Общие
Декабрь 24, 2022
4 мин. на чтение
Содержание:
Титан считается самым прочным тугоплавким металлом, сохраняющим пластичность. Он прочнее железа и алюминия. Впервые сплав был получен русским ученым в 1875 году. В 1925 году голландскому химику удалось получить металл чистотой 99,9%. Благодаря высокой температуре плавления титан незаменим в космической и авиационной промышленности. Легкий, химически нейтральный, он также используется в других отраслях промышленности.
Характеристики титановых сплавов
Для титанового сплава используются различные компоненты:
- Алюминий является наиболее распространенной добавкой. Повышает удельную силу, эластичность, сопротивление ползучести.
- Олово замедляет окисление при нагревании, повышает пластичность, свариваемость.
- Благодаря цирконию Ti-Al-Zr деформируется при комнатной температуре.
- Марганец увеличивает деформируемость.
- Кремний повышает устойчивость к растрескиванию.
- Ванадий - свариваемость.
- Система Ti-Al-Mo-Cr-Fe-Si обладает высокой прочностью. Это мартенситный металл.
- Молибден повышает термостойкость титана.
Чистый титан имеет предел прочности до 450 МПа, легирующие добавки позволяют увеличить его до 2000 МПа. По мере охлаждения титана его прочность на изгиб увеличивается. При комнатной температуре оно составляет 700 МПа, около -200°С возрастает до 1100 МПа.
Физические свойства
Основные характеристики титана:
- температуры: плавления 1668 градусов Цельсия, кипения - 3227;
- предел упругости: от 250 до 380 МПа;
- эластичность - 110 ГПа, изменяется в разные стороны;
- средняя твердость сплавов по НВ - 103;
- плотность: при комнатной температуре 4500 кг/м3, при температуре плавления – 4120 кг/м3;
- теплоемкость – 531 Дж на килограмм при нагреве на градус;
- теплопроводность – 18 Вт/(м·град);
- удельное сопротивление - 42,1·10-6 Ом·см.
При охлаждении до 3,8°К (-270°С) металл становится сверхпроводником.
Химические свойства
В твердом состоянии Ti химически стабилен, не окисляется в условиях повышенной влажности, морской атмосферы и при контакте с агрессивными средами. При нагревании до точки плавления становится активным. Он взаимодействует со всеми компонентами воздуха:
- кислород, образуются твердые оксиды;
- азот, упрочняет структуру, повышает предел прочности, критическая концентрация 0,2%, выше этого показателя металл становится хрупким;
- водород ухудшает технологические свойства;
- углерод повышает температуру фазовых переходов.
При нагреве до температуры плавления металл необходимо изолировать.
Область применения
Титан и сплавы на его основе используются во многих областях: химической, металлургической. Это конструкционный материал для космонавтики, оборонной промышленности и авиации. Из него изготавливают медицинские инструменты, аксессуары для оборудования. В бронежилеты вшиты пластины, сделаны защитные экраны.
Литье титана
При нагреве до температуры плавления титан активно реагирует с компонентами воздуха.
Чтобы этого не произошло, из печей откачивали воздух, создавали вакуум. Оставшийся воздух стали заменять инертными газами: смесью аргона и гелия. В промышленных литейных цехах остаточное давление инертных газов колеблется от 1,33 до 0,13 Па.
Разработано несколько технологий:
В вакуумной камере металл расплавляется и разливается в формы. Охлажденный до температуры, при которой металл теряет свою химическую активность, он образует кристаллическую структуру.
Метод вакуумного литья (MVL) для инвестиционных моделей заключается в использовании инвестиционных или выжигательных форм. На поверхности модели создается огнеупорный слой. Отливки получаются максимально приближенными к форме.
Технология оболочечного литья предполагает использование тонкостенных разъемных форм. Их помещают на нагретую модельную пластину и покрывают термореактивной смолой. Заполнение производится вертикально и горизонтально.
Специально разработан температурный режим охлаждения отливок. Обеспечивается равномерное структурирование по всему объему, чтобы в отливке не возникало внутренних напряжений.
Применяемое оборудование и материалы
Титан при нагревании становится активным восстановителем, он способен реагировать с огнеупорной футеровкой. Для плавки металла обычно используют вакуумную гарнисажную печь с электродуговым нагревом. Это камера с контуром охлаждающей воды, окружающим тигель. Мощные насосы накачивают воздух до необходимого значения вакуума. В электрододержатель устанавливается расходуемый краниальный электрод. Плавку проводят при плотности тока 10-30 А/см2.
Электрод представляет собой стержень из спрессованной титановой стружки (порошка) или зарядного слитка. При зажигании дуги между электродом и дном тигля металл начинает нагреваться до температуры плавления, расплав заполняет тигель, опора постепенно опускается, так что величина дуги остается стабильной.
Нагар представляет собой слой затвердевшего металла на охлаждаемых стенках тигля из токопроводящей меди или графита. Обод выполняет функцию футеровки, препятствующей нагреву тигля до температуры плавления под действием дуги.
См также: Что такое армирование сварного шва?
Во время плавления электрода обеспечивается вращение плавильного агрегата для равномерного нагрева расплава. Рядом с тиглем, в камере, литейные столы с подготовленными формами. При вращении установки расплавленный металл выходит из тигля и формируются отливки. Формы изготавливаются из графита или огнеупора, покрытых тугоплавкими термосмолами.
Титановые отливки полностью повторяют форму будущей детали, их не нужно долго точить. Процент отходов снижается. Литье производится промышленным способом. Дорогие объекты укомплектованы обученным персоналом. Вручную в домашних условиях титан не плавится.
