азотом. Добытый титан извлекается бурением и обрабатывается смесью воды и соляной кислоты для удаления избытка магния и хлорида магния. Полученный титан имеет губчатую форму.
Создание сплавов
Чистый губчатый титан смешивают с различными сплавами и металлоломом для производства сплавов. После плавления и смешивания металлов в соответствующих пропорциях куски уплотняют и сваривают, образуя губчатые электроды. Их плавят в вакуумно-дуговой печи для получения слитков для дальнейшей переработки в различные промышленные и товарные продукты.
Формирование и формирование
Слитки извлекают из печи, проверяют, упаковывают и транспортируют для изготовления изделий из титановых сплавов. Свойства каждого слитка проверяются на предмет соответствия требованиям заказчика. В процессе производства продукции слитки подвергаются различным процессам, таким как сварка, формовка, литье, ковка и порошковая металлургия.
Каковы преимущества титана?
Высокая прочность
Титан обладает превосходной прочностью, что делает его одним из самых прочных металлов в таблице Менделеева. Из-за своей низкой плотности титан также очень легкий.
Устойчивость к коррозии
Титан легко вступает в реакцию с кислородом, образуя на его поверхности тонкий оксидный слой, обеспечивающий естественную коррозионную стойкость.
биосовместимость
Титан нетоксичен и биосовместим как с людьми, так и с животными. Поэтому титан часто используется в медицинской и стоматологической промышленности.
Низкий коэффициент теплового расширения
Титан имеет низкий коэффициент теплового расширения, что приводит к минимальному расширению и сжатию при экстремальных температурах, что приводит к более высокой структурной стабильности.
Высокая температура плавления
Титан имеет чрезвычайно высокую температуру плавления (около 1668°C), что делает его очень подходящим для высокотемпературных применений, таких как литейное производство и турбореактивные двигатели.
Отличные производственные возможности
Несмотря на то, что титан очень прочный металл, он также мягок и пластичен. Это позволяет производить титановые компоненты с использованием различных производственных процессов.
Каковы ограничения титана?
Дорогостоящий
Титан считается редким металлом, а его очистка дорогая и сложная.
Трудно придать форму
Чтобы придать ему полезную форму, необходимы современные машины и специальное оборудование.
Реагирует при высоких температурах
Это делает производство чистого титана и титановых сплавов трудоемким и строго контролируемым. Производство титана должно осуществляться в строго контролируемых анаэробных средах.
Плохая теплопроводность
Титан — материал с плохой теплопроводностью, что затрудняет его обработку.
Каковы области применения титана?
Аэрокосмическая индустрия
Титановые сплавы ценятся в авиационно-космический промышленности за их высокое соотношение прочности и плотности, коррозионную стойкость и способность выдерживать умеренные температуры без ползучести.
Автомобильная
Титан пользуется популярностью в автомобильной промышленности из-за его низкой плотности, высокого соотношения прочности к весу, коррозионной стойкости и термостойкости.
Промышленное
Титан широко используется в промышленности благодаря своей высокой прочности, коррозионной стойкости, легкому весу и долговечности. Его области применения включают теплообменники, клапаны, трубы и шатуны.
Мед
Титан нетоксичен и биосовместим с костями человека, что делает его очень подходящим для медицинского применения. Ему присущи свойства интеграции с костью, и его можно использовать для зубных имплантатов, срок службы которых превышает 30 лет, что также полезно для ортопедических имплантатов.
Влияние металлического титана на здоровье и окружающую среду
Влияние титана на здоровье
Металлический титан является биосовместимым материалом с превосходной биосовместимостью и нетоксичен. Он широко используется в медицинских инструментах и имплантатах и не оказывает вредного воздействия на организм человека.
Экологическое воздействие титана
Титан не выделяет токсичных веществ, что позволяет избежать негативного воздействия на окружающую среду. Однако в процессе производства титана могут образовываться некоторые отходы или выбросы выхлопных газов. Тем не менее, при эффективном управлении и профилактических мерах воздействие на окружающую среду можно свести к минимуму в максимально возможной степени.
Часто задаваемые вопросы
Устойчив ли титан к ржавчине?
Да, титановые сплавы обладают превосходной коррозионной стойкостью и могут противостоять эрозии многих химических веществ.
Титан магнитный?
Вообще говоря, чистый титан обычно немагнитен, поскольку кристаллическая структура чистого титана не поддерживает магнетизм. Однако некоторые титановые сплавы могут проявлять магнетизм в зависимости от типов и концентраций легирующих элементов.
Титан пуленепробиваемый?
Да, титан обладает пуленепробиваемыми свойствами для пистолетов и охотничьих ружей, но для оборудования военного уровня титан не является пуленепробиваемым.
В чем разница между титаном и алюминием?
Характеристики материала
Титан имеет более высокую прочность и коррозионную стойкость, чем алюминий, хотя он легче алюминия, но дороже. Алюминий — легкий металл с хорошей тепло- и электропроводностью и более низкой стоимостью по сравнению с титаном.
Приложения
Титан обычно используется в приложениях, требующих высокой прочности и коррозионной стойкости, таких как аэрокосмическая и медицинская техника. Алюминий имеет более широкий спектр применения, включая аэрокосмическую, автомобильную, строительную и электронную промышленность.
Сложность обработки
Из-за более высокой прочности и коррозионной стойкости титан труднее обрабатывать, что требует более высокого уровня технологического оборудования и технологий. Напротив, алюминий относительно легко поддается обработке, его можно обрабатывать и формовать обычными методами.
Какая марка титана используется для 3D-печати?
Титан 5-го класса, также известный как Ti-6Al-4V, широко используется в 3D-печати благодаря превосходному соотношению прочности к весу и биосовместимости.
Заключение
В этой статье рассказывается, что такое титан, история его развития, типы титана, классификация марок титана, основные сведения о его характеристиках и т. д. В первую очередь с помощью метода Кролла объясняется процесс формирования титановых сплавов, а также преимущества и недостатки титана. и области его применения.
Если вы хотите узнать больше о титане или у вас есть индивидуальные требования к продукции, посетите наш веб-сайт.