Lastnosti titanovih zlitin

Titan je nova vrsta kovine, lastnosti titana in vsebnost ogljika, dušika, vodika, kisika in drugih nečistoč, vsebnost nečistoč najčistejšega titanovega jodida ne presega 0.1%, vendar je njegova moč nizka, visoka plastičnost. Lastnosti 99,5 % industrijskega čistega titana so: gostota ρ=4.5g/cm3, tališče 1800 stopinj C, koeficient toplotne prevodnosti λ=15.24W/(mK), natezna trdnost σb=539MPa. Raztezek δ=25%, krčenje preseka ψ=25%, modul elastičnosti E=1.078×105MPa, trdota HB195.

(1) Visoka specifična trdnost

Gostota titanove zlitine je na splošno približno 4,5 g/cm3, le 60 % jekla, trdnost čistega titana je blizu trdnosti navadnega jekla, nekatere visoko trdne titanove zlitine so več kot trdnost mnogih legiranih konstrukcijskih jekel. Zato je specifična trdnost titanovih zlitin (trdnost / gostota) veliko večja kot pri drugih kovinskih konstrukcijskih materialih, glej tabelo 7-1, lahko proizvede enoto visoke trdnosti, dobre togosti, lahkih delov in komponent. Trenutno komponente letalskih motorjev, okostje, koža, pritrdilni elementi in podvozje itd. uporabljajo titanove zlitine.

(2) Visoka toplotna trdnost

Uporaba temperature kot aluminijeve zlitine, ki je nekaj sto stopinj višja pri srednji temperaturi, lahko še vedno ohrani zahtevano trdnost, lahko je pri temperaturi 450-500 stopinj dolgoročno delo teh dveh vrst titanovih zlitin v območju od 150 stopinj do 500 stopinj še vedno imajo visoko specifično trdnost, aluminijeve zlitine pri 150 stopinjah kot moč očitnega upada. Delovna temperatura titanove zlitine lahko doseže 500 stopinj, aluminijeve zlitine pa pod 200 stopinj.

(3) Dobra odpornost proti koroziji

Titanova zlitina deluje v vlažnem ozračju in medijih z morsko vodo, njena odpornost proti koroziji je veliko boljša od nerjavečega jekla; luknjičasta, kislinska korozija, odpornost proti stresni koroziji je še posebej močna; alkalije, kloridi, klor organski predmeti, dušikova kislina, žveplova kislina itd. imajo odlično odpornost proti koroziji. Vendar ima titan redukcijsko odpornost na kisik in kromovo sol, korozijska odpornost je slaba.

(4) Dobra zmogljivost pri nizkih temperaturah

Titanova zlitina pri nizkih in ultra nizkih temperaturah lahko še vedno ohrani svoje mehanske lastnosti. Dobra nizkotemperaturna zmogljivost, element vrzeli je zelo nizka titanova zlitina, kot je TA7, v -253 stopnji lahko tudi ohrani določeno stopnjo plastičnosti. Zato je titanova zlitina tudi pomemben nizkotemperaturni konstrukcijski material.

(5) Velika kemična aktivnost

Kemična aktivnost titana in atmosfera O, N, H, CO, CO2, vodna para, amoniak in druge močne kemične reakcije. Vsebnost ogljika, večja od 0,2 %, tvori trd TiC v titanovih zlitinah; višja temperatura in vloga N tvorita tudi trdo površinsko plast TiN; pri 600 stopinjah ali več titan absorbira kisik, da tvori utrjeno plast visoke trdote; vsebnost vodika se poveča, ampak tudi nastanek plasti krhkosti. Absorpcija plina in posledično trda krhka površinska plast globine do 0,1 ~ 0,15 mm, stopnja utrjevanja je 20% ~ 30%. Kemična afiniteta titana je prav tako velika, enostavna za oprijem s torno površino.

(6) majhna toplotna prevodnost, majhen modul elastičnosti

Toplotna prevodnost titana λ=15.24W/(mK) je približno 1/4 niklja, 1/5 železa, 1/14 aluminija, različne titanove zlitine pa imajo približno 50 % nižjo toplotno prevodnost od te iz titana. Modul elastičnosti titanove zlitine je približno 1/2 jekla, zato je njegova togost slaba, zlahka se deformira, ni primerna za izdelavo vitkih palic in tankostenskih delov, odboj obdelane površine pri rezanju pa je zelo velik, približno 2- do 3-krat več kot nerjaveče jeklo, kar povzroči intenzivno trenje, adhezijo in obrabo vezi orodja po rezalni površini.

Titanova zlitina ima visoko trdnost in nizko gostoto, dobre mehanske lastnosti, žilavost in odpornost proti koroziji je zelo dobra. Poleg tega imajo titanove zlitine slabo procesno zmogljivost, težave pri rezanju in strojni obdelavi, pri termični obdelavi zelo enostavno absorbirajo nečistoče, kot so vodik, kisik, dušik in ogljik. Obstaja tudi slaba odpornost proti obrabi, proizvodni proces je zapleten. Industrijska proizvodnja titana se je začela leta 1948. Potrebe letalske industrije so se razvile, tako da je titanova industrija dosegla povprečno letno stopnjo rasti približno 8 %. Trenutno je svetovna letna proizvodnja materialov za predelavo titanovih zlitin dosegla več kot 40 000 ton, titanovih zlitin je skoraj 30 vrst. Najbolj razširjena titanova zlitina je Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) in industrijski čisti titan (TA1, TA2 in TA3).

Titanove zlitine se v glavnem uporabljajo za izdelavo delov kompresorja letalskih motorjev, sledijo pa strukturni deli za rakete, izstrelke in letala za visoke hitrosti. Sredi -1960-ih so titan in njegove zlitine uporabljali v splošni industriji za izdelavo elektrod za industrija elektrolize, kondenzatorji za elektrarne, grelniki za rafinerije nafte in razsoljevanje morske vode, kot tudi naprave za nadzor onesnaževanja okolja itd. Titan in njegove zlitine so postali neke vrste odporen material. Titan in njegove zlitine so postali konstrukcijski material, odporen proti koroziji. Uporablja se tudi za proizvodnjo materialov za shranjevanje vodika in zlitin s spominom oblike.