Ti-Metall. allgemeine Charakteristiken

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Titan weit verbreitet darin Erdkruste, wo es etwa 6% enthält und in Bezug auf die Prävalenz nach Aluminium, Eisen und Magnesium an vierter Stelle steht. Die industrielle Methode seiner Gewinnung wurde jedoch erst in den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelt. Dank der Fortschritte im Flugzeug- und Raketenbau wurde die Produktion von Titan und seinen Legierungen intensiv entwickelt. Dies ist auf eine Kombination so wertvoller Eigenschaften von Titan wie geringe Dichte und hohe spezifische Festigkeit zurückzuführen (S in /r × g), Korrosionsbeständigkeit, Herstellbarkeit in der Druckbehandlung und Schweißbarkeit, Kältebeständigkeit, Nichtmagnetizität und eine Reihe anderer wertvoller physikalischer und mechanischer Eigenschaften, die unten aufgeführt sind.

Eigenschaften des Physischen mechanische Eigenschaften Titan (VT1-00)

Titan hat zwei polymorphe Modifikationen: a-Titan mit einem hexagonal dicht gepackten Gitter mit Perioden aber= 0,296 nm, von= 0,472 nm und eine Hochtemperaturmodifikation von b-Titan mit einem kubisch raumzentrierten Gitter mit einer Periode aber\u003d 0,332 nm bei 900 ° C. Die Temperatur der polymorphen a "b-Umwandlung beträgt 882 ° C.

Die mechanischen Eigenschaften von Titan hängen maßgeblich vom Gehalt an Verunreinigungen im Metall ab. Es gibt interstitielle Verunreinigungen – Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Substitutionsverunreinigungen, zu denen Eisen und Silizium gehören. Verunreinigungen erhöhen zwar die Festigkeit, verringern aber gleichzeitig die Duktilität stark, und interstitielle Verunreinigungen, insbesondere Gase, wirken sich am stärksten negativ aus. Mit der Einführung von nur 0,003 % H, 0,02 % N oder 0,7 % O verliert Titan vollständig seine Fähigkeit zur plastischen Verformung und wird spröde.

Besonders schädlich ist Wasserstoff, der verursacht Wasserstoffversprödung Titanlegierungen. Beim Schmelzen und Weiterverarbeiten, insbesondere beim Beizen von Halbzeugen, gelangt Wasserstoff in das Metall. Wasserstoff ist in a-Titan schwer löslich und bildet lamellare Hydridpartikel, die die Schlagzähigkeit verringern und insbesondere bei Spätbruchversuchen negativ auffallen.

Ein industrielles Verfahren zur Herstellung von Titan besteht in der Anreicherung und Chlorierung von Titanerz mit anschließender Rückgewinnung aus Titantetrachlorid mit metallischem Magnesium (Magnesium-Thermalverfahren). Durch diese Methode erhalten Titanschwamm(GOST 17746–79) werden je nach chemischer Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften folgende Sorten hergestellt:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-TV (siehe Tabelle 17.1). Die Zahlen bedeuten Brinellhärte HB, T B - hart.

Um monolithisches Titan zu erhalten, wird der Schwamm zu Pulver gemahlen, gepresst und gesintert oder in Lichtbogenöfen unter Vakuum oder Schutzgasatmosphäre umgeschmolzen.

Die mechanischen Eigenschaften von Titan werden charakterisiert gute Kombination Festigkeit und Plastizität. Zum Beispiel hat handelsübliches Reintitan VT1-0: s in = 375–540 MPa, s 0,2 = 295–410 MPa, d ³ 20 %, und diese Eigenschaften stehen einer Reihe von korrosionsbeständigen Kohlenstoff- und Cr-Ni-Stählen in nichts nach.

Die hohe Duktilität von Titan im Vergleich zu anderen Metallen mit hcp-Gitter (Zn, Mg, Cd) erklärt sich aus Große anzahl Gleit- und Zwillingssysteme aufgrund des niedrigen Übersetzungsverhältnisses von/aber= 1,587. Offensichtlich ist dies der Grund für die hohe Kältebeständigkeit von Titan und seinen Legierungen (Details siehe Kap. 13).

Wenn die Temperatur auf 250 ° C ansteigt, nimmt die Festigkeit von Titan um fast das Zweifache ab. Hitzebeständige Ti-Legierungen sind jedoch hinsichtlich der spezifischen Festigkeit im Temperaturbereich von 300–600 °C unerreicht; bei Temperaturen über 600 °C sind Titanlegierungen Eisen- und Nickelbasislegierungen unterlegen.

Titan hat einen niedrigen Modul normaler Elastizität ( E= 110,25 GPa) - fast zweimal weniger als Eisen und Nickel, was die Herstellung starrer Strukturen erschwert.

Titan gehört zu den reaktiven Metallen, weist jedoch eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf, da sich auf seiner Oberfläche ein stabiler passiver TiO 2 -Film bildet, der fest mit dem Grundmetall verbunden ist und dessen direkten Kontakt mit einer korrosiven Umgebung ausschließt. Die Dicke dieses Films erreicht normalerweise 5–6 nm.

Aufgrund des Oxidfilms korrodieren Titan und seine Legierungen nicht in der Atmosphäre, in Süß- und Meerwasser, sind beständig gegen Kavitationskorrosion und Spannungskorrosion sowie gegen organische Säuren.

Die Herstellung von Produkten aus Titan und seinen Legierungen weist eine Reihe technologischer Besonderheiten auf. Aufgrund der hohen chemischen Aktivität von geschmolzenem Titan werden das Schmelzen, Gießen und Lichtbogenschweißen im Vakuum oder in einer Atmosphäre von Inertgasen durchgeführt.

Beim technologischen und betrieblichen Erhitzen, insbesondere oberhalb von 550–600 °C, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um Titan vor Oxidation und Gassättigung (Alphaschicht) zu schützen (siehe Kap. 3).

Titan lässt sich im heißen Zustand gut durch Druck und im kalten zufriedenstellend verarbeiten. Es lässt sich leicht walzen, schmieden, stanzen. Titan und seine Legierungen lassen sich gut durch Widerstands- und Argon-Lichtbogenschweißen schweißen und bieten eine hohe Festigkeit und Duktilität der Schweißverbindung. Der Nachteil von Titan ist die schlechte Bearbeitbarkeit durch Kleben, geringe Wärmeleitfähigkeit und schlechte Gleiteigenschaften.

Der Hauptzweck des Legierens von Titanlegierungen besteht darin, die Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Titanlegierungen mit Aluminium, Chrom, Molybdän, Vanadium, Mangan, Zinn und anderen Elementen haben breite Anwendung gefunden. Legierungselemente haben einen großen Einfluss auf die polymorphen Umwandlungen von Titan.

Tabelle 17.1

Briefmarken, chemische Zusammensetzung(%) und Härte von schwammigem Titan (GOST 17746–79)

Tabelle 17.2

Sorten und chemische Zusammensetzung (%) von geschmiedeten Titanlegierungen (GOST 19807–91)

Notiz. Die Summe anderer Verunreinigungen in allen Legierungen beträgt 0,30%, in der Legierung VT1-00 - 0,10%.

Die Gefügebildung und damit die Eigenschaften von Titanlegierungen werden maßgeblich durch die mit der Titanpolymorphie einhergehenden Phasenumwandlungen beeinflusst. Auf Abb. 17.1 zeigt Diagramme der Zustandsdiagramme "Titanlegierungselement", die die Einteilung der Legierungselemente nach der Art ihres Einflusses auf die polymorphen Umwandlungen von Titan in vier Gruppen widerspiegeln.

ein - Stabilisatoren(Al, O, N), die die Temperatur der polymorphen Umwandlung a «b erhöhen und das Spektrum an Mischkristallen auf Basis von a-Titan erweitern (Abb. 17.1, aber). Unter Berücksichtigung der Versprödungswirkung von Stickstoff und Sauerstoff ist nur Aluminium für das Legieren von Titan von praktischer Bedeutung. Es ist das Hauptlegierungselement in allen technischen Titanlegierungen, reduziert deren Dichte und Neigung zur Wasserstoffversprödung und erhöht zudem Festigkeit und E-Modul. Legierungen mit stabilem a-Gefüge werden nicht durch Wärmebehandlung gehärtet.

Isomorphe b-Stabilisatoren (Mo, V, Ni, Ta usw.), die die Temperatur einer "b-Umwandlung" erniedrigen und das Spektrum von Mischkristallen auf Basis von b-Titan erweitern (Abb. 17.1, B).

Eutektoidbildende b-Stabilisatoren (Cr, Mn, Cu etc.) können mit Titan intermetallische Verbindungen vom Typ TiX bilden. In diesem Fall erfährt die b-Phase beim Abkühlen eine eutektoide Umwandlung b ® a + TiX (Abb. 17.1, in). Mehrheitlich
b-Stabilisatoren erhöhen die Festigkeit, Hitzebeständigkeit und thermische Stabilität von Titanlegierungen, wodurch ihre Duktilität etwas verringert wird (Abb. 17.2.). Außerdem können Legierungen mit (a + b)- und Pseudo-b-Gefüge durch Wärmebehandlung (Härten + Altern) gehärtet werden.

Neutrale Elemente (Zr, Sn) beeinflussen die Temperatur der polymorphen Umwandlung nicht wesentlich und verändern die Phasenzusammensetzung von Titanlegierungen nicht (Abb. 17.1, g).

Die polymorphe b ® a -Transformation kann auf zwei Wegen erfolgen. Bei langsamer Abkühlung und hoher Atombeweglichkeit kommt es nach dem üblichen Diffusionsmechanismus zur Bildung einer polyedrischen Struktur einer festen a-Lösung. Bei schneller Abkühlung - durch einen diffusionslosen martensitischen Mechanismus unter Bildung eines nadelförmigen martensitischen Gefüges, bezeichnet mit a ¢ oder bei höherem Legierungsgrad - a ¢ ¢ . Die Kristallstruktur von a , a ¢ , a ¢ ¢ ist praktisch vom gleichen Typ (HCP), jedoch ist das Gitter von a ¢ und a ¢ ¢ stärker verzerrt, und der Grad der Verzerrung nimmt mit steigender Konzentration an Legierungselementen zu. Es gibt Hinweise [1], dass das Gitter der a ¢ ¢ -Phase eher orthorhombisch als hexagonal ist. Als Alterungsphasen a ¢ und a ¢ ¢ werden b-Phase oder intermetallische Phase getrennt.

Reis. 17.1. Zustandsdiagramme von "Ti-Legierungselement"-Systemen (Schemata):
aber) "Ti-a-Stabilisatoren";
B) „Ti-isomorphe b-Stabilisatoren“;
in) "Ti-eutektoidbildende b-Stabilisatoren";
g) "Ti-neutrale Elemente"

Reis. 17.2. Einfluss von Legierungselementen auf die mechanischen Eigenschaften von Titan

Im Gegensatz zu Martensit von Kohlenstoffstählen, der eine interstitielle Lösung ist und durch hohe Festigkeit und Sprödigkeit gekennzeichnet ist, ist Titanmartensit eine Ersatzlösung, und das Abschrecken von Titanlegierungen für Martensit führt zu einer leichten Härtung und wird nicht von einer starken Abnahme der Plastizität begleitet .

Phasenumwandlungen, die beim langsamen und schnellen Abkühlen von Titanlegierungen mit unterschiedlichen Gehalten an b-Stabilisatoren auftreten, sowie die resultierenden Strukturen sind in einem verallgemeinerten Diagramm dargestellt (Abb. 17.3). Sie gilt für isomorphe b-Stabilisatoren (Abb. 17.1, B) und in einiger Näherung für eutektoidbildende b-Stabilisatoren (Abb. 17.1, in), da die eutektoide Zersetzung in diesen Legierungen sehr langsam ist und vernachlässigt werden kann.

Reis. 17.3. Schema der Änderung der Phasenzusammensetzung von Legierungen "Ti-b-Stabilisator" in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
Abkühlung und Verhärtung aus der b-Region

Bei langsamer Abkühlung in Titanlegierungen können je nach Konzentration der b-Stabilisatoren Strukturen erhalten werden: a, a + b bzw. b.

Beim Abschrecken infolge martensitischer Umwandlung im Temperaturbereich M n -M k (gestrichelt in Abb. 17.3 dargestellt) sind vier Legierungsgruppen zu unterscheiden.

Die erste Gruppe umfasst Legierungen mit einer Konzentration an b-stabilisierenden Elementen bis zu C 1 , d. h. Legierungen, die, wenn sie aus dem b-Bereich abgeschreckt werden, ausschließlich eine ¢ (a ¢ ¢)-Struktur aufweisen. Nach Abschrecken dieser Legierungen ab Temperaturen (a+b)-Bereich im Bereich der polymorphen Umwandlung an T In 1 ist ihre Struktur eine Mischung aus den Phasen a ¢ (a ¢ ¢), a und b und nach dem Abschrecken von Temperaturen darunter T cr sie haben eine (a + b)-Struktur.

Die zweite Gruppe besteht aus Legierungen mit einer Legierungselementkonzentration von C 1 bis C cr , bei denen beim Abschrecken aus dem b-Gebiet die martensitische Umwandlung nicht bis zum Ende eintritt und sie das Gefüge a ¢ (a ¢ ¢ ) und B. Legierungen dieser Gruppe können nach dem Abschrecken von Temperaturen aus polymorpher Umwandlung an T kr haben die Struktur a ¢ (a ¢ ¢), a und b, und mit Temperaturen darunter T cr - Struktur (a + b).

Härten von Legierungen der dritten Gruppe mit einer Konzentration an b-stabilisierenden Elementen von C cr bis C 2 ab Temperaturen im b-Bereich oder ab Temperaturen aus polymorpher Umwandlung an T 2 wird von der Umwandlung eines Teils der b-Phase in die w-Phase begleitet, und Legierungen dieses Typs haben nach dem Abschrecken die Struktur (b + w). Legierungen der dritten Gruppe nach dem Härten bei Temperaturen darunter T 2 haben die Struktur (b + a).

Legierungen der vierten Gruppe haben nach dem Abschrecken von Temperaturen oberhalb der polymorphen Umwandlung ausschließlich b-Struktur und von Temperaturen unterhalb der polymorphen Umwandlung - (b + a).

Es ist zu beachten, dass die b ® b + w-Umwandlungen sowohl beim Abschrecken von Legierungen mit einer Konzentration von (С cr –С 2) als auch beim Altern von Legierungen mit einer Konzentration von mehr als С 2 auftreten können, die eine metastabile b-Phase haben . In jedem Fall ist die Anwesenheit der w-Phase unerwünscht, da sie Titanlegierungen stark versprödet. Die empfohlenen Wärmebehandlungsregime schließen sein Vorhandensein in Industrielegierungen oder sein Auftreten unter Betriebsbedingungen aus.

Bei Titanlegierungen kommen folgende Arten der Wärmebehandlung zum Einsatz: Glühen, Härten und Auslagern sowie chemisch-thermische Behandlung (Nitrieren, Silizieren, Oxidieren etc.).

Das Glühen wird für alle Titanlegierungen durchgeführt, um die Bildung des Gefüges zu vervollständigen, die Gefüge- und Konzentrationsheterogenität sowie die mechanischen Eigenschaften auszugleichen. Die Tempertemperatur sollte höher sein als die Rekristallisationstemperatur, aber niedriger als die Übergangstemperatur in den b-Zustand ( T pp) um Kornwachstum zu verhindern. Anwenden konventionelles Glühen, doppelt oder isotherm(zur Stabilisierung der Struktur und Eigenschaften), unvollständig(um innere Spannungen abzubauen).

Abschrecken und Altern (härtende Wärmebehandlung) ist auf Titanlegierungen mit (a + b)-Struktur anwendbar. Das Prinzip der Härtewärmebehandlung besteht darin, während des Abschreckens metastabile Phasen b, a ¢, a ¢ ¢ und deren anschließende Zersetzung unter Freisetzung von dispergierten Partikeln a - und b -Phasen zu erhalten künstliche Alterung. Die Verfestigungswirkung hängt dabei von Art, Menge und Zusammensetzung der metastabilen Phasen sowie der Feinheit der nach der Alterung gebildeten a- und b-Phasenpartikel ab.

Die chemisch-thermische Behandlung wird durchgeführt, um die Härte und Verschleißfestigkeit, die Beständigkeit gegen "Festfressen" beim Arbeiten unter Reibungsbedingungen, die Ermüdungsfestigkeit sowie die Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und Hitzebeständigkeit zu erhöhen. Praktischer Nutzen haben Nitrieren, Silizieren und einige Arten von Diffusionsmetallisierungen.

Titanlegierungen haben im Vergleich zu technischem Titan eine höhere Festigkeit auch bei hohen Temperaturen bei gleichzeitig ausreichend hoher Duktilität und Korrosionsbeständigkeit.

Marken und chemische Zusammensetzung des Inlandes
Legierungen (GOST 19807–91) sind in der Tabelle dargestellt. 17.2.

Nach der Herstellungstechnologie werden Titanlegierungen unterteilt in geschmiedet und gegossen; nach dem Niveau der mechanischen Eigenschaften - für Legierungen geringe Festigkeit und hohe Duktilität, Mitte Stärke, hohe Festigkeit; gemäß den Nutzungsbedingungen - auf kältebeständig, hitzebeständig, korrosionsbeständig . Entsprechend der Fähigkeit, durch Wärmebehandlung zu härten, werden sie unterteilt in gehärtet Und nicht gehärtet, je nach Gefüge im geglühten Zustand - in a-, Pseudo-a-, (a + b)-, Pseudo-b- und b-Legierungen (Tab. 17.3).

Separate Gruppen von Titanlegierungen unterscheiden sich im Wert des bedingten Stabilisierungskoeffizienten Kb, die das Verhältnis des Gehalts an b-stabilisierendem Legierungselement zu seinem Gehalt in einer Legierung kritischer Zusammensetzung zeigt von kr. Wenn die Legierung mehrere b-stabilisierende Elemente enthält, deren Kb zusammengefasst.

< 700 MPa, nämlich: a - Legierungen der Sorten VT1-00, VT1-0 (technisches Titan) und Legierungen OT4-0, OT4-1 (Ti-Al-Mn-System), AT3 (Ti-Al-System mit geringen Zusätzen von Cr , Fe, Si, B), bezogen auf Pseudo-a-Legierungen mit einem geringen Anteil an b-Phase. Die Festigkeitseigenschaften dieser Legierungen sind aufgrund von Verunreinigungen in VT1-00- und VT1-0-Legierungen und einer leichten Legierung mit a- und b-Stabilisatoren in OT4-0-, OT4-1- und AT3-Legierungen höher als die von reinem Titan.

Diese Legierungen zeichnen sich durch eine hohe Duktilität sowohl im heißen als auch im kalten Zustand aus, was es ermöglicht, alle Arten von Halbzeugen zu erhalten: Folien, Bänder, Bleche, Platten, Schmiedestücke, Stanzteile, Profile, Rohre usw. Die mechanischen Eigenschaften von Halbzeuge aus diesen Legierungen sind in tab. 17.4–17.6.

Tabelle 17.3

Klassifizierung von Titanlegierungen nach Struktur

* Experimentelle Legierungen.

Tabelle 17.4

Mechanische Eigenschaften von Blechen aus Titanlegierungen (GOST 22178–76)

Notiz. Zahlen in Klammern gelten für Bleche mit hoher Oberflächengüte.

Tabelle 17.5

Mechanische Eigenschaften von Stangen aus Titanlegierungen (GOST 26492–85)

Notiz. Daten in Klammern beziehen sich auf Barren höherer Qualität.

Tabelle 17.6

Mechanische Eigenschaften von Titanlegierungsplatten (GOST 23755–79)

Schmieden, Volumen- und Blechstanzen, Walzen, Pressen werden im heißen Zustand gemäß den in der Tabelle angegebenen Modi durchgeführt. 17.7. Endwalzen, Blechstanzen, Ziehen und andere Operationen werden in kaltem Zustand durchgeführt.

Diese Legierungen und Produkte daraus werden nur gemäß den in der Tabelle angegebenen Modi geglüht. 17.8. Zum Abbau von innerem Stress, der daraus resultiert Bearbeitung, Blechstanzen, Schweißen usw. wird unvollständiges Glühen verwendet.

Diese Legierungen lassen sich gut durch Schmelzschweißen (Argon-Lichtbogen, Unterpulver, Elektroschlacke) und Kontakt (Punkt, Rolle) schweißen. Beim Schmelzschweißen entsprechen die Festigkeit und Duktilität der Schweißverbindung fast denen des Grundmetalls.

Die Korrosionsbeständigkeit dieser Legierungen ist in vielen Medien (Meerwasser, Chloride, Laugen, organische Säuren usw.) hoch, mit Ausnahme von Lösungen von HF, H 2 SO 4 , HCl und einigen anderen.

Anwendung. Diese Legierungen werden häufig als Konstruktionswerkstoffe für die Herstellung fast aller Arten von Halbzeugen, Teilen und Strukturen, einschließlich geschweißter, verwendet. Ihre effektivste Anwendung liegt in der Luft- und Raumfahrttechnik, in der Chemietechnik, in der Kryotechnik (Tabelle 17.9.) sowie in Einheiten und Strukturen, die bei Temperaturen von bis zu 300–350 ° C betrieben werden.

Zu dieser Gruppe gehören Legierungen mit der Zugfestigkeit s in = 750–1000 MPa, nämlich: a - Legierungen der Sorten VT5 und VT5-1; Pseudo-a-Legierungen der Sorten OT4, VT20; (a + b)-Legierungen der Sorten PT3V, sowie VT6, VT6S, VT14 im geglühten Zustand.

Die Legierungen VT5, VT5-1, OT4, VT20, PT3V, VT6S, die eine geringe Menge der b-Phase enthalten (2–7% der b-Phase im Gleichgewichtszustand), werden keiner Wärmebehandlung zum Härten unterzogen und verwendet im geglühten Zustand. Die Legierung VT6S wird manchmal in einem thermisch gehärteten Zustand verwendet. Die Legierungen VT6 und VT14 werden sowohl im geglühten als auch im thermisch gehärteten Zustand eingesetzt. Im letzteren Fall wird ihre Festigkeit höher als 1000 MPa und sie werden im Abschnitt über hochfeste Legierungen betrachtet.

Die betrachteten Legierungen behalten zusammen mit erhöhter Festigkeit eine zufriedenstellende Duktilität im kalten Zustand und eine gute Duktilität im warmen Zustand, was es ermöglicht, alle Arten von Halbzeugen daraus zu erhalten: Bleche, Bänder, Profile, Schmiedestücke, Stanzteile , Rohre usw. Ausnahme ist die VT5-Legierung, aus der Bleche und Platten aufgrund geringer technologischer Plastizität nicht hergestellt werden. Arten der Heißdruckbehandlung sind in der Tabelle angegeben. 17.7.

Diese Kategorie von Legierungen macht den größten Teil der Produktion von Halbzeugen aus, die im Maschinenbau verwendet werden. Die mechanischen Eigenschaften der wichtigsten Halbzeuge sind in der Tabelle angegeben. 17.4–17.6.

Alle mittelfesten Legierungen lassen sich mit allen für Titan verwendeten Schweißarten gut schweißen. Die Festigkeit und Duktilität einer durch Schmelzschweißen hergestellten Schweißverbindung liegt nahe an der Festigkeit und Duktilität des Grundmetalls (für VT20- und VT6S-Legierungen beträgt dieses Verhältnis 0,9–0,95). Nach dem Schweißen wird ein unvollständiges Glühen empfohlen, um innere Schweißspannungen abzubauen (Tabelle 17.8).

Die Bearbeitbarkeit dieser Legierungen ist gut. Korrosionsbeständigkeit in den meisten aggressive Umgebungenähnlich technischem Titan VT1-0.

Tabelle 17.7

Arten der Warmumformung von Titanlegierungen

* Verformungsgrad für eine Erwärmung, %.

** Verformung im (a + b)-Bereich.

*** Verformung im b-Bereich.

Tabelle 17.8

Glühmodi für Titanlegierungen

* Unvollständige Glühtemperaturen.

Tabelle 17.9

Mechanische Eigenschaften von Titanlegierungen bei niedrigen Temperaturen

Anwendung. Diese Legierungen werden für die Herstellung von Produkten durch Blechstanzen (OT4, VT20), für geschweißte Teile und Baugruppen, für stanzgeschweißte Teile (VT5, VT5-1, VT6S, VT20) usw. empfohlen. Die Legierung VT6S wird häufig verwendet für die Herstellung von Behältern und Druckbehältern. Teile und Baugruppen aus den Legierungen OT4, VT5 können lange bei Temperaturen bis 400 ° C und kurzzeitig bis 750 ° C arbeiten; aus den Legierungen VT5-1, VT20 - lange Zeit bei Temperaturen bis 450–500 ° C und kurzzeitig - bis 800–850 ° C. Die Legierungen VT5-1, OT4, VT6S werden auch für den Einsatz in der Kältetechnik empfohlen und Kryotechnik (Tab. 17.9).

Zu dieser Gruppe gehören Legierungen mit einer Zugfestigkeit s > 1000 MPa, nämlich (a + b)-Legierungen der Sorten VT6, VT14, VT3-1, VT22. Die hohe Festigkeit dieser Legierungen wird durch eine härtende Wärmebehandlung (Härten + Altern) erreicht. Ausnahme ist die hochlegierte Legierung VT22, die auch im geglühten Zustand s B > 1000 MPa aufweist.

Diese Legierungen behalten neben ihrer hohen Festigkeit auch im heißen Zustand eine gute (VT6) und zufriedenstellende (VT14, VT3-1, VT22) technologische Duktilität, was es ermöglicht, aus ihnen verschiedene Halbzeuge zu erhalten: Bleche (außer VT3- 1), Stäbe, Platten, Schmiedestücke, Stanzteile, Profile usw. Warmumformungsmodi sind in der Tabelle angegeben. 17.7. Die Legierungen VT6 und VT14 können im geglühten Zustand (s in » 850 MPa) mit geringen Verformungen kaltblechgeschmiedet werden. Die mechanischen Eigenschaften der wichtigsten Halbzeuge im geglühten und gehärteten Zustand sind in der Tabelle angegeben. 17.4–17.6.

Trotz der heterophasischen Struktur weisen die betrachteten Legierungen eine zufriedenstellende Schweißbarkeit durch alle für Titan verwendeten Schweißarten auf. Um die erforderliche Festigkeit und Duktilität zu gewährleisten, ist ein vollständiges Glühen erforderlich, und für die Legierung VT14 (mit einer Dicke der geschweißten Teile von 10–18 mm) wird empfohlen, ein Härten mit anschließender Alterung durchzuführen. Die Festigkeit der Schweißverbindung (Schmelzschweißen) beträgt dabei mindestens das 0,9-fache der Festigkeit des Grundwerkstoffes. Die Duktilität der Schweißverbindung kommt der Duktilität des Grundwerkstoffs nahe.

Bearbeitbarkeit ist zufriedenstellend. Die Bearbeitung von Legierungen kann sowohl im geglühten als auch im thermisch gehärteten Zustand erfolgen.

Diese Legierungen haben eine hohe Korrosionsbeständigkeit im geglühten und thermisch gehärteten Zustand in einer feuchten Atmosphäre, Meerwasser und in vielen anderen aggressiven Umgebungen, wie handelsübliches Titan.

Wärmebehandlung . Die Legierungen VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 werden gehärtet und gealtert (siehe oben). Die empfohlenen Heizarten zum Härten und Auslagern für monolithische Produkte, Halbzeuge und Schweißteile sind in der Tabelle angegeben. 17.10.

Das Abkühlen während des Abschreckens erfolgt in Wasser und nach dem Altern in Luft. Volle Härtbarkeit ist für Teile aus VT6-, VT6S-Legierungen mit einem maximalen Querschnitt von bis zu 40–45 mm und aus VT3-1-, VT14-, VT22-Legierungen - bis zu 60 mm vorgesehen.

Um eine zufriedenstellende Kombination von Festigkeit und Duktilität von Legierungen mit einer (a + b)-Struktur nach dem Abschrecken und Altern zu gewährleisten, ist es notwendig, dass ihre Struktur vor der Wärmebehandlung zum Härten gleichachsig oder "korbgeflecht" ist. Beispiele für anfängliche Mikrostrukturen, die zufriedenstellende Eigenschaften liefern, sind in den Fig. 1 und 2 gezeigt. 17.4 (Typen 1–7).

Tabelle 17.10

Arten der verstärkenden Wärmebehandlung von Titanlegierungen

Die anfängliche nadelförmige Struktur der Legierung mit dem Vorhandensein von primären Korngrenzen der b-Phase (Typen 8–9) während der Überhitzung nach dem Abschrecken und Altern oder Glühen führt zur Ehe - einer Abnahme der Festigkeit und Duktilität. Daher ist es notwendig, das Erhitzen von (a + b)-Legierungen auf Temperaturen oberhalb der polymorphen Umwandlungstemperatur zu vermeiden, da es unmöglich ist, die überhitzte Struktur durch Wärmebehandlung zu korrigieren.

Es wird empfohlen, während der Wärmebehandlung eine Erwärmung durchzuführen elektrische Öfen mit automatischer Temperaturregelung und Aufzeichnung. Um die Bildung von Zunder zu verhindern, muss das Erwärmen von Fertigteilen und Blechen in Öfen mit Schutzatmosphäre oder unter Verwendung durchgeführt werden Schutzbeschichtungen.

Beim Erhitzen von Dünnblechteilen zum Härten wird eine 30–40 mm dicke Stahlplatte auf den Ofen gelegt, um die Temperatur auszugleichen und deren Verzug zu verringern. Zum Härten von Teilen mit komplexer Konfiguration und dünnwandigen Teilen werden Sperrvorrichtungen verwendet, um ein Verziehen und Verziehen zu verhindern.

Nach der Hochtemperaturbehandlung (Abschrecken oder Glühen) im Ofen ohne Schutzatmosphäre müssen Halbzeuge, die keiner weiteren Bearbeitung unterzogen werden, hydrosandgestrahlt oder korundbesandet und Bleche zusätzlich gebeizt werden.

Anwendung. Hochfeste Titanlegierungen werden zur Herstellung kritischer Teile und Baugruppen verwendet: Schweißkonstruktionen (VT6, VT14), Turbinen (VT3-1), Stanzschweißbaugruppen (VT14), hochbelastete Teile und Stanzkonstruktionen (VT22). Diese Legierungen können lange Zeit bei Temperaturen bis 400°C und kurzzeitig bis 750°C betrieben werden.

Ein Merkmal hochfester Titanlegierungen als Konstruktionswerkstoff ist ihre Überempfindlichkeit zu Spannungskonzentratoren. Daher müssen bei der Konstruktion von Teilen aus diesen Legierungen eine Reihe von Anforderungen (verbesserte Oberflächenqualität, Vergrößerung der Übergangsradien von einem Abschnitt zum anderen usw.) berücksichtigt werden, ähnlich wie bei hochfesten Stählen benutzt.

Titan- einer der mysteriösen, wenig untersuchten Makronährstoffe in der Wissenschaft und im menschlichen Leben. Obwohl es nicht umsonst das "kosmische" Element genannt wird, weil. Es wird aktiv in den fortgeschrittenen Bereichen der Wissenschaft, Technologie, Medizin und auf viele andere Arten eingesetzt - dies ist ein Element der Zukunft.

Dieses Metall hat eine silbergraue Farbe (siehe Foto) und ist in Wasser unlöslich. Er hat eine geringe chemische Dichte, daher zeichnet er sich durch Leichtigkeit aus. Gleichzeitig ist es aufgrund seiner Schmelzbarkeit und Duktilität sehr fest und leicht zu verarbeiten. Das Element ist aufgrund des Vorhandenseins eines Schutzfilms auf der Oberfläche chemisch inert. Titan ist nicht brennbar, aber sein Staub ist explosiv.

Die Entdeckung dieser Chemisches Element im Besitz eines großen Liebhabers von Mineralien, des Engländers William MacGregor. Seinen Namen verdankt Titan aber nach wie vor dem Chemiker Martin Heinrich Klaproth, der es unabhängig von McGregor entdeckte.

Vermutungen über die Gründe, warum dieses Metall „Titan“ genannt wurde, sind romantisch. Nach einer Version ist der Name mit den antiken griechischen Göttern Titanen verbunden, deren Eltern der Gott Uranus und die Göttin Gaia waren, aber nach der zweiten stammt er vom Namen der Königin der Feen - Titania.

Wie dem auch sei, dieser Makronährstoff ist der neunthäufigste in der Natur vorkommende. Es ist Teil des Gewebes von Vertretern der Flora und Fauna. Es ist viel davon im Meerwasser (bis zu 7%), aber im Boden enthält es nur 0,57%. China ist das reichste an Titanreserven, gefolgt von Russland.

Titan-Action

Die Wirkung eines Makroelements auf den Körper ist auf seine Physis zurückzuführen chemische Eigenschaften. Seine Partikel sind sehr klein, sie können in die Zellstruktur eindringen und ihre Arbeit beeinträchtigen. Es wird angenommen, dass der Makronährstoff aufgrund seiner Trägheit nicht chemisch mit Reizstoffen interagiert und daher nicht toxisch ist. Es tritt jedoch durch physikalische Einwirkung mit den Zellen von Geweben, Organen, Blut und Lymphe in Kontakt, was zu deren führt mechanischer Schaden. So kann ein Element durch seine Wirkung einzel- und doppelsträngige DNA schädigen, Chromosomen schädigen, was zu einem Krebsrisiko und einer Fehlfunktion des genetischen Codes führen kann.

Es stellte sich heraus, dass Makronährstoffpartikel die Haut nicht passieren können. Daher gelangen sie nur mit Nahrung, Wasser und Luft in eine Person.

Titan wird besser über den Magen-Darm-Trakt (1-3%) aufgenommen, aber nur etwa 1% wird über die Atemwege aufgenommen, aber sein Gehalt im Körper konzentriert sich wie in der Lunge (30%). Womit ist es verbunden? Nach der Analyse aller oben genannten Zahlen können wir zu mehreren Schlussfolgerungen kommen. Erstens wird Titan im Allgemeinen schlecht vom Körper aufgenommen. Zweitens wird Titan durch den Magen-Darm-Trakt über Kot (0,52 mg) und Urin (0,33 mg) ausgeschieden, aber in der Lunge ist ein solcher Mechanismus schwach oder fehlt vollständig, da mit zunehmendem Alter bei einer Person die Konzentration von Titan in diesem Organ zunimmt fast um das 100-fache erhöht. Was ist der Grund für eine so hohe Konzentration bei einer so schwachen Absorption? Dies liegt höchstwahrscheinlich an dem ständigen Angriff auf unseren Staubkörper, in dem sich immer eine Titankomponente befindet. Darüber hinaus müssen in diesem Fall unsere Ökologie und die Verfügbarkeit von Industrieanlagen in der Nähe von Siedlungen berücksichtigt werden.

Im Vergleich zur Lunge bleibt in anderen Organen wie Milz, Nebennieren, Schilddrüse der Gehalt des Makronährstoffs lebenslang unverändert. Das Vorhandensein des Elements wird auch in Lymphe, Plazenta, Gehirn und Frau beobachtet Muttermilch, Knochen, Nägel, Haare, Augenlinse, Epithelgewebe.

In den Knochen ist Titan an deren Fusion nach Frakturen beteiligt. Auch bei den Wiederherstellungsprozessen, die in beschädigten beweglichen Knochengelenken bei Arthritis und Arthrose auftreten, wird eine positive Wirkung beobachtet. Dieses Metall ist ein starkes Antioxidans. Es schwächt die Wirkung freier Radikale auf Haut und Blutzellen und schützt den gesamten Körper vor vorzeitiger Alterung und Abnutzung.

Es konzentriert sich auf die Teile des Gehirns, die für das Sehen und Hören verantwortlich sind, und wirkt sich positiv auf deren Funktion aus. Das Vorhandensein des Metalls in den Nebennieren und der Schilddrüse impliziert seine Beteiligung an der Produktion von Hormonen, die am Stoffwechsel beteiligt sind. Es ist auch an der Produktion von Hämoglobin, der Produktion von roten Blutkörperchen, beteiligt. Durch die Reduzierung des Cholesterin- und Harnstoffgehalts im Blut überwacht es dessen normale Zusammensetzung.

Die negative Wirkung von Titan auf den Körper ist darauf zurückzuführen, dass es ist ein Schwermetall. Einmal im Körper, spaltet es sich nicht und zersetzt sich nicht, sondern setzt sich in den Organen und Geweben einer Person ab, vergiftet sie und stört lebenswichtige Prozesse. Es korrodiert nicht und ist beständig gegen Laugen und Säuren, so dass Magensaft nicht darauf einwirken kann.

Titanverbindungen haben die Fähigkeit, kurzwellige ultraviolette Strahlung zu blockieren und werden nicht durch die Haut absorbiert, sodass sie zum Schutz der Haut vor ultravioletter Strahlung verwendet werden können.

Es ist erwiesen, dass Rauchen die Aufnahme von Metall in die Lunge aus der Luft um ein Vielfaches erhöht. Ist das nicht ein Grund aufzuhören schlechte Angewohnheit!

Tagessatz - wozu braucht man ein chemisches Element?

Die tägliche Norm eines Makronährstoffs ergibt sich aus der Tatsache, dass der menschliche Körper etwa 20 mg Titan enthält, wovon sich 2,4 mg in der Lunge befinden. Täglich nimmt der Körper 0,85 mg der Substanz mit der Nahrung, 0,002 mg mit Wasser und 0,0007 mg mit der Luft auf. Der Tagessatz für Titan ist sehr bedingt, da die Folgen seines Einflusses auf die Organe nicht vollständig untersucht wurden. Ungefähr sind es etwa 300-600 mcg pro Tag. Es gibt keine klinischen Daten zu den Folgen einer Überschreitung dieser Norm - alles befindet sich im Stadium von Pilotstudien.

Mangel an Titan

Bedingungen, unter denen ein Metallmangel beobachtet werden würde, wurden nicht identifiziert, daher sind Wissenschaftler zu dem Schluss gekommen, dass sie in der Natur nicht vorkommen. Sein Mangel wird jedoch bei den meisten schweren Krankheiten beobachtet, die den Zustand des Patienten verschlechtern können. Dieser Nachteil kann mit titanhaltigen Präparaten beseitigt werden.

Die Wirkung von überschüssigem Titan auf den Körper

Ein Überschuss des Makroelements einer einmaligen Aufnahme von Titan in den Körper wurde nicht festgestellt. Angenommen, eine Person hat eine Titannadel verschluckt, dann muss anscheinend nicht über Vergiftung gesprochen werden. Höchstwahrscheinlich kommt das Element aufgrund seiner Trägheit nicht in Kontakt, sondern wird auf natürliche Weise entfernt.

Eine große Gefahr entsteht durch einen systematischen Anstieg der Konzentration des Makroelements im Atmungssystem. Dies führt zu einer Schädigung des Atmungs- und Lymphsystems. Es besteht auch ein direkter Zusammenhang zwischen dem Grad der Silikose und dem Gehalt des Elements im Atmungssystem. Je höher der Gehalt, desto schwerer die Krankheit.

Überschuss Schwermetall bei Personen beobachtet, die in chemischen und metallurgischen Unternehmen arbeiten. Titanchlorid ist am gefährlichsten - in 3 Arbeitsjahren beginnt die Manifestation schwerer chronischer Krankheiten.

Solche Krankheiten werden mit speziellen Medikamenten und Vitaminen behandelt.

Was sind die Quellen?

Das Element gelangt hauptsächlich mit Nahrung und Wasser in den menschlichen Körper. Vor allem in Hülsenfrüchten (Erbsen, Bohnen, Linsen, Bohnen) und Getreide (Roggen, Gerste, Buchweizen, Hafer). Seine Anwesenheit in Molkerei und Fleischgerichte und auch in Eiern. Pflanzen enthalten mehr von diesem Element als Tiere. Sein Gehalt ist besonders hoch in Algen - buschige Cladophora.

Alle Lebensmittel, die die Lebensmittelfarbe E171 enthalten, enthalten dieses Metalldioxid. Es wird zur Herstellung von Saucen und Gewürzen verwendet. Die Schädlichkeit dieses Zusatzstoffes steht in Frage, da Titanoxid in Wasser und Magensaft praktisch unlöslich ist.

Hinweise zur Verwendung

Es gibt Hinweise auf die Verwendung des Elements, obwohl dieses kosmische Element noch wenig erforscht ist, wird es in allen Bereichen der Medizin aktiv eingesetzt. Aufgrund seiner Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und biologischen Trägheit wird es im Bereich der Prothetik häufig zur Herstellung von Implantaten verwendet. Es wird in der Zahnmedizin, Neurochirurgie, Orthopädie verwendet. Wegen seiner Langlebigkeit werden daraus chirurgische Instrumente hergestellt.

Dioxid dieser Substanz wird zur Behandlung von Hautkrankheiten wie Cheilitis, Herpes, Akne und Entzündungen der Mundschleimhaut eingesetzt. Sie entfernen das Hämangiom des Gesichts.

Metallnickelid ist an der Beseitigung von lokal fortgeschrittenem Kehlkopfkrebs beteiligt. Es wird zum Endoprothesenersatz des Kehlkopfes und der Luftröhre verwendet. Es wird auch zur Behandlung infizierter Wunden in Kombination mit antibiotischen Lösungen verwendet.

Der Makronährstoff Glycerosolvat Aquakomplex fördert die Heilung von ulzerativen Wunden.

Wissenschaftlern auf der ganzen Welt stehen viele Möglichkeiten offen, das Element der Zukunft zu untersuchen, da seine physikalisch-chemischen Eigenschaften hoch sind und der Menschheit unbegrenzten Nutzen bringen können.

Titan in Form von Oxid (IV) wurde 1791 von dem englischen Amateurmineralogen W. Gregor in den magnetischen Eisensanden der Stadt Menakan (England) entdeckt; 1795 stellte der deutsche Chemiker M. G. Klaproth fest, dass das Mineral Rutil ein natürliches Oxid desselben Metalls ist, das er „Titan“ [in griechische Mythologie die Titanen sind die Kinder von Uranus (Himmel) und Gaia (Erde)]. Lange Zeit war es nicht möglich, Titan in seiner reinen Form zu isolieren; erst 1910 erhielt der amerikanische Wissenschaftler M. A. Hunter metallisches Titan, indem er sein Chlorid mit Natrium in einer versiegelten Stahlbombe erhitzte; Das erhaltene Metall war nur bei erhöhten Temperaturen duktil und bei Raumtemperatur aufgrund des hohen Gehalts an Verunreinigungen spröde. Die Möglichkeit, die Eigenschaften von reinem Titan zu untersuchen, ergab sich erst 1925, als die niederländischen Wissenschaftler A. Van Arkel und I. de Boer durch thermische Dissoziation von Titaniodid bei niedrigen Temperaturen einen hochreinen Metallkunststoff erhielten.

Verbreitung von Titan in der Natur. Titan ist eines der häufigsten Elemente, sein durchschnittlicher Gehalt in der Erdkruste (Clark) beträgt 0,57 Gew.-% (unter den Strukturmetallen belegt es den 4. Platz in Bezug auf die Verbreitung, hinter Eisen, Aluminium und Magnesium). Titan ist vor allem in den Grundgesteinen der sogenannten „Basaltschale“ (0,9 %) enthalten, weniger in den Gesteinen der „Granitschale“ (0,23 %) und noch weniger in ultrabasischen Gesteinen (0,03 %) usw .K Felsen, angereichert mit Titan, umfassen Pegmatite aus basischen Gesteinen, alkalischen Gesteinen, Syeniten und assoziierten Pegmatiten und anderen. Es gibt 67 bekannte Mineralien Titan, meist magmatischen Ursprungs; die wichtigsten sind Rutil und Ilmenit.

Titan ist größtenteils in der Biosphäre verbreitet. Im Meerwasser enthält es 10 -7 %; Titan ist ein schwacher Migrant.

Physikalische Eigenschaften von Titan. Titan existiert in Form von zwei allotropen Modifikationen: Unterhalb einer Temperatur von 882,5 °C ist die α-Form mit einem hexagonal dicht gepackten Gitter stabil (a = 2,951 Å, c = 4,679 Å), und oberhalb dieser Temperatur die β -Form mit einem kubisch raumzentrierten Gitter a = 3,269 Å. Verunreinigungen und Dotierstoffe können die α/β-Umwandlungstemperatur erheblich verändern.

Die Dichte der α-Form beträgt bei 20°C 4,505 g/cm 3 und bei 870°C 4,35 g/cm 3 ; β-Formen bei 900°C 4,32 g/cm 3 ; Atomradius Ti 1,46 Å, Ionenradien Ti + 0,94 Å, Ti 2+ 0,78 Å, Ti 3+ 0,69 Å, Ti 4+ 0,64 Å; TSchmelzen 1668°C, Tbp 3227°C; Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 20-25°C 22,065 W/(m·K); Temperaturkoeffizient der linearen Ausdehnung bei 20°С 8,5·10 -6 , im Bereich von 20-700°С 9,7·10 -6 ; Wärmekapazität 0,523 kJ/(kg·K); spezifischer elektrischer Widerstand 42,1 10 -6 Ohm cm bei 20 °C; Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands 0,0035 bei 20 °C; hat eine Supraleitung unter 0,38 K. Titan ist paramagnetisch, die spezifische magnetische Suszeptibilität beträgt 3,2·10 -6 bei 20 °C. Zugfestigkeit 256 MN/m 2 (25,6 kgf/mm 2), relative Dehnung 72 %, Brinell-Härte kleiner 1000 MN/m 2 (100 kgf/mm 2). Der normale Elastizitätsmodul beträgt 108.000 MN / m 2 (10.800 kgf / mm 2). Metall von hoher Reinheit Schmieden bei normaler Temperatur.

In der Industrie verwendetes technisches Titan enthält Sauerstoff-, Stickstoff-, Eisen-, Silizium- und Kohlenstoffverunreinigungen, die seine Festigkeit erhöhen, die Duktilität verringern und die Temperatur der polymorphen Umwandlung beeinflussen, die im Bereich von 865-920 °C auftritt. Zum Tech-Titan Sorten VT1-00 und VT1-0 Dichte beträgt etwa 4,32 g / cm 3, Zugfestigkeit 300-550 MN / m 2 (30-55 kgf / mm 2), relative Dehnung nicht weniger als 25%, Brinell-Härte 1150-1650 Mn / m 2 (115-165 kgf / mm 2). Die Konfiguration der äußeren Elektronenhülle des Ti-Atoms ist 3d 2 4s 2 .

Chemische Eigenschaften von Titan. Reines Titan ist ein chemisch aktives Übergangselement, in Verbindungen hat es Oxidationsstufen von +4, seltener +3 und +2. Bei normalen Temperaturen und bis zu 500-550 ° C ist es korrosionsbeständig, was durch das Vorhandensein eines dünnen, aber starken Oxidfilms auf seiner Oberfläche erklärt wird.

Es interagiert merklich mit Luftsauerstoff bei Temperaturen über 600 ° C unter Bildung von TiO 2. Dünne Titanspäne mit unzureichender Schmierung können sich während der Bearbeitung entzünden. Bei ausreichender Sauerstoffkonzentration in der Umgebung und Beschädigung der Oxidschicht durch Schlag oder Reibung ist es möglich, dass sich das Metall bei Raumtemperatur und in größeren Stücken entzündet.

Der Oxidfilm schützt Titan im flüssigen Zustand nicht vor weiteren Wechselwirkungen mit Sauerstoff (im Gegensatz zu beispielsweise Aluminium), und daher müssen sein Schmelzen und Schweißen im Vakuum, in einer neutralen Gasatmosphäre oder unter Wasser durchgeführt werden. Titan hat die Fähigkeit, atmosphärische Gase und Wasserstoff zu absorbieren und spröde Legierungen zu bilden, die für die praktische Verwendung ungeeignet sind; in Gegenwart einer aktivierten Oberfläche findet bereits bei Raumtemperatur eine Wasserstoffaufnahme in geringer Geschwindigkeit statt, die ab 400 °C deutlich ansteigt. Die Löslichkeit von Wasserstoff in Titan ist reversibel und dieses Gas kann durch Vakuumglühen fast vollständig entfernt werden. Titan reagiert mit Stickstoff bei Temperaturen über 700 °C, und es werden Nitride vom TiN-Typ erhalten; In Form eines feinen Pulvers oder Drahtes kann Titan in einer Stickstoffatmosphäre brennen. Die Diffusionsgeschwindigkeit von Stickstoff und Sauerstoff in Titan ist viel geringer als die von Wasserstoff. Die durch Wechselwirkung mit diesen Gasen erhaltene Schicht ist durch erhöhte Härte und Sprödigkeit gekennzeichnet und muss von der Oberfläche von Titanprodukten durch Ätzen oder spanende Bearbeitung entfernt werden. Titan reagiert heftig mit trockenen Halogenen und ist gegenüber nassen Halogenen stabil, da Feuchtigkeit die Rolle eines Inhibitors spielt.

Das Metall ist stabil in Salpetersäure aller Konzentrationen (mit Ausnahme von rotem Rauch, der zu Korrosionsrissen bei Titan führt und die Reaktion manchmal mit einer Explosion einhergeht), in schwachen Lösungen von Schwefelsäure (bis zu 5 Gew.-%). Salzsäure, Flusssäure, konzentrierte Schwefelsäure sowie heiße organische Säuren: Oxal-, Ameisen- und Trichloressigsäure reagieren mit Titan.

Titan ist korrosionsbeständig in atmosphärischer Luft, Meerwasser und Meeresatmosphäre, in feuchtem Chlor, Chlorwasser, heißen und kalten Chloridlösungen, in verschiedenen technologischen Lösungen und Reagenzien, die in der Chemie-, Öl-, Papier- und anderen Industrien sowie in verwendet werden Hydrometallurgie. Titan bildet mit C, B, Se, Si metallähnliche Verbindungen, die sich durch Feuerfestigkeit und hohe Härte auszeichnen. TiC-Carbid (Schmelztemperatur 3140 °C) wird durch Erhitzen einer Mischung aus TiO 2 mit Ruß auf 1900–2000 °C in einer Wasserstoffatmosphäre erhalten; Nitrid TiN (t pl 2950 °C) – durch Erhitzen von Titanpulver in Stickstoff auf eine Temperatur über 700 °C. Bekannt sind die Silizide TiSi 2 , TiSi und die Boride TiB, Ti 2 B 5 , TiB 2 . Bei einer Temperatur von 400-600 °C absorbiert Titan Wasserstoff unter Bildung von Mischkristallen und Hydriden (TiH, TiH 2). Wenn TiO 2 mit Alkalien verschmolzen wird, werden Titansäuresalze von Meta- und Orthotitanaten (z. B. Na 2 TiO 3 und Na 4 TiO 4) sowie Polytitanate (z. B. Na 2 Ti 2 O 5 und Na 2 Ti 3) verwendet O 7) gebildet werden. Zu den Titanaten zählen die wichtigsten Mineralien des Titans, zB Ilmenit FeTiO 3 , Perowskit CaTiO 3 . Alle Titanate sind leicht wasserlöslich. Titan(IV)oxid, Titansäuren (Präzipitate) und Titanate werden in Schwefelsäure gelöst, um Lösungen zu bilden, die Titanylsulfat TiOSO 4 enthalten. Beim Verdünnen und Erhitzen der Lösungen fällt durch Hydrolyse H 2 TiO 3 aus, aus dem Titan(IV)oxid gewonnen wird. Bei der Zugabe von Wasserstoffperoxid zu sauren Lösungen, die Ti(IV)-Verbindungen enthalten, werden Peroxid-(Pertitan-)Säuren der Zusammensetzung H 4 TiO 5 und H 4 TiO 8 und ihre entsprechenden Salze gebildet; diese Verbindungen sind gelb oder orangerot gefärbt (abhängig von der Titankonzentration), was für die analytische Bestimmung von Titan verwendet wird.

Einen Titan bekommen. Das gebräuchlichste Verfahren zur Gewinnung von metallischem Titan ist das Magnesium-Thermal-Verfahren, also die Reduktion von Titantetrachlorid mit metallischem Magnesium (seltener Natrium):

TiCl 4 + 2 Mg \u003d Ti + 2 MgCl 2.

In beiden Fällen dienen Titanoxiderze – Rutil, Ilmenit und andere – als Ausgangsrohstoff. Bei Erzen vom Typ Ilmenit wird Titan in Form von Schlacke durch Schmelzen in Elektroöfen vom Eisen getrennt. Die Schlacke (wie auch Rutil) wird in Gegenwart von Kohlenstoff chloriert, um Titantetrachlorid zu bilden, das nach Reinigung in den Reduktionsreaktor mit neutraler Atmosphäre eintritt.

Titan fällt dabei in schwammiger Form an und wird nach dem Mahlen in Vakuum-Lichtbogenöfen unter Einbringung von Legierungszusätzen zu Barren umgeschmolzen, sofern eine Legierung gewünscht wird. Die Magnesium-Thermalmethode ermöglicht es Ihnen, eine große zu erstellen industrielle Produktion Titan mit einem geschlossenen technologischen Kreislauf, da das bei der Reduktion entstehende Nebenprodukt Magnesiumchlorid zur Elektrolyse geschickt wird, um Magnesium und Chlor zu gewinnen.

In einer Reihe von Fällen ist es vorteilhaft, pulvermetallurgische Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Titan und seinen Legierungen einzusetzen. Um besonders feine Pulver (z. B. für die Funkelektronik) zu erhalten, kann die Reduktion von Titan(IV)-oxid mit Calciumhydrid verwendet werden.

Anwendung von Titan. Die Hauptvorteile von Titan gegenüber anderen Konstruktionsmetallen: eine Kombination aus Leichtigkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Titanlegierungen in absoluter und noch mehr in spezifischer Festigkeit (d. h. Festigkeit bezogen auf die Dichte) übertreffen die meisten Legierungen auf Basis anderer Metalle (z. B. Eisen oder Nickel) bei Temperaturen von -250 bis 550 °C, und sie sind korrosiv vergleichbar zu Edelmetalllegierungen. Als eigenständiges Konstruktionsmaterial wurde Titan jedoch erst in den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts aufgrund der großen technischen Schwierigkeiten bei der Gewinnung aus Erzen und der Verarbeitung verwendet (daher wurde Titan bedingt als seltenes Metall eingestuft). Der Hauptteil von Titan wird für die Bedürfnisse der Luftfahrt- und Raketentechnologie sowie des Schiffbaus ausgegeben. Legierungen von Titan mit Eisen, bekannt als „Ferrotitan“ (20-50 % Titan), dienen in der Metallurgie von Edelstählen und Sonderlegierungen als Legierungszusatz und Desoxidationsmittel.

Technisches Titan wird zur Herstellung von Tanks, chemischen Reaktoren, Rohrleitungen, Armaturen, Pumpen und anderen Produkten verwendet, die in aggressiven Umgebungen betrieben werden, beispielsweise in der chemischen Verfahrenstechnik. Titanausrüstung wird in der Hydrometallurgie von Nichteisenmetallen verwendet. Es wird zur Abdeckung von Stahlprodukten verwendet. Der Einsatz von Titan bringt in vielen Fällen einen großen technischen und wirtschaftlichen Effekt, nicht nur durch eine Erhöhung der Standzeiten der Anlagen, sondern auch durch die Möglichkeit der Prozessintensivierung (wie z. B. in der Nickel-Hydrometallurgie). Die biologische Unbedenklichkeit von Titan macht es zu einem hervorragenden Material für die Herstellung von Geräten z Nahrungsmittelindustrie und in der rekonstruktiven Chirurgie. Unter tiefen Kältebedingungen erhöht sich die Festigkeit von Titan bei gleichzeitiger Beibehaltung einer guten Duktilität, die es ermöglicht, es als Strukturmaterial für die Tieftemperaturtechnologie zu verwenden. Titan eignet sich gut zum Polieren, Farbanodisieren und für andere Oberflächenveredelungsverfahren und wird daher für die Herstellung verschiedener künstlerischer Produkte, einschließlich monumentaler Skulpturen, verwendet. Ein Beispiel ist das Denkmal in Moskau, das zu Ehren des Starts des ersten künstlichen Erdsatelliten errichtet wurde. Von den in der Hochtemperaturtechnik verwendeten Titanverbindungen sind Oxide, Halogenide, aber auch Silizide von praktischer Bedeutung; Boride und ihre Legierungen werden aufgrund ihrer Unschmelzbarkeit und ihres großen Neutroneneinfangquerschnitts als Moderatoren in Kernkraftwerken verwendet. Titankarbid, das eine hohe Härte aufweist, ist Bestandteil der Werkzeughartlegierungen, die zur Herstellung von Schneidwerkzeugen und als Schleifmittel verwendet werden.

Titanoxid (IV) und Bariumtitanat dienen als Basis für Titankeramiken, und Bariumtitanat ist das wichtigste Ferroelektrikum.

Titan im Körper. Titan ist ständig im Gewebe von Pflanzen und Tieren vorhanden. In Landpflanzen beträgt die Konzentration etwa 10 -4%, in Meerespflanzen - von 1,2 · 10 -3 bis 8 · 10 -2%, in den Geweben von Landtieren - weniger als 2 · 10 -4%, marine - von 2 · 10 - 4 bis 2 10 -2 %. Akkumuliert bei Wirbeltieren hauptsächlich in Hornformationen, Milz, Nebennieren, Schilddrüse, Plazenta; schlecht aus dem Magen-Darm-Trakt resorbiert. Beim Menschen beträgt die tägliche Aufnahme von Titan mit Nahrung und Wasser 0,85 mg; ausgeschieden im Urin und Kot (0,33 bzw. 0,52 mg).

Titan ist ein Element der Gruppe IV einer sekundären Untergruppe des Periodensystems, Seriennummer 22, Atomgewicht 47,9. Chemisches Zeichen - Ti. Titan wurde 1795 entdeckt und nach dem Helden des griechischen Epos Titan benannt. Es ist Bestandteil von mehr als 70 Mineralien und gehört zu den häufig vorkommenden Elementen – sein Gehalt in der Erdkruste beträgt ca. 0,6 %. Es ist ein silbrig weißes Metall. Sein Schmelzpunkt liegt bei 1665 °C. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Titan im Bereich von 20–100°C beträgt 8,3 × 10 –6 Grad –1 und die Wärmeleitfähigkeit l = 15,4 W/(m × K). Es existiert in zwei polymorphen Modifikationen: bis 882 °С in Form einer a-Modifikation, die ein hexagonal dicht gepacktes Kristallgitter mit Parametern hat aber= 2,95 Å und von= 4,86 ​​Å; und oberhalb dieser Temperatur ist die b-Umwandlung mit einem kubisch-raumzentrierten Gitter stabil ( aber= 3,31 Å).

Das Metall verbindet große Festigkeit mit geringer Dichte r = 4,5 g/cm 3 und hoher Korrosionsbeständigkeit. Aus diesem Grund hat es in vielen Fällen erhebliche Vorteile gegenüber einfachen Konstruktionsmaterialien wie Stahl und Aluminium. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit ist es jedoch schwierig, es für Strukturen und Teile zu verwenden, die unter Bedingungen großer Temperaturunterschiede arbeiten und der thermischen Ermüdung dienen. Das Metall zeigt Kriechen sowohl bei erhöhten als auch bei Raumtemperatur. Zu den Nachteilen von Titan als Konstruktionsmaterial gehört ein relativ niedriger Normalelastizitätsmodul.

Hochreines Metall hat gute plastische Eigenschaften. Unter dem Einfluss von Verunreinigungen ändert sich seine Plastizität dramatisch. Sauerstoff löst sich gut in Titan und reduziert diese Eigenschaft bereits im Bereich niedriger Konzentrationen stark. Auch die plastischen Eigenschaften des Metalls nehmen bei Zugabe von Stickstoff ab. Bei einem Stickstoffgehalt von mehr als 0,2 % tritt ein Sprödbruch von Titan auf. Gleichzeitig erhöhen Sauerstoff und Stickstoff die temporäre Widerstandsfähigkeit und Ausdauer des Metalls. In dieser Hinsicht sind sie nützliche Verunreinigungen.

Wasserstoff ist eine schädliche Verunreinigung. Durch die Bildung von Hydriden reduziert es die Schlagzähigkeit von Titan schon bei sehr geringen Konzentrationen dramatisch. Wasserstoff hat in einem weiten Konzentrationsbereich keine merkliche Auswirkung auf die Festigkeitseigenschaften des Metalls.

Reintitan gehört nicht zu den hitzebeständigen Werkstoffen, da seine Festigkeit mit steigender Temperatur stark abnimmt.

Ein wichtiges Merkmal des Metalls ist seine Fähigkeit, mit atmosphärischen Gasen und Wasserstoff feste Lösungen zu bilden. Beim Erhitzen von Titan an der Luft bildet sich an seiner Oberfläche neben dem üblichen Zunder eine Schicht, bestehend aus einer durch Sauerstoff stabilisierten festen Lösung auf Basis von a-Ti (alfitiert), deren Dicke von der Temperatur abhängt und Dauer der Erwärmung. Sie hat eine höhere Umwandlungstemperatur als die Hauptmetallschicht und ihre Bildung auf der Oberfläche von Teilen oder Halbzeugen kann zu Sprödbruch führen.

Titan zeichnet sich durch eine erhebliche Korrosionsbeständigkeit in Luft, natürlicher Kälte, heißem Süß- und Meerwasser, Alkalilösungen, Salzen anorganischer und organischer Säuren und Verbindungen aus, auch in gekochtem Zustand. Es ist beständig gegen verdünnte Schwefelsäure, Salzsäure (bis 5 %), Salpetersäure aller Konzentrationen (außer Rauchen), Essig- und Milchsäure, Chloride und Königswasser. Die hohe Korrosionsbeständigkeit von Titan erklärt sich durch die Bildung eines dichten homogenen Schutzfilms auf seiner Oberfläche, dessen Zusammensetzung davon abhängt Umfeld und die Bedingungen für seine Entstehung. In den meisten Fällen ist dies Dioxid - TiO 2. Unter bestimmten Bedingungen kann das mit Salzsäure wechselwirkende Metall mit einer Schutzschicht aus Hydrid - TiH 2 bedeckt werden. Titan ist beständig gegen Kavitationskorrosion und Spannungskorrosion.

Die Anfänge der industriellen Nutzung von Titan als Konstruktionswerkstoff reichen bis in die vierziger Jahre des letzten Jahrhunderts zurück. In dieser Funktion findet Titan die größte Anwendung in der Luftfahrt, der Raketentechnik, im Schiffsbau, im Instrumentenbau und im Maschinenbau. Es behält seine hohen Festigkeitseigenschaften bei erhöhten Temperaturen und wird daher erfolgreich für die Herstellung von Teilen verwendet, die einer Hochtemperaturerhitzung ausgesetzt werden.

Derzeit wird Titan in der Metallurgie weit verbreitet verwendet, unter anderem als Legierungselement in rostfreien und hitzebeständigen Stählen. Titanzusätze zu Aluminium-, Nickel- und Kupferlegierungen erhöhen deren Festigkeit. Er ist Bestandteil Hartlegierungen für Schneidwerkzeuge. Titandioxid wird zur Beschichtung von Schweißelektroden verwendet. Titantetrachlorid wird im Militär zur Herstellung von Nebelwänden verwendet.

In der Elektro- und Funktechnik wird pulverförmiges Titan als Gasabsorber verwendet – bei Erhitzung auf 500 °C nimmt es Gase energisch auf und sorgt dadurch für ein Hochvakuum in einem geschlossenen Volumen. In dieser Hinsicht wird es zur Herstellung von elektronischen Lampenteilen verwendet.

Titan ist in einigen Fällen ein unverzichtbares Material in Chemieindustrie und im Schiffbau. Daraus werden Teile hergestellt, die zum Pumpen aggressiver Flüssigkeiten bestimmt sind, Wärmetauscher, die in korrosiven Umgebungen arbeiten, Aufhängungsvorrichtungen, die zum Anodisieren verschiedener Teile verwendet werden. Titan verhält sich gegenüber Elektrolyten und anderen Galvanikflüssigkeiten inert und eignet sich daher zur Herstellung verschiedener Galvanikbadteile. Es wird häufig bei der Herstellung von hydrometallurgischen Ausrüstungen für Nickel-Kobalt-Anlagen verwendet, da es bei Kontakt mit Nickel- und Kobaltschlamm bei hohen Temperaturen und Drücken eine hohe Korrosions- und Erosionsbeständigkeit aufweist.

Titan ist in oxidierenden Umgebungen am stabilsten. In reduzierenden Umgebungen korrodiert es aufgrund der Zerstörung des schützenden Oxidfilms ziemlich schnell.

Titanlegierungen mit verschiedenen Elementen sind vielversprechendere Materialien als kommerziell reines Metall.

Die Hauptlegierungsbestandteile von industriellen Titanlegierungen sind Vanadium, Molybdän, Chrom, Mangan, Kupfer, Aluminium und Zinn. In der Praxis bildet Titan mit allen Metallen außer den Erdalkalielementen Legierungen sowie mit Silizium, Bor, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff.

Das Vorhandensein polymorpher Transformationen von Titan, die gute Löslichkeit vieler Elemente darin, die Bildung chemischer Verbindungen mit variabler Löslichkeit ermöglichen es, eine breite Palette von Titanlegierungen mit verschiedenen Eigenschaften zu erhalten.

Sie haben drei Hauptvorteile gegenüber anderen Legierungen: niedriges spezifisches Gewicht, hohe chemische Eigenschaften und hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Die Kombination aus Leichtigkeit und hoher Festigkeit macht sie zu besonders vielversprechenden Werkstoffen als Ersatz für Spezialstähle in der Luftfahrtindustrie und hoher Korrosionsbeständigkeit im Schiffsbau und in der chemischen Industrie.

In vielen Fällen ist der Einsatz von Titanlegierungen trotz der hohen Titankosten wirtschaftlich sinnvoll. Beispielsweise ermöglichte der Einsatz von Titangusspumpen mit der höchsten Korrosionsbeständigkeit bei einem der Unternehmen in Russland eine Reduzierung Betriebskosten pro Pumpe 200 mal. Es gibt viele solcher Beispiele.

Je nach Art des Einflusses von Legierungselementen auf die polymorphen Umwandlungen von Titan beim Legieren werden alle Legierungen in drei Gruppen eingeteilt:

1) mit a-Phase (Aluminium);

2) mit b-Phase (Chrom, Mangan, Eisen, Kupfer, Nickel, Beryllium, Wolfram, Kobalt, Vanadium, Molybdän, Niob und Tantal);

3) mit a + b-Phasen (Zinn, Zirkoniumgermanium).

Legierungen von Titan mit Aluminium haben eine geringere Dichte und eine größere spezifische Festigkeit als reines oder kommerziell reines Titan. In Bezug auf die spezifische Festigkeit übertreffen sie viele rostfreie und hitzebeständige Stähle im Bereich von 400 - 500 °C. Diese Legierungen haben eine höhere Hitzebeständigkeit und überlegene Kriechfestigkeit als viele andere Legierungen auf Titanbasis. Sie haben auch einen erhöhten Modul der normalen Elastizität. Legierungen korrodieren nicht und oxidieren bei hohen Temperaturen leicht. Sie sind gut schweißbar, und selbst bei einem erheblichen Aluminiumgehalt versprödet das Material der Schweißnaht und der schweißnahen Zone nicht. Die Zugabe von Aluminium verringert die Duktilität von Titan. Dieser Effekt ist am intensivsten, wenn der Aluminiumgehalt mehr als 7,5 % beträgt. Die Zugabe von Zinn zu Legierungen erhöht ihre Festigkeitseigenschaften. Bei einer Konzentration von bis zu 5 % Sn in ihnen wird keine merkliche Verschlechterung der plastischen Eigenschaften beobachtet. Darüber hinaus erhöht die Einführung von Zinn in Legierungen deren Oxidations- und Kriechbeständigkeit. Legierungen, die 4–5 % Al und 2–3 % Sn enthalten, behalten ihre beträchtliche mechanische Festigkeit bis zu 500 °C.

Zirkonium hat wenig Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Legierungen, aber seine Anwesenheit trägt zu einer Erhöhung der Kriechfestigkeit und einer Erhöhung der Langzeitfestigkeit bei. Zirkonium ist ein wertvoller Bestandteil von Titanlegierungen.

Legierungen dieser Art sind ausreichend plastisch: sie werden in heißem Zustand gewalzt, gestanzt und geschmiedet, durch Argon-Lichtbogen- und Kontaktschweißen geschweißt, lassen sich durch Schneiden zufriedenstellend bearbeiten, haben eine gute Korrosionsbeständigkeit in konzentrierter Salpetersäure, in der Atmosphäre, in Natriumchloridlösungen unter zyklischen Belastungen und Meerwasser. Sie sind für die Herstellung von Teilen bestimmt, die bei Temperaturen von 350 bis 500 °C für Dauerbelastung und bis zu 900 °C für Kurzzeitbelastung arbeiten. Legierungen werden in Form von Blechen, Stäben, Bändern, Platten, Schmiedestücken, Stanzteilen, Strangpressprofilen, Rohren und Drähten geliefert.

Bei Raumtemperatur behalten sie das der a-Titan-Modifikation innewohnende Kristallgitter bei. In den meisten Fällen werden diese Legierungen im geglühten Zustand verwendet.

Titanlegierungen mit einer thermodynamisch stabilen b-Phase umfassen Systeme, die Aluminium (3,0–4,0 %), Molybdän (7,0–8,0 %) und Chrom (10,0–15,0 %) enthalten. Dadurch geht jedoch einer der Hauptvorteile von Titanlegierungen verloren – die relativ geringe Dichte. Dies ist der Hauptgrund, warum diese Legierungen nicht weit verbreitet sind. Nach Aushärtung von 760 - 780 °C und Alterung bei 450 - 480 °C haben sie eine Kurzzeitfestigkeit von 130 - 150 kg / mm 2 , dies entspricht Stahl mit s in = 255 kg / mm 2 . Diese Festigkeit bleibt jedoch beim Erhitzen nicht erhalten, was der Hauptnachteil dieser Legierungen ist. Sie werden in Form von Blechen, Stangen und Schmiedestücken geliefert.

Die beste Kombination Eigenschaften wird in Legierungen erreicht, die aus einer Mischung von a- und b-Phasen bestehen. Aluminium ist darin ein unverzichtbarer Bestandteil. Der Aluminiumgehalt erweitert nicht nur den Temperaturbereich, in dem die Stabilität der a-Phase erhalten bleibt, sondern erhöht auch die thermische Stabilität der b-Komponente. Außerdem , dieses Metall verringert die Dichte der Legierung und kompensiert dadurch die Erhöhung dieses Parameters, die mit der Einführung schwerer Legierungselemente verbunden ist. Sie haben eine gute Festigkeit und Duktilität. Aus ihnen werden Bleche, Stäbe, Schmiede- und Stanzteile hergestellt, Teile aus solchen Legierungen können durch Punkt-, Stumpf- und Argon-Lichtbogenschweißen unter Schutzatmosphäre gefügt werden. Sie lassen sich gut bearbeiten, haben eine hohe Korrosionsbeständigkeit in feuchter Atmosphäre und in Meerwasser und eine gute thermische Stabilität.

Manchmal wird den Legierungen zusätzlich zu Aluminium und Molybdän eine kleine Menge Silizium zugesetzt. Dies trägt dazu bei, dass sich die Legierungen im heißen Zustand gut walzen, stanzen und schmieden lassen und erhöht zudem die Kriechfestigkeit.

Titancarbid TiC und darauf basierende Legierungen sind weit verbreitet. Titancarbid hat eine hohe Härte und einen sehr hohen Schmelzpunkt, was seine Hauptanwendungsgebiete bestimmt. Es wird seit langem als Bestandteil harter Legierungen für Schneidwerkzeuge und Matrizen verwendet. Typische titanhaltige Hartlegierungen für Schneidwerkzeuge sind die Legierungen T5K10, T5K7, T14K8, T15K6, TZ0K4 (die erste Zahl entspricht dem Gehalt an Titancarbid, die zweite der Konzentration an Einsatzmetall Kobalt in %). Titancarbid wird auch als Schleifmaterial sowohl in Pulverform als auch in zementierter Form verwendet. Sein Schmelzpunkt liegt bei über 3000°C. Es hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit und bei niedrigen Temperaturen Supraleitung. Das Kriechen dieser Mischung ist bis 1800°C gering. Es ist bei Zimmertemperatur spröde. Titancarbid ist in kalten und heißen Säuren - Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Oxalsäure, in der Kälte - in Perchlorsäure sowie in deren Mischungen stabil.

Weit verbreitet sind hitzebeständige Werkstoffe auf Basis von mit Molybdän, Tantal, Niob, Nickel, Kobalt und anderen Elementen legiertem Titancarbid. Dadurch ist es möglich, Werkstoffe zu erhalten, die die hohe Festigkeit, Kriech- und Oxidationsbeständigkeit von Titancarbid bei hohen Temperaturen mit der Duktilität und Temperaturwechselbeständigkeit von Metallen vereinen. Das gleiche Prinzip wird verwendet, um hitzebeständige Materialien auf Basis anderer Karbide sowie Boride, Silizide, die unter kombiniert werden, zu erhalten gemeinsamen Namen Keramik-Metall-Werkstoffe.

Legierungen auf Basis von Titancarbid behalten eine ausreichend hohe Hitzebeständigkeit bis 1000 - 1100 °C. Sie haben eine hohe Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Schlagfestigkeit von Legierungen ist gering, und dies ist das Haupthindernis für ihre weite Verbreitung.

Als feuerfeste Materialien werden Titancarbid und darauf basierende Legierungen mit Carbiden anderer Metalle verwendet. Tiegel aus Titancarbid und seiner Legierung mit Chromcarbid werden nicht benetzt und interagieren praktisch nicht lange mit geschmolzenem Zinn, Wismut, Blei, Cadmium und Zink. Titancarbid wird von geschmolzenem Kupfer bei 1100 - 1300 °C und Silber bei 980 °C im Vakuum, Aluminium bei 700 °C in Argonatmosphäre nicht benetzt. Legierungen auf der Basis von Titancarbid mit Wolframcarbid oder Tantal mit einem Zusatz von bis zu 15 % Co bei 900 - 1000 ° C für lange Zeit sind der Einwirkung von geschmolzenem Natrium und Wismut fast nicht zugänglich.

Titan - Metall Feen. Zumindest ist das Element nach der Königin dieser Fabelwesen benannt. Titania zeichnete sich wie alle ihre Verwandten durch Leichtigkeit aus.

Feen können nicht nur mit Flügeln fliegen, sondern auch mit geringem Gewicht. Titan ist auch leicht. Die Dichte des Elements ist die kleinste unter den Metallen. Hier endet die Ähnlichkeit mit Feen und die reine Wissenschaft beginnt.

Chemische und physikalische Eigenschaften von Titan

Titan ist ein Element silbrig-weiße Farbe mit ausgeprägtem Glanz. In den Highlights des Metalls können Sie Pink, Blau und Rot sehen. In allen Farben des Regenbogens zu schimmern, ist ein charakteristisches Merkmal des 22. Elements.

Sein Strahlen ist immer hell, denn titanbeständig zu Korrosion. Das Material wird davor durch einen Oxidfilm geschützt. Es bildet sich bei Normaltemperatur an der Oberfläche.

Infolgedessen ist Metallkorrosion weder in Luft noch in Wasser oder beispielsweise in den meisten aggressiven Umgebungen schlimm. So nannten Chemiker die Mischung aus Konzentrat und Säuren.

Das 22. Element schmilzt bei 1.660 Grad Celsius. Es stellt sich heraus, Titan - Nichteisenmetall refraktäre Gruppe. Das Material beginnt zu brennen, bevor es weich wird.

Bei 1.200 Grad erscheint eine weiße Flamme. Die Substanz siedet bei 3260 Grad Celsius. Das Schmelzen eines Elements macht es zähflüssig. Sie müssen spezielle Reagenzien verwenden, die ein Anhaften verhindern.

Wenn die flüssige Masse des Metalls zähflüssig und klebrig ist, dann ist Titan im Pulverzustand explosiv. Damit die "Bombe" funktioniert, reicht eine Erwärmung auf 400 Grad Celsius. Nehmen Wärmeenergie, vermittelt das Element es schlecht.

Titan wird auch nicht als elektrischer Leiter verwendet. Aber das Material wird wegen seiner Stärke geschätzt. In Kombination mit seiner geringen Dichte und seinem Gewicht ist es in vielen Branchen nützlich.

Titan ist chemisch ziemlich aktiv. Auf die eine oder andere Weise interagiert Metall mit den meisten Elementen. Ausnahmen: - Edelgase, , Natrium, Kalium, , Calcium und .

Eine so geringe Menge an Substanzen, die gegenüber Titan indifferent sind, erschwert den Prozess der Gewinnung eines reinen Elements. Nicht einfach zu produzieren und Titanmetalllegierungen. Allerdings haben die Industriellen gelernt, dies zu tun. Der praktische Nutzen von Mischungen auf Basis des 22. Stoffes ist zu hoch.

Anwendung von Titan

Montage von Flugzeugen und Raketen - da kommt es in erster Linie zum Einsatz Titan. Metall kaufen notwendig, um die Hitzebeständigkeit und Hitzebeständigkeit des Rumpfes zu erhöhen. Hitzebeständigkeit - Beständigkeit gegen hohe Temperaturen.

Sie sind zum Beispiel beim Beschleunigen einer Rakete in der Atmosphäre unvermeidlich. Hitzebeständigkeit ist die Erhaltung der meisten mechanischen Eigenschaften der Legierung unter "feurigen" Umständen. Das heißt, bei Titan ändern sich die Leistungsmerkmale von Teilen nicht in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen.

Praktisch ist auch die Korrosionsbeständigkeit des 22. Metalls. Diese Eigenschaft ist nicht nur bei der Herstellung von Maschinen wichtig. Das Element geht in Flaschen und andere Utensilien für chemische Labors, wird zu einem Rohstoff für Schmuck.

Rohstoffe sind nicht billig. Aber in allen Branchen amortisieren sich die Kosten durch die Lebensdauer von Titanprodukten, ihre Fähigkeit, ihr ursprüngliches Aussehen zu bewahren.

Also eine Reihe von Gerichten der Firma St. Petersburg "Neva" "Metalltitan PK" ermöglicht die Verwendung von Metalllöffeln beim Braten. Sie würden Teflon zerstören, zerkratzen. Die Titanbeschichtung ist unbeeinflusst von den Angriffen von Stahl und Aluminium.

Das gilt übrigens auch für Schmuck. Ein Ring aus oder Gold ist leicht zu zerkratzen. Titanmodelle bleiben jahrzehntelang glatt. Daher wurde das 22. Element als Rohstoff für Eheringe betrachtet.

Pfanne "Titan-Metall" leicht, wie Geschirr mit Teflon. Das 22. Element ist nur geringfügig schwerer als Aluminium. Das begeisterte nicht nur Vertreter Lichtindustrie sondern auch Automotive-Spezialisten. Es ist kein Geheimnis, dass Autos viele Aluminiumteile haben.

Sie werden benötigt, um die Transportmasse zu reduzieren. Aber Titan ist stärker. Bei repräsentativen Autos hat die Automobilindustrie fast vollständig auf die Verwendung des 22. Metalls umgestellt.

Teile aus Titan und seinen Legierungen reduzieren das Motorgewicht Verbrennungs um 30%. Das Gehäuse wird auch leichter, allerdings steigt der Preis. Aluminium ist immer noch billiger.

Feste "Neva Metal Titan", Rezensionen worüber in der Regel mit einem Pluszeichen gelassen wird, produziert Utensilien. Automobilmarken verwenden Titan für Autos. geben dem Element die Form von Ringen, Ohrringen und Armbändern. In dieser Reihe von Überweisungen gibt es nicht genug medizinische Unternehmen.

Das 22. Metall ist der Rohstoff für Prothesen und chirurgische Instrumente. Produkte haben fast keine Poren und sind daher leicht zu sterilisieren. Zudem hält Titan durch sein geringes Gewicht enormen Belastungen stand. Was braucht es noch, wenn beispielsweise anstelle der Kniebänder ein Fremdteil eingesetzt wird?

Die Porenfreiheit des Materials wird von erfolgreichen Gastronomen geschätzt. Die Sauberkeit der Skalpelle des Chirurgen ist wichtig. Aber auch die Sauberkeit der Arbeitsflächen von Köchen ist wichtig. Um die Lebensmittel sicher zu halten, werden sie auf Titantischen geschnitten und gedünstet.

Sie kratzen nicht und sind leicht zu reinigen. Einrichtungen der mittleren Ebene verwenden in der Regel Stahlutensilien, die jedoch von geringerer Qualität sind. Daher ist in Restaurants mit Michelin-Sternen die Ausstattung Titan.

Titanabbau

Das Element gehört zu den 20 häufigsten auf der Erde und liegt damit genau im Mittelfeld der Rangliste. Entsprechend der Masse der Erdkruste beträgt der Titangehalt 0,57 %. Es gibt 0,001 Milligramm des 24. Metalls pro Liter Meerwasser. Schiefer und Tone des Elements enthalten 4,5 Kilogramm pro Tonne.

In sauren, also kieselsäurereichen Gesteinen macht Titan 2,3 Kilogramm pro Tausend aus. In den aus Magma gebildeten Hauptlagerstätten beträgt das 22. Metall etwa 9 Kilo pro Tonne. Am wenigsten Titan ist in ultrabasischen Gesteinen mit 30 % Kieselsäuregehalt verborgen – 300 Gramm pro 1.000 Kilogramm Rohstoffe.

Trotz der Verbreitung in der Natur kommt reines Titan darin nicht vor. Das Material zur Gewinnung von 100 % Metall war sein Jodit. Die thermische Zersetzung der Substanz wurde von Arkel und De Boer durchgeführt. Das sind niederländische Chemiker. Das Experiment war 1925 ein Erfolg. In den 1950er Jahren begann die Massenproduktion.

Zeitgenossen gewinnen in der Regel Titan aus seinem Dioxid. Dies ist ein Mineral namens Rutil. Es hat die geringste Menge an Fremdverunreinigungen. Sie sehen aus wie Titanit und.

Bei der Verarbeitung von Ilmenit-Erzen bleibt Schlacke zurück. Er ist es, der als Material dient, um das 22. Element zu erhalten. Am Ausgang ist es porös. Wir müssen ein sekundäres Umschmelzen in Vakuumöfen unter Zugabe von durchführen.

Beim Arbeiten mit Titandioxid werden Magnesium und Chlor hinzugefügt. Die Mischung wird in Vakuumöfen erhitzt. Die Temperatur wird erhöht, bis alle überschüssigen Elemente verdampft sind. Bleibt am Boden der Behälter reines Titan. Das Verfahren heißt Magnesium-Thermal.

Auch die Hydrid-Calcium-Methode wurde ausgearbeitet. Es basiert auf Elektrolyse. Durch den hohen Strom kann das Metallhydrid in Titan und Wasserstoff getrennt werden. Die 1925 entwickelte Jodit-Methode zur Gewinnung des Elements wird weiterhin verwendet. Im 21. Jahrhundert ist es jedoch am zeitaufwändigsten und teuersten, sodass es langsam in Vergessenheit gerät.

Titan preis

Auf der metall titan preis eingestellt pro Kilogramm. Anfang 2016 sind das etwa 18 US-Dollar. Der Weltmarkt für das 22. Element erreichte im vergangenen Jahr 7.000.000 Tonnen. Die größten Lieferanten sind Russland und China.

Dies ist auf die darin erkundeten und für die Entwicklung geeigneten Reserven zurückzuführen. In der zweiten Jahreshälfte 2015 begann die Nachfrage nach Titan und Blechen zu sinken.

Metall wird auch in Form von Draht verkauft, verschiedene Teile, zum Beispiel Rohre. Sie sind viel billiger als Aktienkurse. Aber Sie müssen berücksichtigen, was in Goldbarren enthalten ist reines Titan, und darauf basierende Legierungen werden in Produkten verwendet.