Svojstva i funkcije metala titanijuma

Legura titana je lagan, otporan na koroziju i materijal visoke čvrstoće, a rezultirajuća primjena na pametnim telefonima može poboljšati ukupnu snagu, otpornost na padove i otpornost na ogrebotine. Međutim, legura titanijuma je težak materijal za obradu, a uvođenje okvira od legure titana predstavlja izazov u CNC tehnologiji. Zašto mislimo da je legura titanijuma materijal koji se teško obrađuje? Hajde da zajedno prepoznamo njegova svojstva.
Titanijum je element sa atomskim brojem 22 u periodnom sistemu, element podgrupe četvrtog ciklusa, odnosno grupe IVB, koja je grupa elemenata osim titana, cirkonija i hafnija, čija je zajednička karakteristika visoka tačka topljenja i stvaranje stabilnog oksidnog filma na njegovoj površini na sobnoj temperaturi.
1, niske gustine, visoke čvrstoće, specifične čvrstoće
Gustoća titana je 4,51g/cm3, 57% čelika, titan je manje od dva puta teži od aluminijuma, tri puta jači od aluminijuma. Specifična čvrstoća legure titana (odnos čvrstoće/gustine) je najveća od najčešće korišćenih industrijskih legura (videti tabelu 1), specifična čvrstoća legure titana je 3,5 puta veća od nerđajućeg čelika, legura aluminijuma 1,3 puta veća od legure magnezijuma 1,7 puta, tako da je je osnovni konstruktivni materijal za avio industriju.
2, odlična otpornost na koroziju
Pasivnost titanijuma zavisi od prisustva oksidnog filma, koji ima mnogo bolju otpornost na koroziju u oksidacionom mediju nego u redukcionom mediju. Korozija velike brzine javlja se u reducirajućim medijima. Titan ne korodira u nekim korozivnim medijima, kao što su morska voda, vlažni plinoviti hlor, rastvori hlorita i hipohlorita, azotna kiselina, hromna kiselina, metalni hloridi, sulfidi i organske kiseline. Međutim, u medijima koji reaguju sa titanom da bi proizveli vodonik (npr. hlorovodonična i sumporna kiselina), titan obično ima veliku stopu korozije. Međutim, ako se kiselini doda mala količina oksidirajućeg sredstva, na površini titana će se formirati pasivacijski film. Stoga je titan otporan na koroziju u jakim mješavinama sumporne kiseline i dušične kiseline ili hlorovodonične kiseline i dušične kiseline, pa čak i u hlorovodoničnoj kiselini koja sadrži slobodni hlor. Zaštitni oksidni film titanijuma se često formira kada metal naiđe na vodu, čak i u malim količinama vode ili vodene pare. Ako je titanijum izložen jako oksidirajućem okruženju u potpunom odsustvu vode, dolazi do brze oksidacije i često dolazi do burnih reakcija, pa čak i spontanog sagorevanja. Takvi fenomeni su se desili kada titanijum reaguje sa dimećom azotnom kiselinom koja sadrži višak azotnog oksida i kada titan reaguje sa suvim gasovitim hlorom. Stoga je potrebna određena količina vode da bi se spriječile takve reakcije.
3, dobra otpornost na toplinu
Obično aluminijum na 150 stepeni, nerđajući čelik na 310 stepeni što je gubitak originalnih performansi, i legura titana na 500 stepeni i dalje održavaju dobra mehanička svojstva. Kada brzina aviona dostigne 2,7 puta brzinu zvuka, površinska temperatura konstrukcije aviona dostiže 230 stepeni, legure aluminijuma i legure magnezijuma se ne mogu koristiti, dok legure titanijuma mogu da ispune zahteve. Otpornost na toplotu titanijuma je dobra, koristi se za disk i lopaticu kompresora avio-motora i omotač zadnjeg trupa aviona.
4, dobre performanse na niskim temperaturama
Određene legure titanijuma (kao što je Ti-5AI-2.5SnELI) imaju snagu sa smanjenjem temperature i povećanjem, ali se plastičnost ne smanjuje mnogo, i dalje imaju dobru duktilnost i žilavost na niskim temperaturama, pogodne za upotreba na ultra niskim temperaturama. Može se koristiti u raketnim motorima sa suvim tečnim vodonikom i tečnim kiseonikom, ili u svemirskim letelicama sa ljudskom posadom za kontejnere i kutije za skladištenje na ultra niskim temperaturama.
5, nemagnetna
Titanijum je nemagnetičan, koristi se u podmornicama, neće izazvati eksploziju mina.
6, mala toplinska vodljivost
Toplotna provodljivost titana je mala, samo 1/5 čelika, aluminijuma 1/13, bakra 1/25. loša toplotna provodljivost je nedostatak titanijuma, ali u nekim prilikama možete koristiti ovu osobinu titanijuma.
7, nizak modul elastičnosti
Modul elastičnosti titana je samo 55% čelika, kao konstrukcijskog materijala, nedostatak je nizak modul elastičnosti.
8, zatezna čvrstoća i granica popuštanja je vrlo blizu
Ti-6AI-4V legura titanijuma vlačna čvrstoća od 960MPa, granica popuštanja od 892MPa, razlika između njih je samo 58MPa.
9, titan se lako oksidira na visokim temperaturama
Titanijum sa jakom kombinacijom vodonika i kiseonika, moramo obratiti pažnju na sprečavanje oksidacije i apsorpcije vodonika. Zavarivanje titana treba izvoditi pod zaštitom argona kako bi se spriječila kontaminacija. Titanijumske cijevi i ploče treba termički obraditi pod vakuumom, toplotnom obradom titanijumskih otkovaka radi kontrole mikrooksidirajuće atmosfere.
10, niska otpornost na prigušivanje
Titanijum i drugi metalni materijali (bakar, čelik) napravljeni od istog oblika i veličine sata, sa istom silom da kucaju svaki sat otkriće da sat od titanijuma oscilira do zvuka dugog vremena, tj. energija data satu nije lako nestati, pa kažemo da je učinak prigušenja titanijuma nizak.