เลขอะตอมของไทเทเนียม ไทเทเนียมก็คือ
ไทเทเนียม. องค์ประกอบทางเคมีสัญลักษณ์ Ti (ละติน ไทเทเนียม ค้นพบในปี พ.ศ. 2338) และตั้งชื่อตามวีรบุรุษแห่งไททันผู้ยิ่งใหญ่แห่งกรีก) . มีซีเรียลนัมเบอร์ 22, น้ำหนักอะตอม 47.90, ความหนาแน่น 4.5 g/cm3, จุดหลอมเหลว 1668° C จุดเดือด 3300°ซ.
ไทเทเนียมเป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุมากกว่า 70 ชนิดและเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบมากที่สุด โดยเนื้อหาในเปลือกโลกอยู่ที่ประมาณ 0.6% ไทเทเนียมมีลักษณะคล้ายกับเหล็ก โลหะบริสุทธิ์มีความเหนียวและสามารถตัดเฉือนได้ง่ายด้วยแรงดัน
ไทเทเนียมมีอยู่สองแบบ: สูงถึง 882°C แบบดัดแปลงα ด้วยโครงตาข่ายคริสตัลอัดแน่นหกเหลี่ยม และสูงกว่า 882°C การปรับเปลี่ยนจึงมีความเสถียรβ ด้วยโครงตาข่ายลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางลำตัว
ไทเทเนียมผสมผสานความแข็งแกร่งอันยอดเยี่ยมเข้ากับความหนาแน่นต่ำและความต้านทานการกัดกร่อนสูง ด้วยเหตุนี้ ในหลายกรณี จึงมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือวัสดุโครงสร้างพื้นฐานเช่นเหล็กและอลูมิเนียม . โลหะผสมไททาเนียมจำนวนหนึ่งมีความแข็งแรงเป็นสองเท่าของเหล็ก โดยมีความหนาแน่นต่ำกว่ามากและต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่า อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีค่าการนำความร้อนต่ำ การใช้งานโครงสร้างและชิ้นส่วนที่ทำงานภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิแตกต่างกันมาก และเมื่อทำงานภายใต้ความล้าจากความร้อนจึงทำได้ยาก ข้อเสียของไทเทเนียมในฐานะวัสดุโครงสร้างยังรวมถึงโมดูลัสความยืดหยุ่นปกติที่ค่อนข้างต่ำอีกด้วย
เครื่องกล คุณสมบัติขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของโลหะและการบำบัดทางกลและทางความร้อนก่อนหน้านี้อย่างมาก ไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงมีคุณสมบัติเป็นพลาสติกที่ดี
คุณสมบัติเฉพาะของไทเทเนียมคือความสามารถในการดูดซับก๊าซอย่างแข็งขัน - ออกซิเจนไนโตรเจนและไฮโดรเจน ก๊าซเหล่านี้จะละลายในไทเทเนียมได้ในระดับหนึ่ง แม้แต่ออกซิเจนและไนโตรเจนที่เจือปนเล็กน้อยก็ลดคุณสมบัติทางพลาสติกของไทเทเนียม การผสมไฮโดรเจนเล็กน้อย (0.01-0.005%) จะเพิ่มความเปราะบางของไทเทเนียมอย่างมีนัยสำคัญ
ไทเทเนียมมีความเสถียรในอากาศที่อุณหภูมิปกติ เมื่อให้ความร้อนถึง 400-550° โลหะถูกเคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์-ไนไตรด์ ซึ่งยึดติดแน่นกับโลหะและปกป้องจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ที่อุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการเกิดออกซิเดชันและการละลายของออกซิเจนในไทเทเนียมจะเพิ่มขึ้น
ไทเทเนียมทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนที่อุณหภูมิสูงกว่า 600° C ด้วยการก่อตัวของฟิล์มไนไตรด์ (ดีบุก) และสารละลายไนโตรเจนที่เป็นของแข็งในไทเทเนียม ไทเทเนียมไนไตรด์มีความแข็งสูงและละลายได้ที่ 2950° C
ไทเทเนียมดูดซับไฮโดรเจนเพื่อสร้างสารละลายของแข็งและลูกผสม(TiH และ TiH 2) . ต่างจากออกซิเจนและไนโตรเจน ไฮโดรเจนที่ดูดซับเกือบทั้งหมดสามารถกำจัดออกจากไทเทเนียมได้โดยการให้ความร้อนในสุญญากาศที่ 1,000-1200° C
คาร์บอนและก๊าซที่ประกอบด้วยคาร์บอน ( CO, CH4) ทำปฏิกิริยากับไทเทเนียมที่อุณหภูมิสูง (มากกว่า 1,000° C) ด้วยการก่อตัวของไทเทเนียมคาร์ไบด์แข็งและทนไฟทีซี (จุดหลอมเหลว 3140องศาเซลเซียส ). ส่วนผสมของคาร์บอนมีผลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลของไทเทเนียม
ฟลูออรีน คลอรีน โบรมีน และไอโอดีนทำปฏิกิริยากับไทเทเนียมที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ (100-200° กับ). ในกรณีนี้จะเกิดไทเทเนียมเฮไลด์ที่มีความผันผวนสูง
สมบัติทางกลของไทเทเนียมนั้นสูงกว่าโลหะอื่นๆ มาก ขึ้นอยู่กับอัตราการรับภาระ ดังนั้น การทดสอบสมบัติทางกลของไทเทเนียมควรดำเนินการภายใต้สภาวะที่มีการควบคุมและคงที่อย่างเข้มงวดมากกว่าการทดสอบวัสดุโครงสร้างอื่นๆ
ความต้านทานแรงกระแทกของไทเทเนียมจะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อหลอมในช่วง 200-300° C ไม่พบการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติอื่นที่เห็นได้ชัดเจน การเพิ่มความเหนียวของไทเทเนียมทำได้มากที่สุดหลังจากการดับที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกและการแบ่งเบาบรรเทาในภายหลัง
ไทเทเนียมบริสุทธิ์ไม่ใช่วัสดุทนความร้อน เนื่องจากความแข็งแรงจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น
คุณสมบัติที่สำคัญไทเทเนียมคือความสามารถในการสร้างสารละลายของแข็งด้วยก๊าซในชั้นบรรยากาศและไฮโดรเจน เมื่อไททาเนียมถูกให้ความร้อนในอากาศ บนพื้นผิว นอกเหนือจากสเกลธรรมดา จะมีการสร้างชั้นที่ประกอบด้วยสารละลายของแข็งตามα - ติ (ชั้นอัลฟา) ทำให้เสถียรด้วยออกซิเจน ซึ่งความหนาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและระยะเวลาการให้ความร้อน ชั้นนี้มีอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงสูงกว่าชั้นโลหะฐาน และการก่อตัวของมันบนพื้นผิวของชิ้นส่วนหรือผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปอาจทำให้เกิดการแตกหักแบบเปราะ
โลหะผสมที่มีไทเทเนียมและไทเทเนียมมีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนสูงในอากาศ เย็นและร้อนตามธรรมชาติ น้ำจืด, วี น้ำทะเล(ไม่มีร่องรอยของสนิมปรากฏบนแผ่นไทเทเนียมหลังจากผ่านไป 10 ปีในน้ำทะเล) รวมถึงในสารละลายของด่าง เกลืออนินทรีย์ กรดอินทรีย์ และสารประกอบ แม้ว่าจะต้มก็ตาม ในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อน ไทเทเนียมมีความคล้ายคลึงกับเหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียม-นิกเกิล ไม่เป็นสนิมในน้ำทะเลเมื่อสัมผัสกับสแตนเลสและโลหะผสมทองแดง-นิกเกิล ความต้านทานการกัดกร่อนสูงของไทเทเนียมอธิบายได้จากการก่อตัวของฟิล์มที่มีความหนาแน่นและสม่ำเสมอบนพื้นผิว ซึ่งช่วยปกป้องโลหะจากการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมเพิ่มเติม ใช่ในแบบเจือจางกรดซัลฟูริก ไทเทเนียม (มากถึง 5%) ทนทานที่อุณหภูมิห้อง อัตราการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของกรดที่เพิ่มขึ้น โดยถึงสูงสุดที่ 40% จากนั้นลดลงเหลือน้อยที่สุดที่ 60% และถึงสูงสุดครั้งที่สองที่ 80% แล้วลดลงอีกครั้ง
ในกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง (5-10%) ที่อุณหภูมิห้อง ไทเทเนียมค่อนข้างทนทาน เมื่อความเข้มข้นของกรดและอุณหภูมิเพิ่มขึ้น อัตราการกัดกร่อนของไทเทเนียมจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การกัดกร่อนของไทเทเนียมในกรดไฮโดรคลอริกสามารถลดลงได้อย่างมากโดยการเติมตัวออกซิไดซ์จำนวนเล็กน้อย(HNO 3, KMnO 4, K 2 CrO 4, เกลือของทองแดงเหล็ก) ไทเทเนียมละลายได้ดีในกรดไฮโดรฟลูออริก ในสารละลายอัลคาไล (ความเข้มข้นสูงถึง 20%) ไทเทเนียมสามารถทนต่อความเย็นและเมื่อถูกความร้อน
ไทเทเนียมเป็นวัสดุโครงสร้างที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการบิน จรวด ในการก่อสร้างเรือเดินทะเล ในการทำเครื่องมือ และวิศวกรรมเครื่องกล ไทเทเนียมและโลหะผสมยังคงรักษาคุณลักษณะความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นจึงสามารถนำมาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องสัมผัสกับความร้อนที่อุณหภูมิสูงได้สำเร็จ ดังนั้นชิ้นส่วนภายนอกของเครื่องบิน ( nacelles เครื่องยนต์ ปีกนก หางเสือ) และส่วนประกอบและชิ้นส่วนอื่นๆ อีกมากมายจึงทำจากโลหะผสม ตั้งแต่เครื่องยนต์ไปจนถึงสลักเกลียวและน็อต ตัวอย่างเช่น หากสลักเกลียวเหล็กถูกแทนที่ด้วยสลักเกลียวไทเทเนียมในเครื่องยนต์ตัวใดตัวหนึ่ง น้ำหนักของเครื่องยนต์จะลดลงเกือบ 100 กิโลกรัม
ไทเทเนียมออกไซด์ใช้ในการเตรียมไทเทเนียมสีขาว ด้วยสีขาวดังกล่าว คุณสามารถทาสีพื้นผิวที่มีขนาดใหญ่กว่าได้หลายเท่าเมื่อเทียบกับปริมาณตะกั่วหรือสังกะสีสีขาวเท่ากัน นอกจากนี้ไทเทเนียมไวท์ก็ไม่เป็นพิษ ไทเทเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโลหะวิทยา รวมทั้งเป็นองค์ประกอบโลหะผสมในสแตนเลสและเหล็กทนความร้อน การเติมไททาเนียมลงในอะลูมิเนียม นิกเกิล และโลหะผสมทองแดงจะช่วยเพิ่มความแข็งแรง เป็นส่วนสำคัญของโลหะผสมคาร์ไบด์สำหรับเครื่องมือตัด เครื่องมือผ่าตัดที่ทำจากโลหะผสมไทเทเนียมก็เป็นที่นิยมเช่นกัน ไทเทเนียมไดออกไซด์ใช้ในการเคลือบอิเล็กโทรดการเชื่อม ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ (เตตระคลอไรด์) ใช้ในการทำสงครามเพื่อสร้างฉากกั้นควัน และในยามสงบสำหรับการรมควันพืชในช่วงน้ำค้างแข็งในฤดูใบไม้ผลิ
ในวิศวกรรมไฟฟ้าและวิศวกรรมวิทยุ ไทเทเนียมแบบผงถูกใช้เป็นตัวดูดซับก๊าซ - เมื่อถูกความร้อนถึง 500°C ไทเทเนียมจะดูดซับก๊าซอย่างมีพลัง ดังนั้นจึงให้สุญญากาศสูงในปริมาตรปิด
ไทเทเนียมในบางกรณีเป็นวัสดุที่ไม่สามารถทดแทนได้ในอุตสาหกรรมเคมีและการต่อเรือ ใช้ทำชิ้นส่วนสำหรับสูบของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และอุปกรณ์แขวนที่ใช้สำหรับชุบอโนไดซ์ชิ้นส่วนต่างๆ ไทเทเนียมมีความเฉื่อยในอิเล็กโทรไลต์และของเหลวอื่นๆ ที่ใช้ในการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ ของอ่างชุบด้วยไฟฟ้า มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตอุปกรณ์ไฮโดรเมทัลโลหกรรมสำหรับโรงงานนิกเกิลโคบอลต์ เนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนและการสึกกร่อนสูงเมื่อสัมผัสกับสารละลายนิกเกิลและโคบอลต์ที่อุณหภูมิและความดันสูง
ไทเทเนียมมีความทนทานสูงสุดในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ ในการลดสภาพแวดล้อม ไทเทเนียมจะกัดกร่อนได้ค่อนข้างเร็วเนื่องจากการถูกทำลายของฟิล์มป้องกันออกไซด์
ไทเทเนียมทางเทคนิคและโลหะผสมของมันสามารถคล้อยตามวิธีการรักษาแรงดันที่รู้จักทั้งหมด พวกเขาสามารถรีดในสภาวะเย็นและร้อน, ประทับตรา, จีบ, ดึงลึกและบาน ไทเทเนียมและอัลลอยด์ใช้ในการผลิตแท่ง แท่งยาว แถบ โปรไฟล์รีดต่างๆ ท่อไร้ตะเข็บ ลวดและฟอยล์
ความต้านทานต่อการเสียรูปของไทเทเนียมสูงกว่าเหล็กโครงสร้างหรือโลหะผสมทองแดงและอลูมิเนียม ไทเทเนียมและโลหะผสมได้รับการประมวลผลด้วยแรงดันในลักษณะเดียวกับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก ส่วนใหญ่แล้ว ไทเทเนียมจะถูกหลอมที่อุณหภูมิ 800-1,000°C เพื่อปกป้องไทเทเนียมจากการปนเปื้อนของก๊าซ การบำบัดด้วยความร้อนและแรงดันจะดำเนินการโดยเร็วที่สุด เวลาอันสั้น. เนื่องจากที่อุณหภูมิ >500°C ไฮโดรเจนแพร่กระจายไปยังไทเทเนียมและโลหะผสมของไทเทเนียมด้วยความเร็วมหาศาล การให้ความร้อนจึงเกิดขึ้นในบรรยากาศออกซิไดซ์
ไทเทเนียมและโลหะผสมมีความสามารถในการขึ้นรูปลดลง คล้ายกับสเตนเลสออสเทนนิติก สำหรับการตัดทุกประเภทมากที่สุด ผลลัพธ์ที่ประสบความสำเร็จสามารถทำได้ที่ความเร็วต่ำและระยะกินลึกมาก รวมถึงการใช้เครื่องมือตัดที่ทำจากเหล็กกล้าความเร็วสูงหรือโลหะผสมแข็ง เนื่องจากไทเทเนียมมีกิจกรรมทางเคมีสูงที่อุณหภูมิสูง การเชื่อมจึงดำเนินการในบรรยากาศของก๊าซเฉื่อย (ฮีเลียม อาร์กอน) ในเวลาเดียวกันจำเป็นต้องปกป้องไม่เพียง แต่โลหะเชื่อมที่หลอมละลายเท่านั้น แต่ยังจำเป็นต้องปกป้องชิ้นส่วนที่ได้รับความร้อนสูงทั้งหมดของผลิตภัณฑ์เชื่อมจากการมีปฏิสัมพันธ์กับบรรยากาศและก๊าซ
ปัญหาทางเทคโนโลยีบางประการเกิดขึ้นในการผลิตการหล่อจากไทเทเนียมและโลหะผสม
คุณสมบัติของไทเทเนียม
ในตารางธาตุของ Mendeleev ไทเทเนียมมีเลขลำดับ 22 อะตอมที่เป็นกลางประกอบด้วยนิวเคลียสซึ่งมีประจุ 22 หน่วย ไฟฟ้าบวก และมีอิเล็กตรอน 22 ตัวอยู่นอกนิวเคลียส
ดังนั้นนิวเคลียสของอะตอมไทเทเนียมที่เป็นกลางจึงมีโปรตอน 22 ตัว จำนวนนิวตรอน เช่น อนุภาคไม่มีประจุที่เป็นกลาง จะแตกต่างกัน โดยทั่วไปคือ 26 แต่สามารถอยู่ในช่วง 24 ถึง 28 ดังนั้น จำนวนไอโซโทปไทเทเนียมจึงแตกต่างกัน ไทเทเนียมมีไอโซโทปธรรมชาติที่เสถียรเพียงห้าชนิดเท่านั้น: 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti, 50 Ti สิ่งนี้ก่อตั้งขึ้นในปี 1936 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน F.W. Aston ก่อนการวิจัยของเขา เชื่อกันว่าไทเทเนียมไม่มีไอโซโทปเลย ไอโซโทปเสถียรตามธรรมชาติของไทเทเนียมมีการกระจายดังนี้ (เป็นหน่วย%): 46 Ti - 7.99; 47 ทิ - 7.32; 48 ทิ - 73.97; 49 ทิ - 5.46; 50 ติ - 5.25
นอกจากธาตุธรรมชาติแล้ว ไทเทเนียมยังมีไอโซโทปเทียมอีกจำนวนหนึ่งที่ได้จากการฉายรังสีด้วย ดังนั้น หากไทเทเนียมถูกถล่มด้วยนิวตรอนหรืออนุภาค α ก็เป็นไปได้ที่จะได้รับไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของไทเทเนียม 52 Ti ที่มีครึ่งชีวิต 41.9 นาที ซึ่งก่อให้เกิดรังสี β- และ γ ไอโซโทปอื่น ๆ ของไทเทเนียมยังได้รับมาอย่างเทียม (42 Ti, 43 Ti, 44 Ti, 45 Ti, 51 Ti, 52 Ti, 53 Ti, 54 Ti) บางส่วนมีกัมมันตภาพรังสีสูงโดยมีครึ่งชีวิตต่างกัน ดังนั้น ไอโซโทป 44 Ti จึงมีครึ่งชีวิตเพียง 0.58 วินาที และไอโซโทป 45 Ti มีอายุครึ่งชีวิต 47 ปี
รัศมีของแกนไทเทเนียมคือ 5 fm รอบนิวเคลียสไทเทเนียมที่มีประจุบวก อิเล็กตรอนจะอยู่ในวงโคจรสี่วง K, L, M, N: บน K - อิเล็กตรอนสองตัว, บน L - แปด, บน M - 10, บน N - สอง อะตอมไทเทเนียมสามารถปล่อยอิเล็กตรอนสองตัวจากวงโคจร N และ M ได้อย่างอิสระ ดังนั้นไทเทเนียมไอออนที่เสถียรที่สุดจึงเป็นเทตระวาเลนต์ เป็นไปไม่ได้ที่จะ "ดึง" อิเล็กตรอนตัวที่ 5 ออกจากวงโคจร M ดังนั้นไทเทเนียมจึงไม่มีค่ามากกว่าไอออนแบบเตตระวาเลนต์ ในเวลาเดียวกันอะตอมไทเทเนียมสามารถให้อิเล็กตรอนได้ไม่สี่ แต่สาม สองหรือหนึ่งอิเล็กตรอนจากวงโคจร N และ M ในกรณีเหล่านี้ มันจะกลายเป็นไอออนไตร ได หรือโมโนวาเลนต์
ไทเทเนียมที่มีเวเลนซ์ต่างกันจะมีรัศมีไอออนต่างกัน ดังนั้น รัศมีของไอออน Ti 4+ คือ 64 pm, ไอออน Ti 3+ คือ 69, Ti 2+ คือ 78, Ti 1+ คือ 215 น.
เป็นเวลานานที่พวกเขาไม่สามารถระบุมวลอะตอมของไทเทเนียม (น้ำหนักอะตอม) ได้อย่างแม่นยำ ในปี 1813 J. Ya. Berzelius มีมูลค่าที่สูงเกินจริงอย่างไม่น่าเชื่อ - 288.16 ในปี ค.ศ. 1823 นักเคมีชาวเยอรมัน ไฮน์ริช โรส พบว่าน้ำหนักอะตอมของไทเทเนียมคือ 61.6 ในปี ค.ศ. 1829 นักวิทยาศาสตร์ได้ชี้แจงค่านี้หลายครั้ง: 50.63; 48.27 และ 48.13 การวัดของนักเคมีชาวอังกฤษ T. E. Thorne นั้นใกล้เคียงกับของจริงมากขึ้น - 48.09 อย่างไรก็ตาม ค่านี้คงอยู่จนถึงปี 1928 เมื่อนักเคมีวิจัย Baxter และ Butler ให้ค่าสุดท้าย น้ำหนักอะตอม - 47,9. มวลอะตอมไทเทเนียมธรรมชาติซึ่งคำนวณจากผลการศึกษาไอโซโทปคือ 47.926 ค่านี้เกือบจะเหมือนกับค่าของตารางสากล
ในตารางธาตุของ Mendeleev ไทเทเนียมอยู่ในกลุ่ม IVB ซึ่งนอกเหนือจากนั้นยังรวมถึงเซอร์โคเนียม แฮฟเนียม และเคอร์ชาเทียมด้วย องค์ประกอบของกลุ่มนี้แตกต่างจากองค์ประกอบของกลุ่มคาร์บอน (IVA) ที่มีคุณสมบัติเป็นโลหะ ในสารประกอบของไทเทเนียมเอง ความสามารถในการสร้างกรดนั้นเด่นชัดน้อยกว่าองค์ประกอบใดๆ ในกลุ่มคาร์บอน แม้ว่าไททาเนียมจะมีอันดับสูงที่สุดในกลุ่มย่อย แต่ก็เป็นธาตุโลหะที่มีการออกฤทธิ์น้อยที่สุด ดังนั้นไทเทเนียมไดออกไซด์จึงเป็นแอมโฟเทอริก และเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียมไดออกไซด์มีคุณสมบัติพื้นฐานที่แสดงออกอย่างอ่อน ไทเทเนียมมากกว่าองค์ประกอบอื่นของกลุ่มย่อย IVB อยู่ใกล้กับองค์ประกอบของกลุ่มย่อย IVA - ซิลิคอน, เจอร์เมเนียม, ดีบุก ไททาเนียมควอดริวาเลนต์แตกต่างจากซิลิคอนและเจอร์เมเนียมตรงที่มีแนวโน้มที่จะสร้างสารประกอบเชิงซ้อนประเภทต่างๆ มากกว่า ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับดีบุกเป็นพิเศษ
ไทเทเนียมและองค์ประกอบอื่นๆ ของกลุ่มย่อย IVB มีคุณสมบัติคล้ายกันมากกับองค์ประกอบของกลุ่มย่อย IIIB (กลุ่มสแกนเดียม) แม้ว่าจะแตกต่างจากกลุ่มหลังในเรื่องความสามารถในการแสดงความจุที่มากกว่าก็ตาม ไทเทเนียมอยู่ใกล้กับสแกนเดียมมากกว่าองค์ประกอบของกลุ่มย่อย IVA ความคล้ายคลึงกันของไทเทเนียมกับสแกนเดียมอิตเทรียมรวมถึงองค์ประกอบของกลุ่มย่อย VB - วาเนเดียมและไนโอเบียมก็แสดงให้เห็นเช่นกันในความจริงที่ว่าในแร่ธาตุธรรมชาติมักพบไททาเนียมแทนองค์ประกอบเหล่านี้โดยมีไอโซมอร์ฟิกเข้ามาแทนที่ซึ่งกันและกัน
จากเคมีผลึกของสารประกอบออกซิเจน เป็นที่ทราบกันดีว่าหมายเลขโคออร์ดิเนตที่เป็นลักษณะเฉพาะของไทเทเนียมคือ 6 และโพลิเฮดรอนแบบโคออร์ดิเนชันเดียวที่สอดคล้องกับหมายเลขนี้ก็คือทรงแปดหน้า ยิ่งไปกว่านั้น อะตอมไทเทเนียมไม่มีสารประกอบออกซิเจนใดที่มีเลขโคออร์ดิเนชั่นมากกว่า 6 ในการโคออร์ดิเนตดังกล่าว ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างไทเทเนียมกับออกซิเจนคือ 2 Å ในโครงสร้างที่มีลักษณะเฉพาะ การกระจายทางสถิติอะตอม Ti 4+ และ Nb 5+ ในทรงแปดเหลี่ยม ระยะห่างเฉลี่ยที่สอดคล้องกันระหว่างไทเทเนียมและไนโอเบียมก็คือ 2 Å เช่นกัน จากนี้จึงทำให้รัศมีไอออนของไทเทเนียมและไนโอเบียมอยู่ใกล้กัน
ความใกล้ชิดของรัศมีไอออนิกขององค์ประกอบเป็นเงื่อนไขที่ขาดไม่ได้สำหรับความเป็นไปได้ของ isomorphism ระหว่างองค์ประกอบเหล่านั้น สำหรับไทเทเนียม ไนโอเบียม แทนทาลัม เหล็กเฟอร์ริก และเซอร์โคเนียมพึงพอใจมากที่สุดในสภาวะนี้
ทีนี้มาดูกันว่ามีอะไรบ้าง สารประกอบเคมีสามารถสร้างไทเทเนียมร่วมกับธาตุอื่นได้ ด้วยฮาโลเจนโมโนวาเลนต์ (ฟลูออรีน, โบรมีน, คลอรีนและไอโอดีน) สามารถสร้างสารประกอบได-, ไตร- และเตตร้า-ได้ โดยมีกำมะถันและองค์ประกอบของกลุ่ม (ซีลีเนียม, เทลลูเรียม) - โมโน- และไดซัลไฟด์ด้วยออกซิเจน - ออกไซด์, ไดออกไซด์และ ไตรออกไซด์ ไทเทเนียมยังสร้างสารประกอบด้วยไฮโดรเจน (ไฮไดรด์) ไนโตรเจน (ไนไตรด์) คาร์บอน (คาร์ไบด์) ฟอสฟอรัส (ฟอสไฟด์) สารหนู (อาร์ไซด์) รวมถึงสารประกอบที่มีโลหะหลายชนิด - สารประกอบระหว่างโลหะ รูปแบบไทเทเนียมไม่เพียงแต่เรียบง่าย แต่ยังมีอีกมากมาย สารประกอบเชิงซ้อนสารประกอบหลายชนิดที่มีสารอินทรีย์เป็นที่รู้จัก
ดังที่เห็นได้จากรายการสารประกอบที่ไททาเนียมสามารถเข้าร่วมได้ ไททาเนียมมีฤทธิ์ทางเคมีสูง และในเวลาเดียวกัน ไทเทเนียมเป็นหนึ่งในโลหะไม่กี่ชนิดที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงเป็นพิเศษ โดยสามารถคงอยู่ได้ชั่วนิรันดร์ในอากาศ ในน้ำเย็นและน้ำเดือด และมีความทนทานสูงในน้ำทะเล ในสารละลายของเกลือหลายชนิด กรดอนินทรีย์และกรดอินทรีย์ . ในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อนในน้ำทะเลนั้นเหนือกว่าโลหะทุกชนิด ยกเว้นโลหะที่มีเกียรติ - ทอง แพลตตินัม ฯลฯ สแตนเลส นิกเกิล ทองแดง และโลหะผสมอื่น ๆ เกือบทุกประเภท ในน้ำและในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ไทเทเนียมบริสุทธิ์จะไม่เกิดการกัดกร่อน ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? เหตุใดจึงมีความกระตือรือร้นและมักรุนแรงด้วยการระเบิดทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบเกือบทั้งหมด? ตารางธาตุไทเทเนียมทนต่อการกัดกร่อนหรือไม่? ความจริงก็คือปฏิกิริยาของไทเทเนียมกับองค์ประกอบหลายอย่างเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น ที่อุณหภูมิปกติ กิจกรรมทางเคมีของไทเทเนียมจะต่ำมาก และแทบไม่ทำปฏิกิริยาใดๆ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าบนพื้นผิวสดของไทเทเนียมบริสุทธิ์ ทันทีที่มันถูกสร้างขึ้น ฟิล์มไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เฉื่อยและบาง (หลายอังสตรอม) ซึ่งเติบโตได้ดีกับโลหะอย่างรวดเร็วจะปรากฏขึ้น ปกป้องจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม แม้ว่าการตบนี้จะถูกลบออก แต่ในสภาพแวดล้อมใด ๆ ที่มีออกซิเจนหรือสารออกซิไดซ์ที่แรงอื่น ๆ (เช่นในกรดไนตริกหรือกรดโครมิก) ฟิล์มนี้จะปรากฏขึ้นอีกครั้งและโลหะตามที่พวกเขากล่าวว่า "ถูกทำให้เป็นพาสซีฟ" นั่นคือ ปกป้องตัวเองจากการถูกทำลายต่อไป
เป็นที่ทราบกันดีว่าความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะใด ๆ ถูกกำหนดโดยค่าของศักย์อิเล็กโทรดนั่นคือความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างโลหะและสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ค่าลบศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดบ่งบอกถึงการสูญเสียไอออนของโลหะออกจากพื้นผิวและการเปลี่ยนเป็นสารละลาย เช่น ความสามารถในการละลายและการกัดกร่อนของโลหะ ค่าบวกบ่งชี้ว่าโลหะมีความเสถียรในสารละลายนี้ ไม่ปล่อยไอออนและไม่กัดกร่อน ดังนั้นสำหรับพื้นผิวไทเทเนียมที่เพิ่งทำความสะอาดใหม่ ค่าที่วัดได้ของศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดในน้ำ ในสารละลายที่เป็นน้ำ และในกรดและด่างหลายชนิดอยู่ในช่วง -0.27 ถึง -0.355 V เช่น ดูเหมือนว่าโลหะควรจะ ละลายอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ในสารละลายที่เป็นน้ำส่วนใหญ่ ศักย์ไฟฟ้าของไทเทเนียมจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจากค่าลบไปเป็นค่าบวกเป็นประมาณ +0.5 V และการกัดกร่อนจะหยุดลงเกือบจะในทันที: ไทเทเนียมจะถูกผ่านและกลายเป็น ระดับสูงสุดทนต่อการกัดกร่อน
มาดูพฤติกรรมของไทเทเนียมบริสุทธิ์ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงต่างๆ กันดีกว่า เราได้พูดไปแล้วเกี่ยวกับความต้านทานที่ยอดเยี่ยมในชั้นบรรยากาศ ในน้ำจืดและน้ำทะเล แม้ในขณะที่ถูกความร้อน ไทเทเนียมต้านทานการกัดกร่อนที่เกิดจากการกัดกร่อนซึ่งเป็นผลมาจากการผสมผสานระหว่างผลกระทบทางเคมีและทางกลกับโลหะ ด้วยเหตุนี้จึงไม่ด้อยไปกว่าเกรดที่ดีที่สุดของเหล็กกล้าไร้สนิม โลหะผสมที่มีทองแดง และวัสดุโครงสร้างอื่นๆ ไทเทเนียมยังต้านทานการกัดกร่อนจากความเมื่อยล้าได้ดี ซึ่งมักจะแสดงออกมาในรูปแบบของความเสียหายต่อความสมบูรณ์ของโลหะ (การแตกร้าว การกัดกร่อนเฉพาะจุด ฯลฯ) พฤติกรรมของไทเทเนียมในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ไนตริก ไฮโดรคลอริก ซัลฟิวริก น้ำกัดทอง และกรดและด่างอื่นๆ ทำให้เกิดความประหลาดใจและชื่นชมต่อโลหะชนิดนี้
ในกรดไนตริกซึ่งเป็นตัวออกซิไดซ์อย่างแรงซึ่งโลหะหลายชนิดละลายอย่างรวดเร็ว ไทเทเนียมมีความทนทานเป็นพิเศษ ที่ความเข้มข้นใดๆ ของกรดไนตริก (ตั้งแต่ 10 ถึง 99%) ที่อุณหภูมิใดๆ อัตราการกัดกร่อนของไทเทเนียมในกรดไนตริกจะไม่เกิน 0.1-0.2 มม./ปี มีเพียงกรดไนตริกควันสีแดงที่มีความอิ่มตัวยิ่งยวด (20% ขึ้นไป) ที่มีไนโตรเจนไดออกไซด์อิสระเท่านั้นที่เป็นอันตราย: ไทเทเนียมบริสุทธิ์จะทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงและระเบิดได้ อย่างไรก็ตาม ทันทีที่คุณเติมน้ำอย่างน้อยเล็กน้อย (1-2% หรือมากกว่า) ลงในกรดดังกล่าว ปฏิกิริยาจะสิ้นสุดลงและการกัดกร่อนของไทเทเนียมจะหยุดลง
ไทเทเนียมมีความเสถียรในกรดไฮโดรคลอริกในสารละลายเจือจางเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ในกรดไฮโดรคลอริก 0.5% แม้ว่าจะถูกให้ความร้อนถึง 100° C อัตราการกัดกร่อนของไทเทเนียมจะต้องไม่เกิน 0.01 มม./ปี โดยที่ 10% ที่อุณหภูมิห้อง อัตราการกัดกร่อนจะสูงถึง 0.1 มม./ปี และที่ 20% ที่ 20° C - 0.58 มม./ปี เมื่อถูกความร้อน อัตราการกัดกร่อนของไทเทเนียมในกรดไฮโดรคลอริกจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้น แม้ในกรดไฮโดรคลอริก 1.5% ที่อุณหภูมิ 100°C อัตราการกัดกร่อนของไทเทเนียมจะอยู่ที่ 4.4 มม./ปี และในกรดไฮโดรคลอริก 20% เมื่อถูกความร้อนถึง 60°C ก็จะมีอัตราการกัดกร่อนอยู่ที่ 29.8 มม./ปีอยู่แล้ว สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ากรดไฮโดรคลอริกโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อถูกความร้อนจะละลายฟิล์มไทเทเนียมไดออกไซด์และโลหะก็เริ่มละลาย อย่างไรก็ตาม อัตราการกัดกร่อนของไทเทเนียมในกรดไฮโดรคลอริกภายใต้ทุกสภาวะยังคงต่ำกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม
ในกรดซัลฟิวริกความเข้มข้นต่ำ (สูงถึง 0.5-1%) ไทเทเนียมสามารถต้านทานได้แม้ที่อุณหภูมิของสารละลายสูงถึง 50 - 95 ° C และยังทนทานในสารละลายที่มีความเข้มข้นมากกว่า (10-20%) ที่อุณหภูมิห้องภายใต้สภาวะเหล่านี้ ความเร็วการกัดกร่อนของไทเทเนียมไม่เกิน 0.005-0.01 มม./ปี แต่เมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น ไทเทเนียมในกรดซัลฟิวริก แม้จะมีความเข้มข้นค่อนข้างต่ำ (10-20%) ก็เริ่มละลาย และอัตราการกัดกร่อนสูงถึง 9-10 มม./ปี กรดซัลฟิวริก เช่น กรดไฮโดรคลอริก ทำลายฟิล์มป้องกันของไทเทเนียมไดออกไซด์และเพิ่มความสามารถในการละลาย สามารถลดลงอย่างรวดเร็วได้หากเติมกรดไนตริก โครมิก แมงกานีส สารประกอบคลอรีน หรือสารออกซิไดซ์อื่นๆ จำนวนหนึ่งลงในสารละลายของกรดเหล่านี้ ซึ่งจะทำให้พื้นผิวไททาเนียมผ่านไปอย่างรวดเร็วด้วยฟิล์มป้องกันและหยุดการละลายเพิ่มเติม นั่นคือเหตุผลว่าทำไมไทเทเนียมจึงเป็นโลหะชนิดเดียวที่ไม่ละลายใน "วอดก้า Regia": ในนั้นที่อุณหภูมิปกติ (10-20 ° C) การกัดกร่อนของไทเทเนียมจะต้องไม่เกิน 0.005 มม./ปี ไทเทเนียมยังกัดกร่อนเล็กน้อยในการต้ม "วอดก้า Regia" แต่อย่างที่ทราบกันดีว่าโลหะหลายชนิดและแม้แต่ทองคำก็ละลายเกือบจะในทันที
ไทเทเนียมกัดกร่อนอย่างอ่อนมากในกรดอินทรีย์ส่วนใหญ่ (อะซิติก แลกติก ทาร์ทาริก) และด่างเจือจาง และสารละลายของเกลือคลอไรด์จำนวนมากในสารละลายทางสรีรวิทยา แต่ไทเทเนียมมีปฏิกิริยารุนแรงมากกับคลอไรด์ที่ละลายที่อุณหภูมิสูงกว่า 375° C
ในการหลอมโลหะหลายชนิด ไทเทเนียมบริสุทธิ์มีความต้านทานที่น่าทึ่ง ในแมกนีเซียมร้อนเหลว, ดีบุก, แกลเลียม, ปรอท, ลิเธียม, โซเดียม, โพแทสเซียมและในกำมะถันหลอมเหลวไทเทเนียมจะไม่กัดกร่อนในทางปฏิบัติและเฉพาะที่อุณหภูมิที่สูงมากของการหลอม (สูงกว่า 300-400 ° C) อัตราการกัดกร่อนในพวกมัน สามารถเข้าถึงได้ 1 มม./ปี อย่างไรก็ตาม มีสารละลายและการหลอมละลายเชิงรุกมากมายซึ่งไทเทเนียมละลายอย่างเข้มข้นมาก "ศัตรู" หลักของไทเทเนียมคือกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) แม้ในสารละลาย 1% อัตราการกัดกร่อนของไทเทเนียมยังสูงมาก และในสารละลายที่มีความเข้มข้นมากขึ้น ไทเทเนียมจะ "ละลาย" เหมือนน้ำแข็งใน น้ำร้อน. ฟลูออรีน - องค์ประกอบ "ทำลายทุกสิ่ง" (กรีก) - ทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับโลหะเกือบทั้งหมดและเผาพวกมัน
ไทเทเนียมไม่สามารถทนต่อกรดไฮโดรฟลูออโรซิลิกและฟอสฟอริกได้ แม้แต่ความเข้มข้นต่ำ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ คลอรีนแห้งและโบรมีน แอลกอฮอล์ รวมถึง ทิงเจอร์แอลกอฮอล์ไอโอดีน, สังกะสีหลอมเหลว อย่างไรก็ตามความต้านทานของไทเทเนียมสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเติมสารออกซิไดซ์ต่างๆ - ที่เรียกว่าสารยับยั้งเช่นในสารละลายของกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริก - ไนตริกและโครมิก ไอออนยังสามารถเป็นตัวยับยั้งได้ โลหะต่างๆในสารละลาย: เหล็ก ทองแดง ฯลฯ
โลหะบางชนิดสามารถนำเข้าสู่ไทเทเนียมได้ โดยเพิ่มความต้านทานได้หลายสิบหรือหลายร้อยเท่า เช่น เซอร์โคเนียม แฮฟเนียม แทนทาลัม ทังสเตน มากถึง 10% การนำโมลิบดีนัม 20-30% มาผสมกับไททาเนียมทำให้โลหะผสมนี้ทนทานต่อความเข้มข้นของกรดไฮโดรคลอริก ซัลฟิวริก และกรดอื่นๆ จนสามารถแทนที่ทองในการทำงานกับกรดเหล่านี้ได้ ผลลัพธ์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกิดขึ้นได้จากการเติมโลหะกลุ่มแพลทินัมสี่ชนิดเข้ากับไททาเนียม ได้แก่ แพลทินัม พาลาเดียม โรเดียม และรูทีเนียม โลหะเหล่านี้เพียง 0.2% ก็เพียงพอที่จะลดอัตราการกัดกร่อนของไทเทเนียมในการเดือดกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกเข้มข้นได้หลายสิบครั้ง ควรสังเกตว่าพลาตินอยด์ชั้นสูงส่งผลต่อความทนทานของไททาเนียมเท่านั้นและหากเพิ่มเข้าไป เช่น เหล็ก อลูมิเนียม แมกนีเซียม การทำลายและการกัดกร่อนของโลหะโครงสร้างเหล่านี้จะไม่ลดลง
คุณสมบัติทางกายภาพของไทเทเนียมที่ทำให้ไทเทเนียมเป็นโลหะโครงสร้างที่ดีที่สุดคืออะไร
ไทเทเนียมเป็นโลหะทนไฟมาก เชื่อกันมานานแล้วว่าจะละลายที่อุณหภูมิ 1800 ° C แต่ในช่วงกลางทศวรรษที่ 50 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Deardorff และ Hayes ได้สร้างจุดหลอมเหลวสำหรับธาตุไทเทเนียมบริสุทธิ์ อุณหภูมิอยู่ที่ 1668±3°C ในแง่ของการหักเหของแสงไทเทเนียมเป็นที่สองรองจากโลหะเช่นทังสเตน, แทนทาลัม, ไนโอเบียม, เรนิน, โมลิบดีนัม, โลหะกลุ่มแพลตตินัม, เซอร์โคเนียมและในบรรดาโลหะโครงสร้างหลักก็อยู่ในอันดับแรก:
คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของไทเทเนียมในฐานะโลหะคือเอกลักษณ์เฉพาะตัว ลักษณะทางเคมีกายภาพ: ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงสูง ความแข็ง ฯลฯ สิ่งสำคัญคือคุณสมบัติเหล่านี้ไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิสูง
ไทเทเนียมเป็นโลหะเบา โดยมีความหนาแน่นที่ 0°C เพียง 4.517 g/cm3 และที่ 100°C - 4.506 g/cm3 ไทเทเนียมอยู่ในกลุ่มโลหะที่มีความถ่วงจำเพาะน้อยกว่า 5 g/cm3 ซึ่งรวมถึงโลหะอัลคาไลทั้งหมด (โซเดียม โพแทสเซียม ลิเธียม รูบิเดียม ซีเซียม) ที่มีความถ่วงจำเพาะ 0.9-1.5 g/cm3 แมกนีเซียม (1.7 g/cm3) อลูมิเนียม (2.7 g/cm3 3) เป็นต้น ไทเทเนียมมีค่ามากกว่า หนักกว่าอะลูมิเนียม 1.5 เท่า และแน่นอนว่าแพ้สิ่งนี้ แต่เบากว่าเหล็ก 1.5 เท่า (7.8 g/cm3) ยังไงก็ยืม. แรงดึงดูดเฉพาะตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างอลูมิเนียมและเหล็ก ไทเทเนียมมีคุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่าอลูมิเนียมและเหล็กหลายเท่า
คุณสมบัติเหล่านี้คืออะไรที่ทำให้ไทเทเนียมสามารถนำมาใช้เป็นวัสดุโครงสร้างได้อย่างกว้างขวาง? ประการแรกคือความแข็งแกร่งของโลหะเช่น ความสามารถในการต้านทานการทำลายล้างตลอดจนการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ (การเปลี่ยนรูปพลาสติก) ขึ้นอยู่กับประเภทของสถานะความเค้น - แรงดึง, แรงอัด, การดัดงอและเงื่อนไขการทดสอบอื่น ๆ (อุณหภูมิ, เวลา) ตัวบ่งชี้ต่าง ๆ ถูกนำมาใช้เพื่อระบุลักษณะความแข็งแรงของโลหะ: ความแข็งแรงของผลผลิต, ความต้านทานแรงดึง, ขีดจำกัดความล้า ฯลฯ ในตัวบ่งชี้ทั้งหมดเหล่านี้ ไทเทเนียมมีความเหนือกว่าอลูมิเนียม เหล็ก และแม้แต่หลายๆ อย่างอย่างเห็นได้ชัด แบรนด์ที่ดีที่สุดกลายเป็น.
ความแข็งแรงจำเพาะของโลหะผสมไทเทเนียมสามารถเพิ่มขึ้นได้ 1.5-2 เท่า คุณสมบัติทางกลสูงได้รับการเก็บรักษาไว้อย่างดีที่อุณหภูมิสูงถึงหลายร้อยองศา โลหะอื่น ๆ ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิดังกล่าวได้หรืออ่อนตัวลงอย่างมาก
ไททาเนียมบริสุทธิ์เป็นโลหะพลาสติกสูง ซึ่งเป็นผลมาจากอัตราส่วนที่ดีของแกน "c" และ "a" ในโครงตาข่ายหกเหลี่ยมและการมีอยู่ของระบบสลิปและระนาบแฝดหลายระบบ แม้ว่าจะเชื่อกันว่าโลหะที่มีโครงตาข่ายคริสตัลหกเหลี่ยมนั้นเป็นพลาสติกมาก แต่เนื่องจากคุณสมบัติที่ระบุไว้ของคริสตัล ไทเทเนียมจึงอยู่ในระดับที่ทัดเทียมกับโลหะที่เป็นพลาสติกสูงซึ่งมีโครงตาข่ายคริสตัลประเภทอื่น ด้วยเหตุนี้ ไทเทเนียมบริสุทธิ์จึงเหมาะสำหรับการแปรรูปทุกประเภทในสภาวะร้อนและเย็น: สามารถหลอมได้เหมือนเหล็ก ดึงและแม้แต่ทำเป็นลวด รีดเป็นแผ่น แถบ และฟอยล์ที่มีความหนาสูงสุด 0.01 มม.
เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าไทเทเนียม ปีที่ยาวนานจนถึงการผลิตโลหะบริสุทธิ์ถือเป็นวัสดุที่เปราะมาก นี่เป็นเพราะมีสิ่งเจือปนในไททาเนียม โดยเฉพาะไนโตรเจน ออกซิเจน คาร์บอน ฯลฯ แม้จะเพียงเล็กน้อยก็ส่งผลต่อคุณสมบัติของไททาเนียม รวมถึงความเหนียวด้วย เช่นเดียวกันกับความแข็งของไทเทเนียม ยิ่งมีสิ่งเจือปนในโลหะมากเท่าไรก็ยิ่งมีมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นความแข็งของไทเทเนียมที่มีหนึ่งในพันของเปอร์เซ็นต์ของออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอน เหล็กคือ 400-600 MPa และเมื่อมีสิ่งสกปรกเดียวกันอยู่ในหนึ่งในร้อยของเปอร์เซ็นต์ ความแข็งของมันจะเพิ่มขึ้นเป็น 900-1,000 MPa
ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? ออกซิเจนและไนโตรเจนละลายได้สูงในไทเทเนียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการดัดแปลง α ที่อุณหภูมิต่ำ ด้วยการนำเข้าสู่ช่องว่างแปดด้านของผลึกไทเทเนียม ความผิดปกติของโครงตาข่ายคริสตัลเริ่มต้นขึ้น ความแข็งแกร่งของพันธะระหว่างอะตอมเพิ่มขึ้น และเป็นผลให้ความแข็ง ความแข็งแรง และความแข็งแรงของผลผลิตเพิ่มขึ้น และความเหนียวของโลหะลดลง สิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายที่สุดคือไฮโดรเจน: แม้แต่ในปริมาณเล็กน้อยก็สามารถลดความเหนียวของโลหะลงได้อย่างมาก และโดยเฉพาะอย่างยิ่งความต้านทานแรงกระแทก คาร์บอนละลายในไทเทเนียมในระดับที่น้อยกว่ามากและมีผลเพียงเล็กน้อยต่อการลดความเหนียวของโลหะ เหล็กจะทำให้คุณสมบัติทางกลของไททาเนียมเสื่อมลงก็ต่อเมื่อมีปริมาณ 0.5% ขึ้นไป โลหะชนิดอื่นมีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติเหล่านี้
ดังนั้นไคตันบริสุทธิ์จึงเป็นโลหะที่มีความแข็ง ทนทาน เหนียว มีความหนืดพอสมควรและยืดหยุ่นได้ ความแข็งในระดับบริเนลคือประมาณ 1,000 mn/m2 สำหรับการเปรียบเทียบ เราชี้ให้เห็นว่าเหล็กมีเพียง 350-450 ppm, ทองแดง - 350, แมกนีเซียมหล่อ - 294, แมกนีเซียมข้ออ้อย - 353 และอลูมิเนียม - เพียง 170 ppm โมดูลัสความยืดหยุ่นปกติของไทเทเนียมคือ 108,000 mN/m2 ในด้านความยืดหยุ่นจะด้อยกว่าทองแดงและเหล็กกล้าเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ยืดหยุ่นมากกว่าอลูมิเนียมและแมกนีเซียม
ไทเทเนียมมีกำลังให้ผลผลิตสูง - ประมาณ 250 MN/m2 ซึ่งสูงกว่าเหล็ก 2.5 เท่า ทองแดง 3 เท่า และอะลูมิเนียมเกือบ 20 เท่า ด้วยเหตุนี้ ไทเทเนียมจึงทนทานต่อการกระแทกและการกระแทกอื่นๆ ที่สามารถทำให้ชิ้นส่วนไทเทเนียมเสียรูปได้ดีกว่าโลหะเหล่านี้
ความสูงและความหนืดของไทเทเนียมต้านทานผลกระทบจากการบิ่นและแรงเฉือนได้อย่างสมบูรณ์แบบ ความทนทานนี้อธิบายถึงคุณสมบัติที่น่าทึ่งอีกประการหนึ่งของไทเทเนียม - ความต้านทานที่ยอดเยี่ยมภายใต้สภาวะของการเกิดโพรงอากาศ กล่าวคือ "การทิ้งระเบิด" ของโลหะในตัวกลางของเหลวที่เพิ่มขึ้นโดยฟองอากาศที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วหรือการหมุนของชิ้นส่วนโลหะในของเหลว ปานกลาง. ฟองอากาศเหล่านี้ซึ่งแตกออกบนพื้นผิวของโลหะ ทำให้เกิดการกระแทกขนาดเล็กของของเหลวที่รุนแรงมากบนพื้นผิวของวัตถุที่กำลังเคลื่อนไหว พวกมันทำลายวัสดุหลายชนิดอย่างรวดเร็วรวมถึงโลหะ แต่ไทเทเนียมต้านทานการเกิดโพรงอากาศได้อย่างสมบูรณ์แบบ
การทดสอบในน้ำทะเลของจานหมุนอย่างรวดเร็วที่ทำจากไทเทเนียมและโลหะอื่น ๆ แสดงให้เห็นว่าเมื่อหมุนเป็นเวลาสองเดือน จานไทเทเนียมจะไม่ลดน้ำหนักในทางปฏิบัติ ขอบด้านนอกซึ่งความเร็วในการหมุนและด้วยเหตุนี้จึงมีคาวิเทชั่นสูงสุด จึงไม่เปลี่ยนแปลง ดิสก์อื่นไม่ผ่านการทดสอบ: ทั้งหมดมีความเสียหายที่ขอบด้านนอกและหลายแผ่นก็พังทลายลงอย่างสมบูรณ์
ไททันมีอีกหนึ่งตัว คุณสมบัติที่น่าทึ่ง- "หน่วยความจำ". เมื่อผสมกับโลหะบางชนิด (เช่น นิกเกิล) มันจะ "จดจำ" รูปร่างของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตขึ้นที่อุณหภูมิที่กำหนด หากผลิตภัณฑ์ดังกล่าวเสียรูป เช่น รีดเป็นสปริง งอ ก็จะคงอยู่ในตำแหน่งนี้เป็นเวลา เป็นเวลานาน. หลังจากให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ผลิต ผลิตภัณฑ์จะกลับสู่รูปร่างเดิม คุณสมบัติของไทเทเนียมนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีอวกาศ (บนเรือ พวกมันถูกนำไปใช้งาน) ช่องว่างเสาอากาศขนาดใหญ่เมื่อพับเก็บแล้ว) เมื่อเร็ว ๆ นี้แพทย์เริ่มใช้คุณสมบัติของไทเทเนียมนี้ในการผ่าตัดหลอดเลือดโดยไม่ใช้เลือด: ลวดโลหะผสมไทเทเนียมถูกสอดเข้าไปในหลอดเลือดที่เป็นโรคและแคบลงจากนั้นเมื่ออุ่นขึ้นจนถึงอุณหภูมิของร่างกายมันจะขดตัวเข้าไปในสปริงดั้งเดิมและขยายหลอดเลือด
อุณหภูมิ ไฟฟ้า และ คุณสมบัติทางแม่เหล็กไทเทเนียม. มีค่าการนำความร้อนค่อนข้างต่ำ เพียง 22.07 W/(m K) ซึ่งต่ำกว่าค่าการนำความร้อนของเหล็กประมาณ 3 เท่า ต่ำกว่าแมกนีเซียม 7 เท่า ต่ำกว่าอะลูมิเนียมและน้ำผึ้ง 17-20 เท่า ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นของไทเทเนียมจึงต่ำกว่าโลหะโครงสร้างอื่น ๆ ที่อุณหภูมิห้อง (20° C) สำหรับไทเทเนียมคือ 8.5 10 -6 /° C สำหรับเหล็ก - 11.7 10 -6 /° C , สำหรับทองแดง - 17 10 -6 / ° C สำหรับอลูมิเนียม - 23.9 / ° C ค่าการนำไฟฟ้าของไทเทเนียมก็ค่อนข้างต่ำเช่นกัน อธิบายว่าทรัพย์สินนี้ค่อนข้างสูง ความต้านทานไฟฟ้าไทเทเนียม: ที่อุณหภูมิห้องคือ 42.1 10 -6 โอห์ม cm เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานไฟฟ้าของไทเทเนียมจะเพิ่มขึ้นมากยิ่งขึ้นและเมื่ออุณหภูมิลดลงก็จะลดลงอย่างรวดเร็ว ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ไทเทเนียมจะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด
ไทเทเนียมเป็นพาราแมกเนติกทั่วไป โดยมีความไวต่อแม่เหล็กที่อุณหภูมิ 20° C เพียง 3.2±0.4 · 10 -6 หน่วย ดังที่คุณทราบ อลูมิเนียมและแมกนีเซียมเป็นพาราแมกเนติก แต่ทองแดงเป็นไดอะแมกเนติก และเหล็กเป็นเฟอร์โรแมกเนติก
เราได้พิจารณาคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของไทเทเนียม ซึ่งโดยทั่วไปนิยมใช้โลหะนี้อย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตามไทเทเนียมมีมากมายและ คุณสมบัติเชิงลบ. ตัวอย่างเช่น มันสามารถติดไฟได้เอง และในบางกรณีถึงกับระเบิดได้
ได้มีการกล่าวแล้วว่าในไทเทเนียมกรดไนตริกเข้มข้นนั้นมีความทนทานเป็นพิเศษ แต่ในการรมควันสีแดงที่มีความอิ่มตัวยิ่งยวดด้วยไนโตรเจนออกไซด์ ฟิล์มป้องกันของไทเทเนียมไดออกไซด์บนพื้นผิวโลหะจะถูกทำลายทันทีและไทเทเนียมบริสุทธิ์จะเริ่มทำปฏิกิริยากับกรดด้วยการระเบิด . ปฏิกิริยานี้เป็นสาเหตุของการระเบิดของถังเชื้อเพลิงไทเทเนียมของจรวดอวกาศลำหนึ่งของอเมริกา ไทเทเนียมยังทำปฏิกิริยาระเบิดกับคลอรีนแห้งอีกด้วย มีวิธีป้องกันปฏิกิริยาระเบิดเหล่านี้ได้ ควรเติมน้ำเพียง 1-2% ลงในกรดไนตริกสีแดงที่เป็นควันและแม้แต่คลอรีนแห้งก็ควรเติมน้ำ 0.5-1% เล็กน้อยและฟิล์มป้องกันจะปรากฏขึ้นบนพื้นผิวโลหะทันที ไทเทเนียมจะป้องกันการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติมและจะไม่เกิดการระเบิด
ไททาเนียมสามารถติดไฟได้เองในรูปของขี้เลื่อย ขี้เลื่อย หรือผง แม้จะปราศจากความร้อนจากภายนอกก็ตาม กรณีดังกล่าวเกิดขึ้นระหว่างการทดสอบแรงดึงในบรรยากาศที่มีออกซิเจนในขณะที่เกิดการแตกร้าว สิ่งนี้อธิบายได้อีกครั้งจากกิจกรรมระดับสูงของพื้นผิวไทเทเนียมที่สดใหม่และไม่ถูกออกซิไดซ์ และธรรมชาติคายความร้อนที่รุนแรงของปฏิกิริยากับออกซิเจน
ไทเทเนียมสามารถเผาไหม้ได้ไม่เพียงแต่ในบรรยากาศออกซิเจนเท่านั้น แต่ยังสามารถเผาไหม้ในบรรยากาศของไนโตรเจน ซึ่งเป็นตัวออกซิไดเซอร์ที่แรงของไทเทเนียมอีกด้วย ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะดับไทเทเนียมที่เผาไหม้ด้วยไนโตรเจนเช่นเดียวกับน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์: พวกมันสลายตัวปล่อยออกซิเจนซึ่งจะทำปฏิกิริยากับไทเทเนียมร้อนและทำให้เกิดการระเบิด
ข้อเสียอีกประการหนึ่งของไททาเนียมคือความสามารถในการรักษาคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลสูงได้ที่อุณหภูมิ 400-450 ° C เท่านั้นและด้วยการเติมโลหะผสมบางชนิด - สูงถึง 600 ° C และที่นี่ก็มีคู่แข่งที่สำคัญ - ความร้อน- เหล็กพิเศษทน อย่างไรก็ตาม ในช่วงอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ ไทเทเนียมมีค่าไม่เท่ากัน เหล็กจะเปราะอยู่แล้วที่อุณหภูมิ -40° C เหล็กอุณหภูมิต่ำพิเศษ - ต่ำกว่า -100° C แต่ไทเทเนียมและโลหะผสมจะไม่พังทลายที่อุณหภูมิสูงถึง -253° C (ในไฮโดรเจนเหลว) และแม้แต่สูงขึ้นไป ถึง -260° C (ในฮีเลียมเหลว) นี้เป็นอย่างมาก ทรัพย์สินที่สำคัญไทเทเนียมเปิดโอกาสที่ดีเยี่ยมสำหรับการใช้ในเทคโนโลยีไครโอเจนิกและการทำงานในอวกาศ
ไทเทเนียมทำปฏิกิริยากับโลหะหลายชนิด เมื่อถูด้วยชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะที่อ่อนกว่า ไททาเนียมสามารถฉีกอนุภาคโลหะออกจากพวกมันและเกาะติดโลหะไว้กับตัวเอง ในขณะที่จากโลหะที่แข็งกว่า ในทางกลับกัน อนุภาคไททาเนียมจะฉีกส่วนไททาเนียมออกและปิดบังส่วนอื่น อีกทั้งไม่มีจาระบีหรือน้ำมันหล่อลื่นใดที่ช่วยป้องกันไม่ให้อนุภาคเกาะติดกัน ในช่วงเวลาสั้นๆ ปรากฏการณ์นี้สามารถลดลงได้โดยใช้เกล็ดโมลิบดีไนต์หรือกราไฟต์เป็นสารหล่อลื่นเท่านั้น แต่ไทเทเนียมเชื่อมกับโลหะอื่นได้ไม่ดีนัก ปัญหานี้ยังไม่ได้รับการแก้ไขเกือบทั้งหมดแม้ว่าการเชื่อมผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมจะไปได้ดีก็ตาม
ไทเทเนียมเป็นโลหะแข็งอย่างที่เรารู้อยู่แล้วว่าแข็งกว่าเหล็ก อลูมิเนียม และทองแดง แต่ก็ยังไม่แข็งไปกว่าเหล็กกล้าเครื่องมือพิเศษที่มีความแข็งเป็นพิเศษ ซึ่งใช้ในการผลิตเครื่องมือมีคม มีด และมีดผ่าตัด ไทเทเนียมใช้ไม่ได้ที่นี่
ไทเทเนียมเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ไม่ดี คุณไม่สามารถสร้างสายไฟออกมาได้ แต่ความจริงที่ว่ามันเป็นหนึ่งในโลหะเพียงไม่กี่ชนิดที่เป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำเปิดโอกาสที่ดีสำหรับมัน วิศวกรรมไฟฟ้าการส่งพลังงานในระยะทางไกล
ไทเทเนียมเป็นโลหะพาราแมกเนติก: มันไม่ดึงดูดเหมือนเหล็กในสนามแม่เหล็ก แต่ไม่ถูกผลักออกมาเหมือนทองแดง ความไวต่อแม่เหล็กของมันอ่อนแอมาก คุณสมบัติเหล่านี้สามารถใช้ในการก่อสร้างได้ เช่น บนเรือ เครื่องมือ และอุปกรณ์ที่ไม่ใช่แม่เหล็ก
ดังนั้นไทเทเนียมจึงมีข้อดีมากกว่าข้อเสีย และความจริงที่ว่าคุณสมบัติอื่น ๆ ด้อยกว่าเหล็กและโลหะผสมพิเศษบางชนิดก็ได้รับการชดเชยด้วยสถานการณ์ที่สำคัญที่สุดประการหนึ่ง ความเบา ความแข็งแรง ความเหนียว ความแข็ง ความทนทาน และคุณสมบัติอื่นๆ รวมอยู่ในโลหะชิ้นเดียว ถือเป็นอนาคตที่ดีสำหรับไทเทเนียม
ก่อนที่เราจะบอกคุณว่าไทเทเนียม โลหะผสม และสารประกอบของมันถูกนำมาใช้อย่างไรในปัจจุบัน และโอกาสใดบ้างที่จะเกิดขึ้นกับโลหะนี้ในอนาคตอันใกล้นี้ ให้เราพิจารณารายละเอียดว่าโลหะที่น่าทึ่งนี้แพร่หลายไปมากเพียงใดในจักรวาลของเรา บนดาวเคราะห์โลก ในรูปแบบใด พบได้ในหินของเปลือกโลก สิ่งที่สะสมเกิดขึ้น วิธีขุดแร่ เสริมสมรรถนะ และแปรรูปแร่เข้มข้น ให้เราติดตามเส้นทางอันยาวนานและยากลำบากในการได้รับไทเทเนียมบริสุทธิ์ การแปรรูปและการใช้งานโดยมนุษย์
มีความแข็งแรงสูงด้วยโลหะมากมาย คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์. เริ่มแรกใช้ในอุตสาหกรรมการป้องกันและการทหาร การพัฒนาวิทยาศาสตร์แขนงต่างๆ นำไปสู่การใช้ไทเทเนียมในวงกว้างมากขึ้น
ไททันในการผลิตเครื่องบิน
นอกจากความแข็งแรงสูงแล้ว ไทเทเนียมยังมีน้ำหนักเบาอีกด้วย โลหะนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้างเครื่องบิน ไทเทเนียมและโลหะผสมของไทเทเนียมเป็นวัสดุโครงสร้างที่ไม่สามารถทดแทนได้เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและทางกล
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ: จนถึงยุค 60 ไทเทเนียมส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตกังหันก๊าซสำหรับเครื่องยนต์อากาศยาน ต่อมาเริ่มใช้โลหะในการผลิตชิ้นส่วนสำหรับคอนโซลเครื่องบิน
ปัจจุบัน ไทเทเนียมถูกนำมาใช้เพื่อสร้างสกินเครื่องบิน ส่วนประกอบกำลัง ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ และอื่นๆ อีกมากมาย
ไทเทเนียมในเทคโนโลยีจรวดและอวกาศ
ในสภาวะ นอกโลกวัตถุใดๆ ก็ตามอยู่ภายใต้อุณหภูมิที่ต่ำมากและสูงมาก นอกจากนี้ยังมีรังสีและอนุภาคที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงอีกด้วย
วัสดุที่สามารถทนทานต่อทุกสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย ได้แก่ เหล็ก แพลทินัม ทังสเตน และไทเทเนียม จากตัวชี้วัดจำนวนหนึ่ง พบว่าโลหะชนิดหลังมีความพึงพอใจ
ไทเทเนียมในการต่อเรือ
ในการต่อเรือ ไททาเนียมและอัลลอยด์ใช้สำหรับการหุ้มเรือ เช่นเดียวกับในการผลิตท่อและชิ้นส่วนปั๊ม
ไทเทเนียมที่มีความหนาแน่นต่ำทำให้สามารถเพิ่มความคล่องตัวของเรือและในขณะเดียวกันก็ลดน้ำหนักได้ ความต้านทานการกัดกร่อนและการสึกกร่อนสูงของโลหะช่วยเพิ่มอายุการใช้งาน (ชิ้นส่วนไม่เป็นสนิมและไม่เสี่ยงต่อความเสียหาย)
อุปกรณ์นำทางก็ทำมาจากไทเทเนียมเช่นกัน เนื่องจากโลหะชนิดนี้มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่อ่อนแอเช่นกัน
ไทเทเนียมในวิศวกรรมเครื่องกล
โลหะผสมไทเทเนียมใช้ในการผลิตท่อสำหรับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน คอนเดนเซอร์กังหัน และพื้นผิวภายในปล่องไฟ
ด้วยคุณสมบัติที่มีความแข็งแรงสูง ไทเทเนียมจึงช่วยให้คุณยืดอายุของอุปกรณ์และประหยัดงานซ่อมแซม
ไทเทเนียมในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ
ท่อที่ทำจากโลหะผสมไทเทเนียมจะช่วยให้เจาะได้ลึกถึง 15-20 กม. มีความทนทานสูงและไม่ถูกเปลี่ยนรูปอย่างรุนแรงเช่นเดียวกับโลหะอื่นๆ
ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการพัฒนาแหล่งน้ำมันและก๊าซในทะเลลึก ส่วนโค้ง ท่อ หน้าแปลน อะแดปเตอร์ ฯลฯ ทำจากโลหะที่มีความแข็งแรงสูง นอกจากนี้ ความต้านทานการกัดกร่อนของไทเทเนียมต่อน้ำทะเลยังมีบทบาทอย่างมากในการทำงานคุณภาพสูง
ไทเทเนียมในอุตสาหกรรมยานยนต์
การลดน้ำหนักของชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมยานยนต์ช่วยลดการใช้เชื้อเพลิงและลดปริมาณก๊าซไอเสีย และที่นี่ไทเทเนียมและโลหะผสมก็เข้ามาช่วยเหลือ สำหรับรถยนต์ (โดยเฉพาะรถแข่ง) สปริง วาล์ว โบลท์ เพลาส่งกำลัง และระบบไอเสียทำจากไทเทเนียม
ไททันกำลังก่อสร้าง
เนื่องจากความสามารถในการทนทานที่เป็นที่รู้จักมากที่สุด ปัจจัยลบ สิ่งแวดล้อมไทเทเนียมยังพบการประยุกต์ใช้ในการก่อสร้างอีกด้วย ใช้สำหรับการหุ้มภายนอกอาคาร, การหุ้มเสา, เป็นวัสดุมุงหลังคา, บัว, soffits, อุปกรณ์ยึด ฯลฯ
ไทเทเนียมในการแพทย์
และในด้านการแพทย์ ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากไททาเนียมและโลหะผสมก็ถูกครอบครองโดยกลุ่มเฉพาะขนาดใหญ่ โลหะที่แข็งแรง น้ำหนักเบา ไม่ก่อให้เกิดภูมิแพ้ และทนทานนี้ใช้ในการผลิตเครื่องมือผ่าตัด ขาเทียม รากฟันเทียม และอุปกรณ์ยึดกระดูก
ไททันในกีฬา
ด้วยความแข็งแกร่งและความเบาที่เท่ากัน ไทเทเนียมจึงเป็นที่นิยมในการผลิตอุปกรณ์กีฬา โลหะนี้ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนสำหรับจักรยาน ไม้กอล์ฟ ขวานน้ำแข็ง เครื่องใช้สำหรับการท่องเที่ยวและการปีนเขา ใบมีดสำหรับรองเท้าสเก็ต มีดสำหรับดำน้ำลึก ปืนพก (กีฬายิงปืน และการบังคับใช้กฎหมาย)
ไทเทเนียมในสินค้าอุปโภคบริโภค
ไทเทเนียมใช้ทำปากกาหมึกซึมและปากกาลูกลื่น เครื่องประดับ นาฬิกา จานชาม และอุปกรณ์ทำสวน กล่องต่างๆ โทรศัพท์มือถือ,คอมพิวเตอร์,โทรทัศน์.
สิ่งที่น่าสนใจ: ระฆังทำจากไทเทเนียม พวกเขามีเสียงที่ไพเราะและแปลกตา
การใช้งานอื่น ๆ ของไทเทเนียม
เหนือสิ่งอื่นใด ไทเทเนียมไดออกไซด์มีการใช้อย่างแพร่หลาย ใช้เป็นเม็ดสีขาวสำหรับผลิตสีและเคลือบเงา ผงสีขาวนี้มีพลังการซ่อนตัวสูงเช่น สามารถปกปิดสีใดๆ ที่ทาทับได้
เมื่อใช้ไททาเนียมไดออกไซด์กับพื้นผิวกระดาษ จะได้คุณสมบัติการพิมพ์และความเรียบเนียนสูง
เป็นการกำหนด E171 บนบรรจุภัณฑ์ของหมากฝรั่งและลูกอมที่บ่งชี้ว่ามีไททาเนียมไดออกไซด์ นอกจากนี้สารประกอบนี้ยังใช้ในการย้อมอีกด้วย ปูอัด, เค้ก, ยารักษาโรค, ครีม, เจล, แชมพู, เนื้อสับ, เส้นบะหมี่, แป้งเบาและเคลือบ
แผ่นไทเทเนียม - แผ่นไทเทเนียมม้วนและแผ่นไทเทเนียม VT1-0, VT20, OT4
ไทเทเนียม (lat. ไทเทเนียม; แสดงด้วยสัญลักษณ์ Ti) เป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองของกลุ่มที่สี่ซึ่งเป็นช่วงที่สี่ของตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมีโดยมีเลขอะตอม 22 สารไทเทเนียมอย่างง่าย (หมายเลข CAS: 7440- 32-6) เป็นโลหะเบาสีเงินขาว
เรื่องราว
การค้นพบ TiO 2 เกิดขึ้นเกือบจะพร้อมๆ กันและแยกจากกันโดยชาวอังกฤษ W. Gregor และ M. G. Klaproth นักเคมีชาวเยอรมัน W. Gregor กำลังศึกษาองค์ประกอบของทรายที่เป็นแม่เหล็ก (Creed, Cornwall, England, 1789) ได้แยก "โลก" (ออกไซด์) ใหม่จากโลหะที่ไม่รู้จักซึ่งเขาเรียกว่า menaken ในปี ค.ศ. 1795 Klaproth นักเคมีชาวเยอรมันได้ค้นพบธาตุใหม่ในแร่รูไทล์และตั้งชื่อให้มันว่าไทเทเนียม สองปีต่อมา Klaproth ได้ก่อตั้งว่าดินรูไทล์และดิน Menaken เป็นออกไซด์ของธาตุเดียวกัน ซึ่งทำให้เกิดชื่อ "ไทเทเนียม" ที่เสนอโดย Klaproth สิบปีต่อมา ไทเทเนียมถูกค้นพบเป็นครั้งที่สาม นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส L. Vauquelin ค้นพบไทเทเนียมในแอนาเทสและพิสูจน์ว่ารูไทล์และแอนาเทสเป็นไทเทเนียมออกไซด์ที่เหมือนกัน
โลหะไทเทเนียมตัวอย่างแรกได้รับในปี พ.ศ. 2368 โดย J. Ya. Berzelius เนื่องจากกิจกรรมทางเคมีที่สูงของไทเทเนียมและความยากลำบากในการทำให้บริสุทธิ์ ชาวดัตช์ A. van Arkel และ I. de Boer ได้ตัวอย่างบริสุทธิ์ของ Ti ในปี 1925 โดยการสลายตัวด้วยความร้อนของไอไทเทเนียมไอโอไดด์ TiI 4 .
ที่มาของชื่อ
โลหะได้ชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่ตัวละครไททัน ตำนานกรีกโบราณ, ลูกหลานของไกอา มาร์ติน คลาพรอธเป็นผู้ตั้งชื่อธาตุนี้ตามความคิดเห็นของเขาเกี่ยวกับการตั้งชื่อทางเคมี ซึ่งตรงกันข้ามกับโรงเรียนเคมีของฝรั่งเศสที่พยายามตั้งชื่อธาตุตามชื่อของมัน คุณสมบัติทางเคมี. เนื่องจากนักวิจัยชาวเยอรมันตั้งข้อสังเกตถึงความเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดคุณสมบัติของธาตุใหม่จากออกไซด์ของมันเท่านั้น เขาจึงเลือกชื่อจากเทพนิยายโดยการเปรียบเทียบกับยูเรเนียมที่เขาค้นพบก่อนหน้านี้
อย่างไรก็ตาม ตามเวอร์ชันอื่นที่ตีพิมพ์ในวารสาร "Technology-Youth" ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 โลหะที่เพิ่งค้นพบนี้ไม่ได้เป็นชื่อของไททันผู้ยิ่งใหญ่จากตำนานกรีกโบราณ แต่เป็นของ Titania ราชินีนางฟ้าในตำนานเทพนิยายเยอรมัน ( ภรรยาของโอเบรอนในภาพยนตร์เรื่อง The Dream in ของเช็คสเปียร์ คืนฤดูร้อน") ชื่อนี้มีความเกี่ยวข้องกับ "ความเบา" ที่ไม่ธรรมดา (ความหนาแน่นต่ำ) ของโลหะ
ใบเสร็จ
ตามกฎแล้ว วัสดุเริ่มต้นสำหรับการผลิตไทเทเนียมและสารประกอบของมันคือไทเทเนียมไดออกไซด์ซึ่งมีสิ่งสกปรกค่อนข้างน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันอาจเป็นรูไทล์เข้มข้นที่ได้จากการเสริมสมรรถนะแร่ไทเทเนียม อย่างไรก็ตามปริมาณสำรองของรูไทล์ในโลกนั้นมี จำกัด มากและมักใช้ที่เรียกว่าตะกรันรูไทล์สังเคราะห์หรือไทเทเนียมซึ่งได้จากการแปรรูปอิลเมไนต์เข้มข้น เพื่อให้ได้ตะกรันไทเทเนียม ความเข้มข้นของอิลเมไนต์จะลดลงในเตาอาร์คไฟฟ้า ในขณะที่เหล็กจะถูกแยกออกเป็นเฟสโลหะ (เหล็กหล่อ) และไทเทเนียมออกไซด์และสิ่งสกปรกที่ยังไม่ได้ลดลงจะก่อตัวเป็นเฟสตะกรัน ตะกรันเข้มข้นได้รับการประมวลผลโดยใช้วิธีคลอไรด์หรือกรดซัลฟิวริก
แร่ไททาเนียมเข้มข้นต้องผ่านกระบวนการกรดซัลฟิวริกหรือไพโรเมทัลโลจิคัล ผลิตภัณฑ์ของการบำบัดกรดซัลฟิวริกคือผงไทเทเนียมไดออกไซด์ TiO 2 โดยใช้วิธีการไพโรเมทัลโลจิคัล แร่จะถูกเผาด้วยโค้กและบำบัดด้วยคลอรีน ทำให้เกิดไอไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ TiCl 4:
TiO 2 + 2C + 2Cl 2 =TiCl 2 + 2CO
ไอระเหย TiCl 4 ที่ได้จะถูกรีดิวซ์ด้วยแมกนีเซียมที่ 850 °C:
TiCl 4 + 2Mg = 2MgCl 2 + Ti
“ฟองน้ำ” ไทเทเนียมที่ได้จะถูกละลายและทำความสะอาด ไทเทเนียมได้รับการขัดเกลาโดยใช้วิธีไอโอไดด์หรืออิเล็กโทรไลซิส โดยแยก Ti ออกจาก TiCl 4 เพื่อให้ได้แท่งไทเทเนียม ต้องใช้ส่วนโค้ง ลำแสงอิเล็กตรอน หรือพลาสมา
คุณสมบัติทางกายภาพ
ไทเทเนียมเป็นโลหะสีเงินสีขาวน้ำหนักเบา มีอยู่ในการปรับเปลี่ยนคริสตัลสองแบบ: α-Ti ที่มีโครงตาข่ายอัดแน่นหกเหลี่ยม, β-Ti ที่มีการบรรจุที่มีศูนย์กลางเป็นลูกบาศก์ อุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิก α↔β คือ 883 °C
มีความหนืดสูงและมีแนวโน้มที่จะเกาะติดระหว่างการประมวลผลทางกล เครื่องมือตัดดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการเคลือบแบบพิเศษกับเครื่องมือและสารหล่อลื่นต่างๆ
ที่อุณหภูมิปกติจะถูกคลุมด้วยฟิล์มฟิล์มป้องกัน TiO 2 ออกไซด์ ทำให้ทนทานต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมส่วนใหญ่ (ยกเว้นอัลคาไลน์)
ฝุ่นไทเทเนียมมีแนวโน้มที่จะระเบิด จุดวาบไฟ 400 °C. ขี้กบไทเทเนียมเป็นอันตรายจากไฟไหม้
1metal.com แพลตฟอร์มการซื้อขายโลหะ 1metal.com ข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับ Titan และโลหะผสมจากบริษัทยูเครนบนแพลตฟอร์มการซื้อขายโลหะ 1metal.com 4.6 ดาว อิงจาก 95
ไทเทเนียมและโลหะผสมของมันไทเทเนียมแพร่หลายในเปลือกโลกซึ่งมีประมาณ 6% และในแง่ของความอุดมสมบูรณ์นั้นอยู่ในอันดับที่สี่รองจากอลูมิเนียม เหล็ก และแมกนีเซียม อย่างไรก็ตามวิธีการทางอุตสาหกรรมสำหรับการสกัดได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษที่ 40 ของศตวรรษที่ 20 เท่านั้น ด้วยความก้าวหน้าในด้านการผลิตเครื่องบินและจรวด การผลิตไทเทเนียมและโลหะผสมจึงมีการพัฒนาอย่างเข้มข้น สิ่งนี้อธิบายได้จากการผสมผสานคุณสมบัติอันทรงคุณค่าของไทเทเนียม เช่น ความหนาแน่นต่ำ และมีความแข็งแรงจำเพาะสูง (สใน /r × ก), ความต้านทานการกัดกร่อน, ความสามารถในการผลิตระหว่างการบำบัดด้วยแรงดันและความสามารถในการเชื่อม, ความต้านทานต่อความเย็น, ไม่เป็นแม่เหล็ก และคุณลักษณะทางกายภาพและทางกลอันมีค่าอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งที่ระบุด้านล่าง
ลักษณะของคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของไทเทเนียม (VT1-00)
ความหนาแน่น r, กก./ลบ.ม. 3 | 4.5 × 10 –3 |
อุณหภูมิหลอมละลาย ตกรุณา , องศาเซลเซียส | 1668±4 |
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น × 10 –6 , องศา –1 | 8,9 |
ค่าการนำความร้อน l, W/(m × deg) | 16,76 |
ความต้านแรงดึงอยู่ที่ MPa | 300–450 |
หลักฐานความแข็งแรงของผลผลิต s 0.2 , MPa | 250–380 |
ความแรงจำเพาะ (s in /r × ก)× 10 –3 , กม | 7–10 |
การยืดตัวสัมพัทธ์ d,% | 25–30 |
การแคบแบบสัมพัทธ์ Y, % | 50–60 |
โมดูลัสของความยืดหยุ่นปกติ อี' 10 –3, เมกะปาสคาล | 110,25 |
โมดูลัสแรงเฉือน จี 10 –3, เมกะปาสคาล | 41 |
อัตราส่วนปัวซอง m | 0,32 |
ความแข็ง HB | 103 |
แรงกระแทก KCU, J/cm 2 | 120 |
ไทเทเนียมมีการดัดแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกสองแบบ: a-titanium ที่มีโครงตาข่ายอัดแน่นหกเหลี่ยมพร้อมคาบ ก= 0.296 นาโนเมตร กับ= 0.472 นาโนเมตรและการดัดแปลงที่อุณหภูมิสูงของบีไทเทเนียมโดยมีโครงตาข่ายที่มีศูนย์กลางเป็นลูกบาศก์โดยมีคาบ ก= 0.332 nm ที่ 900 ° C อุณหภูมิของโพลีมอร์ฟิก a « b -การเปลี่ยนแปลงคือ 882 ° C
คุณสมบัติทางกลของไทเทเนียมขึ้นอยู่กับปริมาณสิ่งเจือปนในโลหะอย่างมาก มีสิ่งสกปรกคั่นระหว่างหน้า - ออกซิเจน, ไนโตรเจน, คาร์บอน, ไฮโดรเจนและสิ่งสกปรกทดแทนซึ่งรวมถึงเหล็กและซิลิคอน แม้ว่าสิ่งสกปรกจะเพิ่มความแข็งแรง แต่ในขณะเดียวกันก็ลดความเหนียวลงอย่างรวดเร็วและสิ่งสกปรกคั่นระหว่างหน้าโดยเฉพาะก๊าซก็มีผลเสียที่รุนแรงที่สุด ด้วยการใช้เพียง 0.003% H, 0.02% N หรือ 0.7% O ไทเทเนียมจะสูญเสียความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกและแตกหักโดยสิ้นเชิง
ไฮโดรเจนเป็นอันตรายอย่างยิ่ง การแตกตัวของไฮโดรเจนโลหะผสมไทเทเนียม ไฮโดรเจนเข้าสู่โลหะในระหว่างการหลอมและการแปรรูปในภายหลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการดองผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป ไฮโดรเจนละลายได้เล็กน้อยในเอไททาเนียมและก่อตัวเป็นอนุภาคไฮไดรด์ที่มีลักษณะคล้ายแผ่น ซึ่งลดความต้านทานแรงกระแทกและให้ผลลบเป็นพิเศษในการทดสอบการแตกหักที่ล่าช้า
วิธีการผลิตไทเทเนียมทางอุตสาหกรรมประกอบด้วยการเสริมสมรรถนะและคลอรีนของแร่ไทเทเนียม ตามด้วยรีดักชันจากไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ด้วยโลหะแมกนีเซียม (วิธีแมกนีเซียม-ความร้อน) ได้มาโดยวิธีนี้ ฟองน้ำไทเทเนียม(GOST 17746–79) ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกลที่ผลิตเกรดต่อไปนี้:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-T V (ดูตาราง 17.1) ตัวเลขหมายถึงความแข็งของ Brinell HB, T B - แข็ง
เพื่อให้ได้ไทเทเนียมเสาหิน ฟองน้ำจะถูกบดเป็นผง กดและเผา หรือหลอมในเตาอาร์คในสุญญากาศหรือในบรรยากาศของก๊าซเฉื่อย
มีคุณสมบัติทางกลของไทเทเนียม การผสมผสานที่ดีความแข็งแรงและความเหนียว ตัวอย่างเช่น เกรดไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางเทคนิค VT1-0 มี: s ใน = 375–540 MPa, s 0.2 = 295–410 MPa, d ³ 20% และตามลักษณะเหล่านี้ ก็ไม่ด้อยไปกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนและ Cr-Ni ที่ทนต่อการกัดกร่อนจำนวนหนึ่ง
ความเหนียวสูงของไทเทเนียมเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะอื่นๆ ที่มีตาข่าย hcp (Zn, Mg, Cd) อธิบายได้ด้วยระบบสลิปและคู่จำนวนมากเนื่องจากมีอัตราส่วนที่ต่ำ กับ/ก= 1.587. เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับความต้านทานต่อความเย็นสูงของไทเทเนียมและโลหะผสม (สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม ดูบทที่ 13)
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 250°C ความแข็งแรงของไทเทเนียมจะลดลงเกือบ 2 เท่า อย่างไรก็ตามโลหะผสม Ti ทนความร้อนมีความแข็งแรงจำเพาะไม่เท่ากันในช่วงอุณหภูมิ 300–600 ° C; ที่อุณหภูมิสูงกว่า 600 ° C โลหะผสมไทเทเนียมจะด้อยกว่าโลหะผสมที่มีธาตุเหล็กและนิกเกิล
ไทเทเนียมมีโมดูลัสยืดหยุ่นปกติต่ำ ( อี= 110.25 GPa) - น้อยกว่าเหล็กและนิกเกิลเกือบ 2 เท่าซึ่งทำให้ยากต่อการผลิตโครงสร้างที่แข็งแกร่ง
ไทเทเนียมเป็นหนึ่งในโลหะที่ออกฤทธิ์ทางเคมี แต่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูง เนื่องจากมีฟิล์มพาสซีฟ TiO 2 ที่มีความเสถียรเกิดขึ้นบนพื้นผิว และยึดติดอย่างแน่นหนากับโลหะฐาน และไม่รวมการสัมผัสโดยตรงกับสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ความหนาของฟิล์มนี้มักจะอยู่ที่ 5–6 นาโนเมตร
ต้องขอบคุณฟิล์มออกไซด์ ไทเทเนียมและโลหะผสมของไทเทเนียมจึงไม่กัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ ในน้ำจืดและน้ำทะเล และทนทานต่อการกัดกร่อนแบบคาวิเทชันและการกัดกร่อนจากความเค้น เช่นเดียวกับกรดที่มีต้นกำเนิดจากสารอินทรีย์
การผลิตผลิตภัณฑ์จากไทเทเนียมและโลหะผสมมีจำนวนมากมาย คุณสมบัติทางเทคโนโลยี. เนื่องจากไทเทเนียมหลอมเหลวมีกิจกรรมทางเคมีสูง การหลอม การหล่อ และการเชื่อมอาร์กจึงดำเนินการในสุญญากาศหรือในบรรยากาศของก๊าซเฉื่อย
ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนและการปฏิบัติงาน โดยเฉพาะที่อุณหภูมิสูงกว่า 550–600 ° C จำเป็นต้องใช้มาตรการเพื่อปกป้องไทเทเนียมจากการเกิดออกซิเดชันและความอิ่มตัวของก๊าซ (ชั้นอัลฟา) (ดูบทที่ 3)
ไทเทเนียมสามารถรีดได้ดีเมื่อร้อน และกดได้ดีเมื่อเย็น มันถูกรีด ปลอมแปลง และประทับตราอย่างง่ายดาย ไทเทเนียมและโลหะผสมของมันถูกเชื่อมอย่างดีด้วยการเชื่อมด้วยความต้านทานและอาร์กอนอาร์ก ทำให้ข้อต่อมีความแข็งแรงและความเหนียวสูง ข้อเสียของไทเทเนียมคือความสามารถในการขึ้นรูปได้ไม่ดี เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะเกาะติด มีการนำความร้อนต่ำ และมีคุณสมบัติต้านการเสียดสีต่ำ
วัตถุประสงค์หลักของการผสมโลหะผสมไทเทเนียมคือเพื่อเพิ่มความแข็งแรง ทนความร้อน และต้านทานการกัดกร่อน โลหะผสมของไทเทเนียมกับอลูมิเนียม, โครเมียม, โมลิบดีนัม, วานาเดียม, แมงกานีส, ดีบุกและองค์ประกอบอื่น ๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย องค์ประกอบของโลหะผสมมีอิทธิพลอย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกของไทเทเนียม
ตารางที่ 17.1
แสตมป์, องค์ประกอบทางเคมี(%) และความแข็งของฟองน้ำไทเทเนียม (GOST 17746–79)
ติไม่น้อย | ความแข็ง NV 10/1500/30 ไม่มีอีกแล้ว |
||||||||
ตารางที่ 17.2
เกรดและองค์ประกอบทางเคมี (%) ของโลหะผสมไทเทเนียมดัด (GOST 19807–91)
การกำหนด | ||||||||||||||
บันทึก. ผลรวมของสิ่งเจือปนอื่นๆ ในโลหะผสมทั้งหมดคือ 0.30% ในโลหะผสม VT1-00 - 0.10%
การก่อตัวของโครงสร้างและด้วยเหตุนี้ คุณสมบัติของโลหะผสมไททาเนียมจึงได้รับอิทธิพลอย่างชัดเจนจากการเปลี่ยนเฟสที่เกี่ยวข้องกับความหลากหลายของไทเทเนียม ในรูป รูปที่ 17.1 นำเสนอไดอะแกรมของไดอะแกรมสถานะ "องค์ประกอบโลหะผสมไทเทเนียม" ซึ่งสะท้อนถึงการแบ่งองค์ประกอบโลหะผสมออกเป็นสี่กลุ่มตามลักษณะของอิทธิพลที่มีต่อการเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิกของไทเทเนียม
ก -สารคงตัว(Al, O, N) ซึ่งเพิ่มอุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิก a « b และขยายขอบเขตของสารละลายของแข็งโดยใช้ a-ไทเทเนียม (รูปที่ 17.1, ก). เมื่อพิจารณาถึงผลกระทบที่เกิดจากการเปราะของไนโตรเจนและออกซิเจน มีเพียงอะลูมิเนียมเท่านั้นที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติสำหรับการผสมไทเทเนียม เป็นองค์ประกอบการผสมหลักในโลหะผสมไทเทเนียมอุตสาหกรรมทั้งหมด ลดความหนาแน่นและความไวต่อการเกิดการเปราะของไฮโดรเจน และยังเพิ่มความแข็งแรงและโมดูลัสยืดหยุ่นอีกด้วย โลหะผสมที่มีโครงสร้าง a เสถียรจะไม่เสริมความแข็งแรงด้วยการบำบัดความร้อน
Isomorphic b-stabilizers (Mo, V, Ni, Ta ฯลฯ) ซึ่งลดอุณหภูมิของ « การแปลง b และขยายขอบเขตของสารละลายของแข็งโดยใช้ b-ไทเทเนียม (รูปที่ 17.1, ข).
สารทำให้คงตัวบีที่ก่อตัวเป็นยูเทคตอยด์ (Cr, Mn, Cu ฯลฯ) สามารถสร้างสารประกอบระหว่างโลหะประเภท TiX กับไทเทเนียมได้ ในกรณีนี้ เมื่อเย็นตัวลง เฟส b จะผ่านการเปลี่ยนแปลงของยูเทคตอยด์ b ® a + TiX (รูปที่ 17.1, วี). ส่วนใหญ่
b-stabilizers ช่วยเพิ่มความแข็งแรง ทนความร้อน และเสถียรภาพทางความร้อนของโลหะผสมไททาเนียม ซึ่งช่วยลดความเหนียวลงได้บ้าง (รูปที่ 17.2) นอกจากนี้ อัลลอยด์ที่มีโครงสร้าง (a + b) และโครงสร้างหลอก-b สามารถเสริมความแข็งแกร่งได้ด้วยการบำบัดความร้อน (การชุบแข็ง + การเสื่อมสภาพ)
องค์ประกอบที่เป็นกลาง (Zr, Sn) ไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิกและไม่เปลี่ยนองค์ประกอบเฟสของโลหะผสมไทเทเนียม (รูปที่ 17.1, ช).
การแปลงโพลีมอร์ฟิก b ® a สามารถเกิดขึ้นได้สองวิธี ด้วยการระบายความร้อนที่ช้าและการเคลื่อนตัวของอะตอมสูง มันเกิดขึ้นตามกลไกการแพร่กระจายตามปกติด้วยการก่อตัวของโครงสร้างหลายเหลี่ยมของสารละลายของแข็ง ในระหว่างการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว - ตามกลไกมาร์เทนซิติกที่ปราศจากการแพร่กระจายพร้อมกับการก่อตัวของโครงสร้างมาร์เทนซิติกแบบแอคคูลาร์ซึ่งกำหนด ¢ หรือด้วยระดับโลหะผสมที่สูงกว่า - a ¢ ¢ โครงสร้างผลึกของ a , a ¢ , a ¢ ¢ เกือบจะเป็นชนิดเดียวกัน (hcp) อย่างไรก็ตาม โครงข่ายของ ¢ และ ¢ ¢ นั้นบิดเบี้ยวมากกว่า และระดับความบิดเบี้ยวจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของธาตุโลหะผสมที่เพิ่มขึ้น มีหลักฐาน [1] ว่าโครงตาข่ายของเฟส ¢ ¢ มีออร์โธฮอมบิกมากกว่าหกเหลี่ยม ในระหว่างการเสื่อมสภาพ เฟส b หรือเฟสระหว่างโลหะจะถูกปล่อยออกมาจากเฟส a ¢ และ a ¢ ¢
ข้าว. 17.1. แผนภาพสถานะของระบบองค์ประกอบ Ti-alloying (แบบแผน):
ก) “Ti-a-stabilizers”;
ข) “สารทำให้คงตัวบีแบบ Ti-ไอโซมอร์ฟิก”;
วี) “สารคงตัวบีที่ก่อรูปไท-ยูเทคตอยด์”;
ช) "องค์ประกอบ Ti-เป็นกลาง"
ข้าว. 17.2. อิทธิพลของธาตุผสมต่อคุณสมบัติทางกลของไทเทเนียม
ซึ่งแตกต่างจากมาร์เทนไซต์ของเหล็กกล้าคาร์บอนซึ่งเป็นสารละลายคั่นระหว่างหน้าและมีเอกลักษณ์เฉพาะด้วยความแข็งแรงและความเปราะสูง ไทเทเนียมมาร์เทนไซต์เป็นสารละลายทดแทน และการแข็งตัวของโลหะผสมไทเทเนียมกับมาร์เทนไซต์ a ¢ นำไปสู่การเสริมสร้างความเข้มแข็งเล็กน้อยและไม่ได้มาพร้อมกับการลดลงอย่างรวดเร็วใน ความเหนียว
การแปลงเฟสที่เกิดขึ้นระหว่างการระบายความร้อนที่ช้าและรวดเร็วของโลหะผสมไทเทเนียมที่มีสาร b-stabilizer ต่างกัน รวมถึงโครงสร้างผลลัพธ์จะสะท้อนให้เห็นในแผนภาพทั่วไป (รูปที่ 17.3) ใช้ได้กับสารคงตัวบีแบบไอโซมอร์ฟิก (รูปที่ 17.1, ข) และด้วยการประมาณค่าบางส่วนสำหรับสารคงตัวบีที่ก่อตัวเป็นยูเทคตอยด์ (รูปที่ 17.1, วี) เนื่องจากการสลายตัวของยูเทคตอยด์ในโลหะผสมเหล่านี้เกิดขึ้นช้ามากและสามารถละเลยได้
ข้าว. 17.3. แผนผังการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบเฟสของโลหะผสม “Ti-b-stabilizer” ขึ้นอยู่กับความเร็ว
การทำความเย็นและการแข็งตัวจากบริเวณ b
ด้วยการระบายความร้อนช้าๆ ในโลหะผสมไทเทเนียม ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของ b-stabilizer ทำให้ได้โครงสร้างต่อไปนี้: a, a + b หรือ b ตามลำดับ
เมื่อแข็งตัวอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนซิติกในช่วงอุณหภูมิ M n – M k (แสดงด้วยเส้นประในรูปที่ 17.3) ควรแยกแยะโลหะผสมสี่กลุ่ม
กลุ่มแรกประกอบด้วยโลหะผสมที่มีองค์ประกอบที่ทำให้เสถียรด้วยความเข้มข้นของ b สูงถึง C1 กล่าวคือ อัลลอยด์ที่เมื่อชุบแข็งจากบริเวณ b จะมีโครงสร้างเฉพาะ ¢ (a ¢ ¢) เท่านั้น หลังจากดับโลหะผสมเหล่านี้จากอุณหภูมิในบริเวณ (a + b) ในช่วงตั้งแต่การเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกไปจนถึง ต 1 โครงสร้างเป็นส่วนผสมของเฟส a ¢ (a ¢ ¢), a และ b และหลังจากการดับจากอุณหภูมิต่ำกว่า ต kr พวกเขามี (a + b) - โครงสร้าง
กลุ่มที่สองประกอบด้วยโลหะผสมที่มีความเข้มข้นขององค์ประกอบโลหะผสมตั้งแต่ C 1 ถึง C cr ซึ่งเมื่อดับจากบริเวณ b การเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนซิติกจะไม่เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์และมีโครงสร้าง a ¢ (a ¢ ¢) และ b . โลหะผสมของกลุ่มนี้หลังจากการดับจากอุณหภูมิจากการเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิกเป็น ต kr มีโครงสร้าง a ¢ (a ¢ ¢), a และ b และมีอุณหภูมิต่ำกว่า ต kr - โครงสร้าง (a + b)
การแข็งตัวของโลหะผสมของกลุ่มที่สามด้วยความเข้มข้นขององค์ประกอบ b-stabilizing จาก C cr ถึง C 2 จากอุณหภูมิในภูมิภาค b หรือจากอุณหภูมิจากการเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิกเป็น ต 2 มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของส่วนหนึ่งของเฟส b เป็นเฟส w และโลหะผสมประเภทนี้หลังจากการดับจะมีโครงสร้าง (b + w) โลหะผสมของกลุ่มที่สามหลังจากดับที่อุณหภูมิต่ำกว่า ต 2 มีโครงสร้าง (b + a)
โลหะผสมของกลุ่มที่สี่หลังจากการดับจากอุณหภูมิที่สูงกว่าการเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิกจะมีโครงสร้าง b โดยเฉพาะ และจากอุณหภูมิที่ต่ำกว่าการเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิก - (b + a)
ควรสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลง b ® b + w สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในระหว่างการชุบโลหะผสมที่มีความเข้มข้น (C cr –C 2) และในระหว่างการชราภาพของโลหะผสมที่มีความเข้มข้นมากกว่า C 2 ซึ่งมีเฟส b ที่แพร่กระจายได้ . ไม่ว่าในกรณีใด การมีอยู่ของเฟส w เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ เนื่องจากจะทำให้โลหะผสมไทเทเนียมเกิดการเปราะอย่างรุนแรง ระบบการรักษาความร้อนที่แนะนำไม่รวมถึงโลหะผสมทางอุตสาหกรรมหรือลักษณะที่ปรากฏภายใต้สภาวะการทำงาน
สำหรับโลหะผสมไททาเนียมที่ใช้ ประเภทต่อไปนี้การรักษาความร้อน: การหลอม การแข็งตัว และการเสื่อมสภาพ รวมถึงการบำบัดด้วยสารเคมีและความร้อน (ไนไตรด์ ซิลิคอนไนเซชัน ออกซิเดชัน ฯลฯ)
การหลอมจะดำเนินการสำหรับโลหะผสมไทเทเนียมทั้งหมดเพื่อสร้างโครงสร้างให้สมบูรณ์ ปรับระดับความแตกต่างของโครงสร้างและความเข้มข้น ตลอดจนคุณสมบัติทางกล อุณหภูมิการหลอมควรสูงกว่าอุณหภูมิการตกผลึกซ้ำ แต่ต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นสถานะ b ( ต pp) เพื่อหลีกเลี่ยงการเจริญเติบโตของเมล็ดข้าว นำมาใช้ การหลอมแบบปกติสองเท่าหรือแบบไอโซเทอร์มอล(เพื่อรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างและคุณสมบัติ) ไม่สมบูรณ์(เพื่อลบ ความเครียดภายใน).
การชุบแข็งและการเสื่อมสภาพ (การชุบแข็งด้วยความร้อน) สามารถใช้ได้กับโลหะผสมไททาเนียมที่มีโครงสร้าง (a + b) หลักการของการเสริมการรักษาความร้อนคือการได้รับเฟสที่สามารถแพร่กระจายได้ b, a¢, a¢¢ ในระหว่างการชุบแข็งและการสลายตัวตามมาด้วยการปล่อยอนุภาคที่กระจัดกระจายของเฟส a และ b ในช่วงอายุเทียม ในกรณีนี้ ผลการเสริมความแข็งแกร่งขึ้นอยู่กับชนิด ปริมาณ และองค์ประกอบของเฟสที่แพร่กระจายได้ เช่นเดียวกับการกระจายตัวของอนุภาคเฟส a และ b ที่เกิดขึ้นหลังจากการเสื่อมสภาพ
การบำบัดด้วยสารเคมีและความร้อนดำเนินการเพื่อเพิ่มความแข็งและความต้านทานต่อการสึกหรอ ความต้านทานต่อ "การตั้งค่า" เมื่อทำงานภายใต้แรงเสียดทาน ความเมื่อยล้า รวมถึงการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน ทนความร้อน และทนความร้อน การใช้งานจริงมีไนไตรดิ้ง, ซิลิกอนไนเซชันและเมทัลไลเซชันแบบแพร่กระจายบางประเภท
โลหะผสมไทเทเนียมเมื่อเทียบกับไทเทเนียมทางเทคนิคแล้ว มีความแข็งแรงสูงกว่า รวมถึงที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่ยังคงความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อนค่อนข้างสูง
ตราสินค้าและองค์ประกอบทางเคมีของประเทศ
โลหะผสม (GOST 19807–91) แสดงไว้ในตาราง 1 17.2.
ตามเทคโนโลยีการผลิต โลหะผสมไททาเนียมแบ่งออกเป็น สร้างขึ้นและหล่อ; ตามระดับคุณสมบัติทางกล - สำหรับโลหะผสม ความแข็งแรงต่ำและความเหนียวที่เพิ่มขึ้น, เฉลี่ย ความแข็งแรงมีความแข็งแรงสูง; ตามเงื่อนไขการใช้งาน-ออน ทนความเย็น ทนความร้อน ทนต่อการกัดกร่อน . ขึ้นอยู่กับความสามารถในการเสริมความแข็งแกร่งด้วยการบำบัดความร้อน พวกมันแบ่งออกเป็น ชุบแข็งได้และ ไม่สามารถเสริมแรงได้ตามโครงสร้างในสถานะอบอ่อน - เป็น -, หลอก-a -, (a + b)-, หลอก-b - และ b - โลหะผสม (ตารางที่ 17.3)
โลหะผสมไททาเนียมแต่ละกลุ่มมีค่าสัมประสิทธิ์การรักษาเสถียรภาพตามเงื่อนไขต่างกัน กิโลไบต์ซึ่งแสดงอัตราส่วนของเนื้อหาขององค์ประกอบโลหะผสมที่ทำให้เสถียร b ต่อเนื้อหาในโลหะผสมขององค์ประกอบที่สำคัญ กับ cr. เมื่อโลหะผสมมีองค์ประกอบที่ทำให้เสถียร b หลายตัว กิโลไบต์ถูกสรุป
< 700 MPa ได้แก่: a -โลหะผสมเกรด VT1-00, VT1-0 (ไทเทเนียมทางเทคนิค) และโลหะผสม OT4-0, OT4-1 (ระบบ Ti-Al-Mn), AT3 (ระบบ Ti-Al ที่เติม Cr เล็กน้อย , Fe, Si, B) เกี่ยวข้องกับโลหะผสมเทียมที่มีเฟส b จำนวนเล็กน้อย ลักษณะความแข็งแรงของโลหะผสมเหล่านี้สูงกว่าไทเทเนียมบริสุทธิ์เนื่องจากการเจือปนในโลหะผสม VT1-00 และ VT1-0 และการเจือเล็กน้อยด้วยสารคงตัว a- และ b ในโลหะผสม OT4-0, OT4-1, AT3
โลหะผสมเหล่านี้มีลักษณะความเหนียวสูงทั้งในสภาวะร้อนและเย็น ซึ่งทำให้ได้ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปทุกประเภท: ฟอยล์ เทป แผ่น แผ่น แผ่น การตีขึ้นรูป การปั๊ม โปรไฟล์ ท่อ ฯลฯ สมบัติทางกลของ ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปจากโลหะผสมเหล่านี้แสดงไว้ในตาราง 17.4–17.6.
ตารางที่ 17.3
การจำแนกโลหะผสมไทเทเนียมตามโครงสร้าง
กลุ่มโลหะผสม | เกรดโลหะผสม |
VT1-00, VT1-0, VT5, VT5-1, PT-7M |
|
หลอก-a-โลหะผสม | OT4-0, OT4-1, OT4, VT20, AT3 |
(a + b)-คลาสมาร์เทนซิติก ( กิโลไบต์= 0,3–0,9) | VT6S, VT6, VT14, VT8, VT9, PT-3V, VT3-1, AT3 |
(a + b) - อัลลอยด์ระดับการเปลี่ยนผ่าน ( กิโลไบต์= 1,0–1,4) | |
หลอก-b-อัลลอยด์ ( กิโลไบต์= 1,5–2,4) | VT35*, VT32*, VT15 |
ข -โลหะผสม ( กิโลไบต์= 2,5–3,0) |
* โลหะผสมที่มีประสบการณ์
ตารางที่ 17.4
สมบัติทางกลของแผ่นโลหะผสมไทเทเนียม (GOST 22178–76)
เกรดไทเทเนียม | สภาพของตัวอย่าง | ความหนาของแผ่น | ความต้านแรงดึง, s, MPa | การยืดตัวสัมพัทธ์, d, % |
อบอ่อน | ||||
เซนต์ 6.0–10.5 | ||||
เซนต์ 6.0–10.5 | ||||
อบอ่อน | ||||
เซนต์ 6.0–10.5 | ||||
เซนต์ 6.0–10.5 | ||||
เซนต์ 6.0–10.5 | ||||
885 (885–1080) | ||||
อบอ่อน | 885 (885–1050) | |||
เซนต์ 5.0–10.5 | 835 (835–1050) | |||
นิรภัยและ | ||||
เซนต์ 7.0–10.5 | ||||
อบอ่อน | 930 (930–1180) | |||
เซนต์ 4.0–10.5 | ||||
อบอ่อน | 980 (980–1180) | |||
เซนต์ 4.0–10.5 |
บันทึก. ข้อมูลในวงเล็บเป็นข้อมูลสำหรับแผ่นงานที่มีผิวสำเร็จสูง
ตารางที่ 17.5
สมบัติทางกลของแท่งที่ทำจากโลหะผสมไทเทเนียม (GOST 26492–85)
เกรดโลหะผสม | สถานะ | เส้นผ่าศูนย์กลางก้าน | ขีดจำกัด | ญาติ | ญาติ | เครื่องเพอร์คัชชัน |
อบอ่อน | ||||||
อบอ่อน | ||||||
อบอ่อน | 885 (905–1050) | |||||
835 (835–1050) | ||||||
แข็งตัวและมีอายุมากขึ้น | ||||||
อบอ่อน | ||||||
แข็งตัวและมีอายุมากขึ้น | ||||||
อบอ่อน | 930 (980–1230) | |||||
930 (930–1180) | ||||||
980 (980–1230) | ||||||
930 (930–1180) | ||||||
980 (1030–1230) | ||||||
930 (980–1230) | ||||||
อบอ่อน | 885 (885–1080) | |||||
865 (865–1080) | ||||||
แข็งตัวและมีอายุมากขึ้น | ||||||
อบอ่อน | 885 (930–1130) | |||||
885 (885–1130) | ||||||
1030 (1080–1230) | ||||||
1030 (1080–1280) | ||||||
บันทึก. ข้อมูลในวงเล็บเป็นข้อมูลสำหรับแท่งคุณภาพสูง
ตารางที่ 17.6
สมบัติทางกลของแผ่นโลหะผสมไทเทเนียม (GOST 23755–79)
เกรดโลหะผสม | สถานะ | ความหนาของแผ่นพื้น | ความต้านแรงดึงอยู่ที่ MPa | การยืดตัวสัมพัทธ์ d,% | การแคบแบบสัมพัทธ์ y, % | แรงกระแทก KCU, J/cm 2 |
ปราศจาก | ||||||
อบอ่อน | ||||||
อบอ่อน | ||||||
อารมณ์และอายุ | ||||||
อบอ่อน | ||||||
โดยไม่ต้องผ่านการบำบัดความร้อน |
การตีขึ้นรูปการปั๊มปริมาตรและแผ่นการรีดการกดจะดำเนินการในสภาวะร้อนตามโหมดที่ระบุในตาราง 17.7. การรีด การปั๊มแผ่น การวาด และการดำเนินการอื่นๆ ขั้นสุดท้ายจะดำเนินการในสภาวะเย็น
โลหะผสมและผลิตภัณฑ์เหล่านี้ที่ทำจากโลหะผสมเหล่านี้จะต้องผ่านการอบอ่อนตามระบบที่ระบุไว้ในตารางเท่านั้น 17.8. เพื่อบรรเทาความเครียดภายในที่เกิดจากการประมวลผลทางกล การปั๊มแผ่น การเชื่อม ฯลฯ จะใช้การอบอ่อนที่ไม่สมบูรณ์
โลหะผสมเหล่านี้เชื่อมอย่างดีโดยการเชื่อมฟิวชัน (อาร์กอนอาร์กอน อาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำ อิเล็กโทรสแล็ก) และการสัมผัส (เฉพาะจุด ลูกกลิ้ง) ในการเชื่อมฟิวชัน ความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อมเกือบจะคล้ายกับโลหะฐาน
ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมเหล่านี้สูงในหลายสภาพแวดล้อม (น้ำทะเล คลอไรด์ ด่าง กรดอินทรีย์ ฯลฯ) ยกเว้นสารละลายของ HF, H 2 SO 4, HCl และอื่นๆ
แอปพลิเคชัน. โลหะผสมเหล่านี้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเป็นวัสดุโครงสร้างสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป ชิ้นส่วน และโครงสร้างเกือบทั้งหมด รวมถึงชิ้นส่วนที่เชื่อมด้วย การใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงสุดคือในวิศวกรรมการบินและอวกาศ, วิศวกรรมเคมี, เทคโนโลยีการแช่แข็ง (ตารางที่ 17.9) รวมถึงในหน่วยและโครงสร้างที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 300–350 ° C
กลุ่มนี้รวมถึงโลหะผสมที่มีความต้านแรงดึง s in = 750–1,000 MPa ได้แก่: a -โลหะผสมเกรด VT5 และ VT5-1; โลหะผสมหลอกเกรด OT4, VT20; (a + b)-โลหะผสมของเกรด PT3V เช่นเดียวกับ VT6, VT6S, VT14 ในสถานะอบอ่อน
โลหะผสม VT5, VT5-1, OT4, VT20, PT3V, VT6S ซึ่งมี b-phase จำนวนเล็กน้อย (2–7% b-phase ในสถานะสมดุล) จะไม่อยู่ภายใต้การเสริมความแข็งแกร่งด้วยการบำบัดความร้อนและใช้ในการอบอ่อน สถานะ. บางครั้งโลหะผสม VT6S ถูกใช้ในสถานะเสริมความแข็งแกร่งด้วยความร้อน โลหะผสม VT6 และ VT14 ถูกนำมาใช้ทั้งในสถานะอบอ่อนและเสริมความร้อนด้วยความร้อน ในกรณีหลังนี้ ความแข็งแรงของพวกมันจะสูงกว่า 1,000 MPa และจะมีการหารือในส่วนเกี่ยวกับโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง
โลหะผสมที่พิจารณาพร้อมกับความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้นยังคงรักษาความเหนียวที่น่าพอใจในสภาวะเย็นและความเหนียวที่ดีในสภาวะร้อนซึ่งทำให้สามารถรับผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปทุกประเภทจากพวกเขา: แผ่น, แถบ, โปรไฟล์, การตีขึ้นรูป, การประทับตรา , ท่อ ฯลฯ ข้อยกเว้นคือโลหะผสม VT5 ซึ่งไม่ได้ผลิตแผ่นและแผ่นเนื่องจากพลาสติกที่มีเทคโนโลยีต่ำ โหมดการรักษาแรงดันร้อนแสดงไว้ในตาราง 17.7.
โลหะผสมประเภทนี้คิดเป็นปริมาณหลักของการผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปที่ใช้ในงานวิศวกรรมเครื่องกล ลักษณะทางกลของผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปหลักแสดงไว้ในตาราง 1 17.4–17.6.
โลหะผสมที่มีความแข็งแรงปานกลางทั้งหมดสามารถเชื่อมได้ดีโดยการเชื่อมทุกประเภทที่ใช้กับไททาเนียม ความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อมที่เกิดจากการเชื่อมฟิวชันนั้นใกล้เคียงกับความแข็งแรงและความเหนียวของโลหะฐาน (สำหรับโลหะผสม VT20 และ VT6S อัตราส่วนนี้คือ 0.9–0.95) หลังการเชื่อม แนะนำให้อบอ่อนบางส่วนเพื่อลดความเครียดจากการเชื่อมภายใน (ตาราง 17.8)
ความสามารถในการแปรรูปของโลหะผสมเหล่านี้เป็นสิ่งที่ดี ความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุดนั้นคล้ายคลึงกับไทเทเนียมทางเทคนิค VT1-0
ตารางที่ 17.7
รูปแบบการบำบัดด้วยความร้อนของโลหะผสมไททาเนียม
เกรดโลหะผสม | โหมดการหลอมโลหะ | โหมดการตีขึ้นรูปล่วงหน้า | กดโหมดการประทับตรา | โหมดการตอกค้อน | โหมด |
|||||||||
อุณหภูมิ | ความหนา, | อุณหภูมิ | อุณหภูมิ | อุณหภูมิ | อุณหภูมิ |
|||||||||
สิ้นสุด | สิ้นสุด | สิ้นสุด | สิ้นสุด |
|||||||||||
ทั้งหมด | ||||||||||||||
40–70 | ||||||||||||||
40–70 | ||||||||||||||
40–50** | ||||||||||||||
40–50** | ||||||||||||||
850 | 40–50** | |||||||||||||
ทั้งหมด | ||||||||||||||
* ระดับการเสียรูปต่อความร้อน, %
** การเสียรูปในภูมิภาค (a + b)
***การเสียรูปในภูมิภาค b
ตารางที่ 17.8
โหมดการหลอมของโลหะผสมไทเทเนียม
เกรดโลหะผสม | อุณหภูมิการหลอม°C | บันทึก |
|
ชีต | แท่ง, การตีขึ้นรูป, การประทับตรา, |
||
445–585 °C* |
|||
445–585 °C* |
|||
480–520°ซ* |
|||
520–560°ซ* |
|||
545–585 °ซ* |
|||
การอบอ่อนด้วยความร้อนใต้พิภพ: ให้ความร้อนถึง 870–920 ° C, ค้างไว้, เย็นลงที่ 600–650 ° C, ระบายความร้อนด้วยเตาเผาหรือถ่ายโอนไปยังเตาอื่น, ค้างไว้ 2 ชั่วโมง, ระบายความร้อนในอากาศ |
|||
การหลอมสองครั้งโดยการสัมผัสที่ 550–600 ° C เป็นเวลา 2–5 ชั่วโมง สำหรับชิ้นส่วนไฟฟ้าการหลอมที่ 850 ° C อนุญาตให้ระบายความร้อนด้วยอากาศได้ |
|||
550–650 องศาเซลเซียส* |
|||
อนุญาตให้หลอมตามโหมดต่อไปนี้: 1) ให้ความร้อนถึง 850 ° C, ถือ, ระบายความร้อนด้วยเตาเผาถึง 750 ° C, ถือไว้ 3.5 ชั่วโมง, ระบายความร้อนในอากาศ; 2) ให้ความร้อนถึง 800 ° C ค้างไว้ 30 นาที ระบายความร้อนด้วยเตาอบที่อุณหภูมิ 500 ° C จากนั้นในอากาศ |
|||
การหลอมสองครั้งสัมผัสที่ 570–600 ° C - 1 ชั่วโมง อนุญาตให้มีการอบอ่อนด้วยความร้อนใต้พิภพ: ให้ความร้อนถึง 920–950 ° C, ถือ, ทำความเย็นด้วยเตาเผาหรือถ่ายโอนไปยังเตาอื่นที่มีอุณหภูมิ 570–600 ° C, ค้างไว้ 1 ชั่วโมง, ระบายความร้อนในอากาศ |
|||
การหลอมสองครั้งสัมผัสที่ 530–580 ° C - 2–12 ชั่วโมง อนุญาตให้มีการอบอ่อนด้วยความร้อนใต้พิภพ: ให้ความร้อนถึง 950–980 ° C, ถือ, ระบายความร้อนด้วยเตาเผาหรือถ่ายโอนไปยังเตาอื่นที่มีอุณหภูมิ 530–580 ° C, ถือไว้ 2–12 ชั่วโมง, ระบายความร้อนในอากาศ |
|||
550–650 องศาเซลเซียส* |
|||
อนุญาตให้มีการอบอ่อนด้วยความร้อนใต้พิภพ: ให้ความร้อนถึง 790–810 ° C, ถือ, ระบายความร้อนด้วยเตาเผาหรือถ่ายโอนไปยังเตาอื่นที่ 640–660 ° C, ถือไว้ 30 นาที, ระบายความร้อนในอากาศ |
|||
อนุญาตให้หลอมชิ้นส่วนแผ่นที่อุณหภูมิ 650–750 ° C (600–650°ซ)* |
|||
(ขึ้นอยู่กับส่วนและประเภทของผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป) | ทำความเย็นด้วยเตาอบในอัตรา 2–4 °C/นาที ถึง 450 °C จากนั้นในอากาศ การหลอมสองครั้งโดยการสัมผัสที่ 500–650 ° C เป็นเวลา 1–4 ชั่วโมง อนุญาตให้มีการหลอมสองครั้งสำหรับชิ้นส่วนที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 300 ° C และระยะเวลาสูงสุด 2,000 ชั่วโมง |
||
(545–585°ซ*) |
* อุณหภูมิของการหลอมที่ไม่สมบูรณ์
ตารางที่ 17.9
ลักษณะทางกลของโลหะผสมไทเทเนียมที่อุณหภูมิต่ำ
s in (MPa) ที่อุณหภูมิ° C | d (%) ที่อุณหภูมิ° C | KSU, J/cm 2 ที่อุณหภูมิ° C |
||||||
แอปพลิเคชัน. โลหะผสมเหล่านี้ได้รับการแนะนำให้ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ปั๊มแผ่น (OT4, VT20) สำหรับชิ้นส่วนเชื่อมและชุดประกอบ สำหรับชิ้นส่วนเชื่อมประทับตรา (VT5, VT5-1, VT6S, VT20) ฯลฯ โลหะผสม VT6S ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับ การผลิตภาชนะและภาชนะ ความดันสูง. ชิ้นส่วนและชุดประกอบที่ทำจากโลหะผสม OT4, VT5 สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงถึง 400 ° C และในช่วงเวลาสั้น ๆ - สูงถึง 750 ° C; จากโลหะผสม VT5-1, VT20 - ระยะยาวที่อุณหภูมิสูงถึง 450–500 ° C และระยะสั้น - สูงถึง 800–850 ° C แนะนำให้ใช้โลหะผสม VT5-1, OT4, VT6S เพื่อใช้ในการทำความเย็นและการแช่แข็งด้วยความเย็น เทคโนโลยี (ตารางที่ 17.9)
กลุ่มนี้รวมถึงโลหะผสมที่มีความต้านทานแรงดึง s > 1,000 MPa ได้แก่ (a + b) - อัลลอยด์ของแบรนด์ VT6, VT14, VT3-1, VT22 โลหะผสมเหล่านี้มีความแข็งแรงสูงได้โดยการเสริมการรักษาความร้อน (การชุบแข็ง + การเสื่อมสภาพ) ข้อยกเว้นคือโลหะผสม VT22 โลหะผสมสูง ซึ่งแม้จะอยู่ในสถานะอบอ่อนก็มี s > 1,000 MPa
โลหะผสมเหล่านี้พร้อมด้วยความแข็งแรงสูงยังคงรักษาพลาสติกทางเทคโนโลยีที่ดี (VT6) และน่าพอใจ (VT14, VT3-1, VT22) ในสถานะร้อนซึ่งทำให้สามารถรับผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปต่างๆจากพวกเขา: แผ่น (ยกเว้น VT3- 1), แท่ง, แผ่น, การตีขึ้นรูป, การประทับ, โปรไฟล์ ฯลฯ โหมดการรักษาแรงดันร้อนแสดงไว้ในตาราง 17.7. โลหะผสม VT6 และ VT14 ในสถานะอบอ่อน (ที่ » 850 MPa) สามารถนำไปผ่านการปั๊มแผ่นเย็นโดยมีการเสียรูปเล็กน้อย ลักษณะทางกลของผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปหลักในสถานะอบอ่อนและชุบแข็งแสดงไว้ในตาราง 1 17.4–17.6.
แม้จะมีโครงสร้างเฮเทอโรเฟสิก แต่โลหะผสมที่อยู่ระหว่างการพิจารณาก็มีความสามารถในการเชื่อมที่น่าพอใจกับการเชื่อมทุกประเภทที่ใช้กับไทเทเนียม เพื่อให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงและความเหนียวในระดับที่ต้องการ จะต้องทำการหลอมให้สมบูรณ์ และสำหรับโลหะผสม VT14 (ที่มีความหนาของชิ้นส่วนที่เชื่อม 10–18 มม.) แนะนำให้ทำการชุบแข็งตามด้วยการบ่ม ในกรณีนี้ ความแข็งแรงของรอยเชื่อม (การเชื่อมฟิวชัน) มีค่าอย่างน้อย 0.9 ของความแข็งแรงของโลหะฐาน ความเหนียวของรอยเชื่อมนั้นใกล้เคียงกับความเหนียวของโลหะฐาน
ความสามารถในการแปรรูปเป็นที่น่าพอใจ การประมวลผลการตัดโลหะผสมสามารถทำได้ทั้งในสถานะอบอ่อนและเสริมความร้อนด้วยความร้อน
โลหะผสมเหล่านี้มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงในสถานะอบอ่อนและเสริมความแข็งแกร่งด้วยความร้อนในบรรยากาศชื้น น้ำทะเล และในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอื่นๆ เช่น ไทเทเนียมทางเทคนิค
การรักษาความร้อน . โลหะผสม VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 อาจมีการแข็งตัวและการเสื่อมสภาพ (ดูด้านบน) โหมดการให้ความร้อนที่แนะนำสำหรับการชุบแข็งและการบ่มสำหรับผลิตภัณฑ์เสาหิน ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป และชิ้นส่วนที่เชื่อมแสดงไว้ในตาราง 17.10.
การระบายความร้อนในระหว่างการชุบแข็งจะดำเนินการในน้ำและหลังจากอายุมากขึ้น - ในอากาศ รับประกันความสามารถในการชุบแข็งเต็มรูปแบบสำหรับชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะผสม VT6, VT6S ที่มีหน้าตัดสูงสุดถึง 40–45 มม. และสำหรับชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะผสม VT3-1, VT14, VT22 - สูงถึง 60 มม.
เพื่อให้แน่ใจว่าการผสมผสานระหว่างความแข็งแรงและความเหนียวของโลหะผสมที่น่าพอใจด้วยโครงสร้าง (a + b) หลังจากการชุบแข็งและการแก่ชรานั้น จำเป็นที่โครงสร้างของพวกเขาก่อนการเสริมกำลังการอบชุบด้วยความร้อนจะต้องเท่ากันหรือ "ตะกร้าสาน" ตัวอย่างของโครงสร้างจุลภาคเริ่มต้นที่ให้คุณสมบัติที่น่าพอใจจะแสดงอยู่ในรูปที่. 17.4 (ประเภท 1–7)
ตารางที่ 17.10
รูปแบบการเสริมความร้อนของโลหะผสมไททาเนียม
เกรดโลหะผสม | อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิก ตหน้า, ° C | อุณหภูมิ | อุณหภูมิ | ระยะเวลา |
โครงสร้างคล้ายเข็มเริ่มต้นของโลหะผสมโดยมีขอบเขตของเกรนปฐมภูมิของเฟส b (ประเภท 8–9) เมื่อถูกทำให้ร้อนเกินไปหลังจากการชุบแข็งและอายุหรือการหลอมอ่อนทำให้เกิดข้อบกพร่อง - ความแข็งแรงและความเหนียวลดลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการให้ความร้อนโลหะผสม (a + b) กับอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิก เนื่องจากโครงสร้างที่ได้รับความร้อนมากเกินไปไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยการบำบัดความร้อน
แนะนำให้ทำความร้อนระหว่างการรักษาความร้อนในเตาไฟฟ้าที่มีการควบคุมอุณหภูมิและบันทึกอัตโนมัติ เพื่อป้องกันการเกิดตะกรัน การทำความร้อนชิ้นส่วนและแผ่นสำเร็จรูปจะต้องดำเนินการในเตาเผาที่มีบรรยากาศการป้องกันหรือใช้สารเคลือบป้องกัน
เมื่อให้ความร้อนชิ้นส่วนแผ่นบางเพื่อชุบแข็ง เพื่อปรับอุณหภูมิให้เท่ากันและลดการบิดเบี้ยว แผ่นเหล็กหนา 30-40 มม. จะถูกวางไว้ใต้เตาเผา สำหรับการชุบแข็งชิ้นส่วนของโครงสร้างที่ซับซ้อนและชิ้นส่วนที่มีผนังบาง อุปกรณ์ยึดจะถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันการบิดงอและสายวัด
หลังจากการบำบัดด้วยอุณหภูมิสูง (การชุบแข็งหรือการอบอ่อน) ในเตาเผาที่ไม่มีบรรยากาศในการป้องกัน ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปที่ไม่ต้องผ่านกระบวนการแปรรูปเพิ่มเติมจะต้องผ่านการพ่นทรายด้วยทรายหรือการบำบัดด้วยทรายคอรันดัม และผลิตภัณฑ์แผ่นจะต้องถูกแกะสลักด้วย
แอปพลิเคชัน. โลหะผสมไทเทเนียมความแข็งแรงสูงใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนและส่วนประกอบเพื่อวัตถุประสงค์ที่สำคัญ: โครงสร้างแบบเชื่อม (VT6, VT14), กังหัน (VT3-1), ชุดประกอบแบบเชื่อมประทับตรา (VT14), ชิ้นส่วนรับน้ำหนักสูงและโครงสร้างประทับตรา (VT22) . โลหะผสมเหล่านี้สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 400°C เป็นเวลานาน และสูงถึง 750°C ในช่วงเวลาสั้นๆ
คุณลักษณะของโลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงในฐานะวัสดุโครงสร้างคือความไวที่เพิ่มขึ้นต่อหัวเน้นความเค้น ดังนั้นเมื่อออกแบบชิ้นส่วนจากโลหะผสมเหล่านี้ จำเป็นต้องคำนึงถึงข้อกำหนดหลายประการ (คุณภาพพื้นผิวที่เพิ่มขึ้น รัศมีการเปลี่ยนผ่านที่เพิ่มขึ้นจากส่วนหนึ่งไปอีกส่วนหนึ่ง ฯลฯ) ซึ่งคล้ายกับข้อกำหนดที่มีอยู่เมื่อใช้เหล็กที่มีความแข็งแรงสูง