Titaanmetalli omadused ja funktsioonid

Titaanisulam on kerge, korrosioonikindel ja ülitugev materjal ning sellest tulenev rakendus nutitelefonidele võib parandada telefoni üldist tugevust, kukkumiskindlust ja kriimustuskindlust. Titaanisulam on aga raskesti töödeldav materjal ja titaanisulamist raamide kasutuselevõtt on CNC-tehnoloogias väljakutse. Miks me arvame, et titaanisulam on raskesti töödeldav materjal? Tuvastame koos selle omadused.
Titaan on element, mille aatomnumber on perioodilisustabelis 22, neljanda tsükli alamrühma element, st rühm IVB, mis on rühm muid elemente peale titaani, tsirkooniumi ja hafniumi, mille ühiseks tunnuseks on kõrge sulamistemperatuur ja stabiilse oksiidkile moodustumine selle pinnale toatemperatuuril.
1, madal tihedus, kõrge tugevus, eritugevus
Titaani tihedus on 4,51 g/cm3, 57% terasest, titaan on vähem kui kaks korda raskem kui alumiinium, kolm korda tugevam kui alumiinium. Titaanisulami eritugevus (tugevuse/tiheduse suhe) on tavaliselt kasutatavatest tööstussulamitest suurim (vt tabel 1), titaanisulami eritugevus on 3,5 korda suurem kui roostevaba terasel, alumiiniumisulami eritugevus 1,3 korda suurem kui magneesiumisulamil 1,7 korda, seega on kosmosetööstuse jaoks hädavajalikud konstruktsioonimaterjalid.
2, suurepärane korrosioonikindlus
Titaani passiivsus sõltub oksiidkile olemasolust, millel on palju parem korrosioonikindlus oksüdeerivas keskkonnas kui redutseerivas keskkonnas. Redutseerivas keskkonnas tekib suur korrosioon. Titaan ei korrodeeru mõnes söövitavas keskkonnas, nagu merevesi, märg kloorigaas, kloriti ja hüpokloriti lahused, lämmastikhape, kroomhape, metallikloriidid, sulfiidid ja orgaanilised happed. Kuid keskkonnas, mis reageerib titaaniga vesiniku tootmiseks (nt vesinikkloriid- ja väävelhape), on titaanil tavaliselt suur korrosioonikiirus. Kui aga happele lisada väike kogus oksüdeerivat ainet, tekib titaani pinnale passivatsioonikile. Seetõttu on titaan korrosioonikindel tugevas väävelhappe-lämmastikhappe või vesinikkloriidhappe-lämmastikhappe segudes ja isegi vaba kloori sisaldavas vesinikkloriidhappes. Titaani kaitsev oksiidkile tekib sageli siis, kui metall puutub kokku veega, isegi väikeses koguses vett või veeauru. Kui titaan puutub kokku tugevalt oksüdeeriva keskkonnaga ilma vee täieliku puudumisel, toimub kiire oksüdeerumine ning sageli ägedad reaktsioonid ja isegi isesüttimine. Sellised nähtused on tekkinud siis, kui titaan reageerib suitseva lämmastikoksiidiga, mis sisaldab liigset lämmastikoksiidi, ja kui titaan reageerib kuiva klooriga. Seetõttu on selliste reaktsioonide vältimiseks vajalik teatud kogus vett.
3, hea kuumakindlus
Tavaliselt säilitavad 150-kraadine alumiinium, 310-kraadine roostevaba teras, mis kaotab esialgse jõudluse, ja titaanisulam 500 kraadi juures säilitavad endiselt head mehaanilised omadused. Kui lennuki kiirus ületab 2,7 korda helikiirust, jõuab õhusõiduki konstruktsiooni pinnatemperatuur 230 kraadini, alumiiniumi- ja magneesiumisulameid ei saa kasutada, samas kui titaanisulamid vastavad nõuetele. Titaani kuumakindlus on hea, seda kasutatakse lennukimootori kompressori ketta ja laba ning lennuki tagumise kere naha jaoks.
4, hea madala temperatuuri jõudlus
Teatud titaanisulamite (nt Ti-5AI-2.5SnELI) tugevus väheneb ja temperatuur tõuseb, kuid plastilisus ei vähene palju, on siiski hea plastilisus ja sitkus madalatel temperatuuridel, sobib kasutada ülimadalatel temperatuuridel. Võib kasutada kuiva vedela vesiniku ja vedela hapniku rakettmootorites või mehitatud kosmoselaevades ülimadala temperatuuriga konteinerite ja hoiukastide jaoks.
5, mittemagnetiline
Titaan on mittemagnetiline, seda kasutatakse allveelaevade kestades, see ei põhjusta miinide plahvatust.
6, väike soojusjuhtivus
Titaani soojusjuhtivus on väike, ainult 1/5 terasest, alumiiniumist 1/13, vasest 1/25. halb soojusjuhtivus on titaani puuduseks, kuid mõnel juhul saate seda titaani omadust kasutada.
7, madal elastsusmoodul
Titaani elastsusmoodul on vaid 55% terasest, konstruktsioonimaterjalina on puuduseks madal elastsusmoodul.
8, tõmbetugevus ja voolavuspiir on väga lähedal
Ti-6AI-4V titaanisulami tõmbetugevus 960 MPa, voolavuspiir 892 MPa, erinevus nende kahe vahel on ainult 58 MPa.
9, titaan oksüdeerub kergesti kõrgel temperatuuril
Titaan, millel on tugev vesiniku ja hapniku kombinatsioon, peame pöörama tähelepanu oksüdatsiooni ja vesiniku neeldumise vältimiseks. Saastumise vältimiseks tuleks titaankeevitus läbi viia argoonikaitse all. Titaantorusid ja -plaate tuleks kuumtöödelda vaakumis, titaanist sepiseid tuleb mikrooksüdeeriva atmosfääri kontrollimiseks kuumtöödelda.
10, madal summutustakistus
Titaanist ja muudest metallist materjalidest (vask, teras), mis on valmistatud sama kuju ja suurusega kella ja sama jõuga iga kella koputamiseks, avastavad, et titaanist valmistatud kell võngub kuni pika helini, st. kellale antud energiat ei ole lihtne kaduda, seega ütleme, et titaani summutusvõime on madal.