Вероятно влизате в контакт ститанвсеки ден-в рамката на телефона ви, рамките на очилата, зъбните импланти и дори велосипеда, който карате. Но може да не осъзнавате, че този привидно „отдалечен“ метал притежава десет удивителни физически и механични свойства. От дълбините на океана до повърхността на Луната, от самолетните двигатели до човешкия скелет-какво прави титана толкова повсеместен? Днес ще обясним всичко подробно.
I. Ниска плътност, висока специфична якост: Лек, но здрав.
Титанът има плътност от 4,51 g/cm³, което е само 57% от тази на стоманата-малко повече от половината-и по-малко от два пъти по-голяма от тази на алуминия. Въпреки това здравината му е три пъти по-голяма от тази на алуминия. какво значи това Специфичната якост (якост, разделена на плътност) на титановите сплави е най-високата сред често използваните индустриални сплави: 3,5 пъти по-голяма от тази на неръждаемата стомана, 1,3 пъти по-голяма от тази на алуминиевите сплави и 1,7 пъти по-голяма от тази на магнезиевите сплави. С други думи, при същото тегло титановите сплави могат да издържат натоварвания, които далеч надвишават тези на другите метали. Тази характеристика е "абсолютна необходимост" в аерокосмическия сектор. Титаниевите сплави сега представляват 9,3% от структурното тегло на големия пътнически самолет C919, като всеки самолет използва приблизително 7 метрични тона титан. Титанът се намира навсякъде, от обшивката на фюзелажа до крепежните елементи на пилона на двигателя. Според данни от индустрията се предвижда пазарът на Китай за титанови материали от висок клас в аерокосмическия сектор да достигне 24 милиарда юана до 2025 г., което представлява увеличение от-над-година от 9,1 процента, като нарастването-на масовото производство на C919 служи като един от основните двигатели. В сектора на двигателите, използването на титанови сплави в произведения в страната двигател "Taihang" достигна 25 процента, сравнимо с това на американския двигател F100.
II. Отлична устойчивост на корозия:
Титанът, „безсмъртният“ метал в морската вода, дължи устойчивостта си на корозия на невидима „броня“ -плътен оксиден филм (TiO₂) върху повърхността му. Този филм е особено стабилен в окислителни среди; среди като морска вода, влажен хлорен газ, хлорит, азотна киселина, хромна киселина и органични киселини-които карат обикновената стомана да ръждясва бързо-оставят титана почти невредим.
III. Отлична устойчивост на топлина:
Все още функционални при 500 градуса Алуминиевите сплави започват да се "борят" при 150 градуса, а неръждаемата стомана по същество "отстъпва" при 310 градуса, докато титаниевите сплави все още могат да поддържат добри механични свойства при около 500 градуса. Когато самолет достигне 2,7 пъти скоростта на звука, повърхностната температура на фюзелажа може да достигне 230 градуса. Алуминиево-магнезиевите сплави вече не са жизнеспособни при тази температура, но титаниевите сплави могат да се справят с лекота. Това ги прави идеални материали за компресорни дискове на двигатели на самолети, перки и обшивка на задната част на фюзелажа. Вътрешно разработената Ti65 високотемпературна-титанова сплав има дългосрочна-експлоатационна температура до 650 градуса, което я прави най-високата -температурно-устойчива степен сред настоящите ковани титанови сплави. GR5 (Ti-6Al-4V), най-широко използваната титанова сплав, запазва над 80% от здравината си под 400 градуса и представлява повече от 90% от критичните компоненти в космическата индустрия.
IV. Отлично представяне при ниски-температури:
Не ви "разочарова" при температури на течния водород. Докато повечето метали стават крехки като стъклото в криогенна среда, някои титанови сплави се противопоставят на тази тенденция-здравината им се увеличава с понижаване на температурата, докато пластичността им намалява само леко, което им позволява да поддържат добра пластичност и издръжливост дори при ниски температури.
V. Не-магнитни: Титанът „Наметало невидимка“ на Submarine е парамагнитен материал с магнитна пропускливост от само 1,00005, което го прави практически „невидим“ в магнитно поле. Това свойство прави титаниевите сплави идеален материал за корпусите на подводници-те не задействат магнитни мини, нито пречат на прецизното навигационно оборудване на кораба.
VI. Ниска топлопроводимост: Превръщане на недостатъка в предимство. Топлопроводимостта на титана е само около 17 W/(m·K)-една-пета от тази на стоманата, една-тринадесета от тази на алуминия и една-двадесет-пета от тази на медта. Лошата топлопроводимост е проблем при машинната обработка-топлината лесно се натрупва върху режещия инструмент, ускорявайки износването на инструмента. Въпреки това, в определени сценарии това всъщност е предимство. Ниската топлопроводимост на титана му позволява да се отличава в приложения, изискващи топлоизолация или намалени топлинни загуби, като топлоизолационни компоненти в определено оборудване за химическа обработка. В същото време, въпреки че топлообменниците от титанова сплав имат по-ниска топлопроводимост от медта, техните коефициенти на топлопреминаване могат да достигнат 800–1200 W/(m²· градус) чрез спирални-навити структури и микро- и нано-повърхностни обработки. В съчетание с отличната си устойчивост на корозия, те предлагат много по-добро съотношение на цялостната-цена и производителност в сравнение с традиционното оборудване в силно корозивни среди като производство на хлор-алкали и обезсоляване на морска вода.
VII. Нисък модул на еластичност: половината от твърдостта, уникална стойност-Титанът има модул на еластичност от приблизително 108 GPa, което е само 55% от този на желязото и около половината от този на стоманата. Като структурен материал, ниският модул на еластичност означава по-ниска твърдост и по-голяма чувствителност към деформация, което изисква специално внимание при производството на тънки пръти и тънкостенни компоненти.
VIII. Якостта на опън и границата на провлачване са близки: практически „без компромис“. Вземайки GR5 (Ti-6Al-4V) като пример, неговата якост на опън в отгрято състояние е приблизително 960 MPa, а неговата граница на провлачване е приблизително 892 MPa - разлика от само 68 MPa. За разлика от това, неръждаемата стомана 18-8 има якост на опън от 608 MPa и граница на провлачване от само 294 MPa, разлика от над 300 MPa.
Колкото по-близка е границата на провлачване до якостта на опън, толкова по-малка е „буферната зона“ между началото на пластичната деформация и счупването-в инженерния дизайн, това позволява по-пълноценно използване-носещият капацитет на компонентите от титанова сплав, като се избягва неудобната ситуация, при която деформацията започва преди материалът да достигне своя предел. Технологията за производство на добавки допълнително подобрява това предимство: пробните образци GR5, произведени чрез топене с електронен лъч (EBM), могат да постигнат граница на провлачване до 1120 MPa и якост на опън от 1209 MPa, като същевременно поддържат удължение от 11,1%.
IX. Склонен към окисление при високи температури: Изисква „внимателно боравене“-Титанът има изключително силен афинитет към кислород, азот и водород. При високи температури титанът бързо абсорбира тези газообразни елементи, което води до образуването на повърхностен втвърдяващ се слой ("слой") и намаляване на пластичността. Следователно заваряването на титан трябва да се извършва под аргонова защита; титанови тръби и тънки листове трябва да бъдат подложени на топлинна обработка във вакуум; и термичната обработка на титанови изковки изисква строг контрол на леко окислителна атмосфера. Водородът е „враг номер едно“ на титана-когато титанът абсорбира водород, той развива водородна крехкост, което води до забавено счупване. Индустриално това се решава чрез отстраняване на съдържанието на водород чрез вакуумно отгряване (при приблизително 700 градуса). В дълбоко-морски среди с-високо налягане, устойчивостта на водородна трошливост е критичен критерий за избор на материал; титаниеви сплави, специално проектирани за военноморски приложения, като Ti80 и Ti180, трябва да не съдържат водород-предизвикано напукване при дълбоко-морско налягане от 30 MPa.
10. Ниско затихване: Тайната зад продължителния резонанс-Когато медни, стоманени и титаниеви камбани с еднаква форма и размер се удрят с еднаква сила, титаниевата камбана произвежда най-дълготрайния-звук. Това е така, защото титанът има ниски вътрешни загуби и слабо затихване-енергията, придадена от удара, не се разсейва лесно чрез микроскопични механизми в материала.
Имейл-:garychen3215@hotmail.com
Адрес: No.35, Baoti Rd, град Baoji, провинция Shaanxi, Китай
За контакт: г-н Гари Чен
Телефон: +86-917-8883215
Мобилно/WhatsApp: +86 13092900605
