10 Свойства металлического титана
Обновлено : Apr. 8, 2025Титан представляет собой серебристо-белый переходный металл с химическим символом Ti и атомным номером 22. Это один из самых распространенных элементов на Земле, в основном обнаруженный в таких минералах, как рутил и ильменит.
Благодаря своей превосходной коррозионной стойкости, устойчивости к высоким температурам и биосовместимости, титан играет решающую роль в различных областях. От аэрокосмической до медицинской техники, от морской техники до высококачественных потребительских товаров, титан отвечает разнообразным и строгим требованиям благодаря своим уникальным свойствам. Далее мы углубимся в топ-10 характеристик титана, чтобы понять его значение в современных технологиях и промышленности.
Высокая прочность и низкая плотность
Титан обладает высокой прочностью, в первую очередь благодаря его кристаллической структуре (гексагональная плотная структура). Эта структура эффективно рассеивает напряжение под действием силы, предотвращая деформацию материала. В то же время атомы титана относительно легкие, с плотностью около 57% от плотности стали, что означает, что ее масса на единицу объема меньше.
Типичные области применения: Используется в каркасах самолетов, лонжеронах крыльев, компонентах двигателей и велосипедных рамах из титанового сплава, обеспечивая как снижение веса, так и достаточную прочностную поддержку.
Низкая теплопроводность
Титан имеет низкую теплопроводность, всего около 1/5 от стальной, 1/13 от алюминиевой и 1/25 от медной. В основном это связано с его гексагональной плотно упакованной кристаллической структурой и более низкой плотностью свободных электронов, что ограничивает эффективность теплопроводности.
Типичные области применения: В самолетах и космических кораблях титан часто используется в компонентах, требующих теплоизоляции, таких как детали фюзеляжа и двигателей.
Коррозионная стойкость
Титан обладает отличной коррозионной стойкостью, на его поверхности образуется плотная оксидная пленка, которая эффективно защищает титановую подложку от коррозии. Титан обладает высокой стабильностью в окислительных, нейтральных и умеренно восстановительных средах, а также может противостоять коррозии от воздуха, морской воды и большинства кислотных и щелочных растворов. Тем не менее, он чувствителен к высококоррозионным веществам, таким как фтористоводородная кислота, концентрированная соляная кислота и концентрированная серная кислота. Титан также обладает свойствами самовосстановления, так как оксидная пленка быстро восстанавливается после износа.
Титан или титановый сплав.: Ti Grade 1, Ti Grade 2, Ti-0.2Pd, Grade 7 (Ti-0.2Pd), Ti-3Al-2.5V.
Типичные области применения: химические реакционные сосуды, морское оборудование, подводные транспортные трубопроводы.
Устойчивость к высоким температурам
Титан может сохранять высокую прочность и сопротивление ползучести в высокотемпературных средах, в первую очередь благодаря высокой температуре плавления (1668 °C) и превосходной структурной стабильности при высоких температурах. Высокотемпературные характеристики титана зависят от легирующих элементов в титановых сплавах, таких как алюминий и молибден, которые помогают поддерживать стабильность кристаллической структуры при высоких температурах, предотвращая деформацию, вызванную термическим напряжением.
Типовые сплавы: Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-5Al-4Cr-4Mo-2Sn-2Zr.
Типичные области применения: компоненты двигателей для аэрокосмической промышленности, камеры сгорания ракет, высокотемпературные теплообменники и многое другое.
Устойчивость к низким температурам
Некоторые титановые сплавы действительно испытывают увеличение прочности при низких температурах с незначительным снижением пластичности, в первую очередь из-за их шестиугольной плотно упакованной кристаллической структуры. Эта структура сохраняет свою пластичность и ударную вязкость при температуре -255°C, в отличие от многих металлов, которые становятся хрупкими. Эта характеристика позволяет титану сохранять стабильные механические свойства даже в условиях экстремально низких температур.
Типовые сплавы: Ti-5Al-2,5Sn ELI, Ti-6Al-4V ELI.
Типичные области применения: глубоководные детекторы, криогенные контейнеры для ракетных двигателей на жидком водороде и жидком кислороде или пилотируемые космические корабли.
Биосовместимость
Титан обладает отличной биосовместимостью, что позволяет ему быть совместимым с тканями человека, не вызывая реакций отторжения. Пленка оксида титана на его поверхности создает химическую среду, аналогичную кальции, фосфору и другим компонентам, содержащимся в тканях человека, что является причиной биосовместимости титана.
Типичные сплавы: Ti-6Al-7Nb, Ti Grade 1, Ti Grade 2, Ti-6Al-4V ELI (Grade 23).
Типичные области применения: искусственные тазобедренные суставы, коленные суставы, плечевые суставы, реберные суставы, кости черепа, сердечные клапаны и зажимы для фиксации скелета.
Немагнитный
Титан является немагнитным металлом, что означает, что он не подвержен влиянию магнитных полей. Это связано с его электронной структурой, которой не хватает магнитных свойств. Внешняя электронная конфигурация титана не удовлетворяет условиям, необходимым для генерации магнетизма, что приводит к крайне слабой реакции на внешние магнитные поля или ее отсутствию.
Типичное применение: Титан часто используется в оборудовании для магнитно-резонансной томографии (МРТ) во избежание помех магнитным полям, а также в высокоточных устройствах, где необходимо поддерживать магнитную стабильность.
Высокая устойчивость к демпфированию
Титан обладает отличной демпфирующей стойкостью, в первую очередь благодаря своей шестиугольной плотно упакованной кристаллической структуре, низкому коэффициенту внутреннего трения, а также превосходной эластичности и пластичности, которые эффективно поглощают и ослабляют вибрационную энергию.
Типичные области применения: Используется в структурных компонентах самолетов и космических аппаратов, таких как крылья, детали двигателей и сопла, для снижения вибрации и шума и повышения устойчивости полета.
Радиационная стойкость
Металлический титан обладает отличным поглощением ионизирующего излучения, эффективно защищая от радиации. Его решетчатая структура и относительно высокая плотность позволяют ему поглощать значительную энергию излучения, снижая воздействие на окружающую среду.
Типичные области применения: радиационная защита в ядерных реакторах, защитные материалы в хранилищах ядерных отходов и защитное оборудование в условиях высокой радиации.
Прочность на разрыв близка к пределу текучести
Это свойство титана, отраженное в его высоком соотношении предела текучести (предел прочности/предел текучести), указывает на то, что титан имеет ограниченную способность к пластической деформации во время формования. Благодаря высокому соотношению предела текучести титана к его модулю упругости, он проявляет значительное пружинение во время формования.
Справочная таблица свойств титана
| Стоимость недвижимости | |
|---|---|
| Атомный номер | 22 |
| Атомная масса | 47.9 |
| Атомный объем | 10,6 Вт/Д |
| Ковалентный радиус | 1.32 Å |
| Потенциал ионизации | 6,8282 В |
| Сечение поглощения тепловых нейтронов | 5.6 амбаров/атом |
| Цвет | Темно-серый |
| Плотность | 4,51 г/см³ (0,163 фунта/дюйм³) |
| Точка плавления | 1668 ± 10 °C (3035 °F) |
| Солидус/ликвидус | 1725 °C (3135 °F) |
| Точка кипения | 3260 °C (5900 °F) |
| Удельная теплоемкость (при 25 °C) | 0,5223 кДж/кг К |
| Теплопроводность | 11,4 Вт/м К |
| Теплота плавления | 440 кДж/кг (расчетно) |
| Теплота испарения | 9,83 МДж/кг |
| Удельный вес | 4.5 |
| Твёрдость | от 70 до 74 HRB |
| Прочность на разрыв | 240 МПа (35 ksi) мин |
| Модуль Юнга | 120 ГПа (17 × 10⁶ фунтов/кв. дюйм) |
| Коэффициент Пуассона | 0.361 |
| Коэффициент линейного теплового расширения | 8,41 мкм/м К |
| Электропроводность | 3% IACS (где медь = 100% IACS) |
| Удельное электрическое сопротивление (при 20 °C) | Не предоставляется |
| Электроотрицательность | 1.5 Полинг |
| Температурный коэффициент электрического сопротивления | 0,0026/°C |
| Магнитная восприимчивость (объемная, при комнатной температуре) | 180 ( ±1.7) × 10⁻⁶ мкс |
Какие продукты и услуги может предоставить вам компания Chalco?
Являясь всемирно известным поставщиком металлических материалов, Chalco также занимает значительную позицию в области титановых изделий и сопутствующих услуг. Мы стремимся предоставлять нашим клиентам комплексные решения в области титана, будь то поставка материалов и услуги по обработке, техническая поддержка и индивидуальные потребности. Chalco может стать вашим надежным партнером.
Категории изделий из титана
- Титановый стержень: доступен в различных спецификациях и типах сплавов, отвечающих требованиям к высокой прочности и коррозионной стойкости в аэрокосмической, медицинской, химической и морской технике.
- Титановые пластины: подходят для судостроения, химического оборудования, архитектурного декора. Мы можем обработать и настроить в соответствии с требованиями заказчика.
- Титановые трубы: используются в теплообменниках, медицинских имплантатах и энергетической промышленности, обеспечивая превосходную стойкость к окислению и высокие температурные характеристики.
- Титановая проволока: идеально подходит для сварки, производства высокоточных деталей и других применений, благодаря различным вариантам обработки поверхности.
Типичные области применения продуктов
Титановые продукты и услуги Chalco широко используются в следующих областях:
- Аэрокосмическая промышленность: производство легких, высокопрочных аэрокосмических компонентов.
- Область медицины: Титановые ортопедические имплантаты и медицинские изделия.
- Химическая и морская инженерия: Производство коррозионностойкого оборудования.
- Энергетика: Трубки теплообменников, детали оборудования атомной энергетики.
Процессинговые услуги
- Прецизионная резка: использование высокоточного оборудования для обеспечения соответствия формы и размеров материала требованиям заказчика.
- Обработка поверхности: включает пескоструйную обработку, полировку и окислительную обработку для повышения долговечности и внешнего вида титановых изделий.
- Индивидуальная обработка: Пошив изделий из титанового сплава в соответствии с конкретными потребностями различных отраслей промышленности и областей применения.
Техническая поддержка
- Советы по выбору материалов: Рекомендации наиболее подходящих типов титановых сплавов на основе различных сценариев использования и бюджетов.
- Руководство по обработке: Предоставление технических рекомендаций по обработке, сварке и сборке титановых материалов для оптимизации эффективности использования.
- Консультирование по отраслевым стандартам: Обеспечение соответствия титановой продукции международным стандартам качества, таким как ASTM и AMS, предлагая клиентам гарантию высокого качества.
