Mis tüüpi metall on titaan?

Titaan on perioodilisuse tabeli siirdemetalli element, mille aatomnumber on 22 ja sümbol Ti. See on liigitatud tulekindlaks metalliks, mis tähendab, et sellel on kõrge sulamistemperatuur ning see on kuumuse- ja kulumiskindel.Titaanomab ainulaadset tugevuse, madala tiheduse ja korrosioonikindluse kombinatsiooni, mis muudab selle oluliseks konstruktsioonimetalliks.

Perioodilises tabelis kuulub titaan 4. rühma koos teiste siirdemetallidega, sealhulgas tsirkooniumi, hafniumi ja reeniumiga. Sellel on neli looduslikult esinevat isotoopi. Elektrooniline konfiguratsioon on [Ar] 4s2 3d2. Titaani aatomraadius on 176 pm, aatommass 47,9 g/mol ja tihedus 4,5 g/cm3.

Kas titaan on metallmetall?

Jah, titaan on läikiv siirdemetall, millel on kindlad metallilised omadused:

See on suurepärane soojus- ja elektrijuht, nagu ka teised metallelemendid. Elektrijuhtivus on umbes 2 protsenti IACS (rahvusvaheline lõõmutatud vase standard).

Sellel on poleeritud tüüpiline hõbehall metallik, kuigi see võib pinna oksüdatsioonist olenevalt olla tumehallist mustani.

Titaan on tempermalmist ja plastiline, võimaldades seda sepistada, rullida, tõmmata traadiks ja töödelda erinevatesse vormidesse.

Keevitamisel või jootmisel nakkub hästi teiste metallidega. Enne ühendamist võib oksiidikiht vajada eemaldamist.

Titaanisulamid kõvastuvad märkimisväärselt külmdeformatsiooni töötlemisel, näiteks lehtmetalli vormimisel, sarnaselt muude metallmaterjalidega.

pulbri kujul,titaan metallon paagutatav pulbermetallurgia tehnikate, näiteks kuumisostaatilise pressimise ajal.

Nii et titaanil on kõik tõelise metallilise elemendi omadused, ehkki teiste siirdemetallidega võrreldes unikaalsete omadustega. Sellel on oluline koht perioodilisuse tabelis reaktiivsete metallide ja väärismetallide vahel.

Kas titaan on kõva või pehme metall?

Mohsi kõvaduse skaalal on kaubanduslikult puhta titaani hind umbes 6, mis kvalifitseerib selle kõvametalliks. Legeeritud kujul võib titaan jõuda Vickersi skaalal üle 400 HV kõvaduseni, lähenedes palju raskemate metallide, näiteks terase kõvadustasemele.

Mõned peamised faktid titaani kõvaduse kohta:

Titaani kuusnurkne tihedalt pakitud kristallstruktuur tagab kergmetalli suhteliselt kõrge kõvaduse.

Legeerivad lisandid, nagu alumiinium, vanaadium ja molübdeen, suurendavad kõvadust veelgi tahke lahuse ja sademete tugevdamise kaudu.

Külmtöötlemisel tekivad kõvadusefektid, mis põhjustavad titaantoodete pinna lähedal kõvaduse tõusu.

Kuumtöötlusprotsesse, nagu vanandamine, saab kasutada titaanisulamite selektiivseks kõvendamiseks faasimuutuste manipuleerimise teel.

Titaanisulamid on keskmiselt umbes kaks korda kõvamad kui alumiiniumsulamid, kuid pisut pehmemad kui rauapõhised sulamid, näiteks terased.

Ehkki titaan ei ole kõvaduse reitingute ülemises otsas, on titaanil piisav kõvadus ehitustehniliste rakenduste jaoks, säilitades samas hea plastilisuse ja sitkuse – see on soovitav kombinatsioon.

Millest on valmistatud titaanmetall?

Titaanmetall koosneb ainult titaani aatomitest. Selle aatommass on 47,9 amu ja aatomnumber 22. Mõned peamised faktid titaanmetalli koostise kohta:

Kaubanduslik titaan sisaldab puhtal kujul 99.{1}},9 massiprotsenti titaaniaatomit. Ülejäänud osa moodustavad hapnik, lämmastik, süsinik ja raud.

Sulamiklassid sisaldavad muid elemente, nagu alumiinium, vanaadium, molübdeen ja kroom, mis on lisatud omaduste parandamiseks.

Titaanil on viis looduslikult esinevat isotoopi, kuid ainult Ti{0}} ja Ti-50 on kaubanduslikult olulised. Ti-48 moodustab 73 protsenti, samas kui Ti-50 moodustab 5,5 protsenti.

Titaanil on viis allotroopset kristallivormi, kuid kuusnurkne tihedalt pakitud alfafaas on toatemperatuuril stabiilne.

Sulamise ajal muundub puhas titaan HCP alfa-struktuurist kõrgema temperatuuriga BCC beetafaasiks temperatuuril 1668 kraadi F (825 kraadi).

Legeerivad elemendid nagu molübdeen, vanaadium ja kroom stabiliseerivad beetafaasi, võimaldades sellel eksisteerida toatemperatuuril.

Nii et sisuliselt koosneb kaubanduslikult puhas titaanmetall valdavalt kuusnurkse paigutusega titaani aatomitest. Sulamiklassid kohandavad mikrostruktuuri ja omadusi muude metalliliste elementide lisamisega.

Kas titaan on tugev metall?

Jah, titaan on oma väikese tihedusega võrreldes erakordselt tugev metall. Tugevuse ja kaalu alusel saavutavad titaanisulamid keskmise süsinikusisaldusega terastega võrreldava tugevuse, kuid on peaaegu 50 protsenti kergemad.

Mõned peamised faktid titaani tugevuse kohta:

Kaubanduslikult puhta titaani tõmbetugevus on umbes 63,000 psi. Sulamid suurendavad seda märkimisväärselt kuni 160, 000 psi või rohkem.

Titaanisulamite ülim tõmbetugevus on kõrgem kui alumiiniumisulamitel, magneesiumisulamitel ja vasesulamitel.

Titaan säilitab oma kõrge tugevuse kõrgel temperatuuril palju paremini kui teised kerged sulamid, nagu alumiinium.

Konstruktsiooniosadena kasutamisel võimaldab titaan suuremat kandevõimet ja kütusesäästu võrreldes raskemate metallist alternatiividega.

Titaanisulamite tugevust saab kohandada kuumtöötlusprotsesside abil, võimaldades materjaliinseneril kujundada optimaalse tasakaalu.

Seega kuulub titaan kergkonstruktsioonimetallide klassi tugevaimate hulka. Selle ainulaadsed omadused võimaldavad suurendada jõudlust kriitilistes rakendustes, nagu lennukid, raketid ja elektritootmisturbiinid.

Viited:

C. Leyens ja M. Peters, toim. (2003). Titaan ja titaanisulamid. Wiley-VCH.

M. Niinomi, toim. (2008). Biomeditsiiniseadmete metallid. Woodheadi kirjastus.

M. Donachie juunior (2000). Titaan: tehniline juhend. ASM International.

G. Lütjering ja J. Williams (2007). Titaan. Springeri teadus- ja ärimeedia.

ASM Handbook, Vol 2 - Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials (1990). ASM International.