Властивості і сфери застосування титану
Титан і сплави на його основі широко використовуються в самих різних сферах. Перш за все, титанові сплави знайшли широке застосування в будівництві різної техніки завдяки своїй високій корозійної стійкості, механічної міцності, невеликій щільності, жароміцності і безлічі інших характеристик. Розглядаючи властивості і застосування титану, не можна не відзначити його досить високу вартість. Однак вона в повній мірі компенсується характеристиками і довговічністю матеріалу.
Титан має високу міцність і температуру плавлення, відрізняється від інших металів довговічністю.
Основні властивості титану
Титан знаходиться в IV групі четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів. У найстійкіших і найбільш важливих зєднаннях елемент є чотирьохвалентним. Зовні титан нагадує сталь. Є перехідним елементом. Температура плавлення досягає майже 1700 °, а кипіння - 3300 °. Що стосується такого властивості, як прихована теплота плавлення і випаровування, то у титану вона практично в 2 рази перевищує аналогічний показник для заліза.
Має 2 аллотропические модифікації:
- Низькотемпературну, яка здатна існувати до температури в 882,5 °.
- Високотемпературну, стійку від температури в 882,5 ° до температури плавлення.
Таблиця характеристик титану і його сплавів.
Такі властивості, як питома теплоємність і щільність, мають у своєму розпорядженні титан між двома матеріалами з найбільш широким конструкційним використанням: залізом і алюмінієм. Механічна міцність титану майже в 2 рази перевищує цю характеристику у чистого заліза і практично в 6 разів у алюмінію. Однак властивості титану такі, що він здатний поглинати в великих кількостях водень, кисень і азот, що негативно відбивається на пластичних характеристиках матеріалу.
Матеріал характеризується дуже низькою теплопровідністю. Для порівняння, у заліза вона вище в 4 рази, а в алюмінію в 12. Що стосується такого властивості, як коефіцієнт термічного розширення, то при кімнатній температурі він має відносно низьке значення і зростає зі збільшенням температури.
Титан має малі модулі пружності. При підвищенні температури до 350 ° вони починають зменшуватися практично за лінійним законом. Саме цей момент є істотним недоліком матеріалу.
Титан характеризується досить великим значенням питомого електроопору. Воно може коливатися в досить широких межах і залежить від вмісту домішок.
Титан є парамагнітним матеріалом. Для таких речовин характерно зниження магнітної сприйнятливості в процесі нагрівання. Однак титан є винятком - при підвищенні температури його магнітна сприйнятливість значно зростає.
Сфери застосування титану
Медичні інструменти з титанового сплаву відрізняються високою корозійної міцністю, біологічною стійкістю і пластичністю.
Властивості матеріалу забезпечують досить широкий спектр сфер його застосування. Так, у великих обсягах сплави титану використовуються в будові судів і різної техніки. Налагоджено застосування матеріалу в якості легуючої добавки до сталей високої якості і в якості раскислителя. Сплави з нікелем знайшли застосування в техніці і медицині. Такі сполуки мають унікальні властивості, зокрема, вони мають памяттю форми.
Налагоджено застосування компактного титану у виробництві деталей електровакуумних приладів, що використовуються в умовах високих температур. Властивості технічного титану дозволяють використовувати його у виробництві клапанів, трубопроводів, насосів, арматури та інших виробів, що створюються для експлуатації в агресивних умовах.
Сплави характеризуються недостатньою теплопрочностью, проте мають високу корозійну стійкість. Це дозволяє використовувати різні сплави на основі титану в хімічній сфері. Наприклад, матеріал застосовується у виготовленні насосів для прокачування сірчаної та соляної кислоти. На сьогоднішній день тільки сплави на основі цього матеріалу можна використовувати у виробництві різного роду обладнання для хлорного промисловості.
Використання титану в транспортній промисловості
Сплави на основі цього матеріалу використовуються при виготовленні бронетанкової частини. А заміна різноманітних конструкційних елементів, які використовуються в транспортній промисловості, дозволяє знижувати витрата палива, збільшувати корисну вантажопідйомність, підвищувати межа втоми виробів і покращувати безліч інших характеристик.
При виробництві устаткування для хімічної промисловості з титану найважливіше властивість - корозійна стійкість металу.
Матеріал добре підходить для використання в будівництві залізничного транспорту. Одна з головних задач, яку потрібно вирішити на залізницях, повязана зі зниженням мертвого вантажу. Використання прутків і листів з титану дозволяє істотно знизити загальну масу складу, зменшити розміри букс і шийок, заощадити в тязі.
Вага має досить істотне значення і для причіпного транспорту. Використання титану замість стали при виробництві коліс і осей теж дозволяє істотно підвищити корисну вантажопідйомність.
Властивості матеріалу роблять можливим його використання в автомобілебудуванні. Матеріал характеризується оптимальним поєднанням міцності і вагових властивостей для систем відведення відпрацьованих газів і кручених пружин. Застосування титану і його сплавів дозволяє істотно знизити обсяг відпрацьованих газів, зменшити витрати палива і розширити застосування брухту і виробничих відходів шляхом їх переплавки. Матеріал і містять його сплави має безліч переваг в порівнянні з іншими використовуваними рішеннями.
Головним завданням розробки нових деталей і конструкцій є зменшення їх маси, від якої в тій чи іншій мірі залежить рух самого транспортного засобу. Зниження ваги рухомих вузлів і частин робить потенційно можливим скорочення витрат палива. Деталі з титану неодноразово доводили свою надійність. Вони досить широко застосовуються в авіакосмічній промисловості та конструкціях гоночних автомобілів.
Використання цього матеріалу дозволяє не тільки зменшити вагу деталей, але і вирішити питання зниження обсягу відпрацьованих газів.
Використання титану і його сплавів в сфері будівництва
У будівництві широко використовується сплав титану з цинком. Цей сплав характеризується високими механічними показниками і стійкістю до корозії, відрізняється високою жорсткістю і пластичністю. У складі сплаву міститься до 0,2% легуючих добавок, що виконують функції модифікаторів структури. Завдяки алюмінію і міді забезпечується необхідна пластичність. Крім того, використання міді дозволяє підвищити граничну міцність матеріалу на розтяг, а поєднання хімічних елементів сприяє зниженню коефіцієнта розширення. Сплав застосовується і для виробництва довгих стрічок і листів з хорошими естетичними характеристиками.
Титан часто використовується в космічних технологіях завдяки його легкості, міцності і тугоплавкої.
Серед головних якостей сплаву титану з цинком, важливих саме для будівництва, можна відзначити такі хімічні і фізичні властивості, як висока стійкість до корозії, гарний зовнішній вигляд і безпеку для здоровя людей та навколишнього середовища.
Матеріал відрізняється хорошою пластичністю, без проблем піддається глибокій витяжці, що дозволяє використовувати його в покрівельних роботах. У сплаву немає ніяких проблем з пайкою. Саме тому різні обємні конструкції і нестандартні архітектурні елементи на зразок куполів і шпилів виготовляються з цинк-титану, а не міді або оцинкованої сталі. У рішенні подібних задач даний сплав є незамінним.
Сфера використання сплаву дуже широка. Його застосовують в фасадних і покрівельних роботах, з нього виготовляються вироби різної конфігурації і практично будь-якої складності, він широко застосовується у виробництві різноманітних декоративних виробів типу відсотків, відливів, покрівельних ковзанів і т.д.
Цей сплав відрізняється дуже тривалим терміном служби. Понад сторіччя він не буде вимагати фарбування і частих поточних ремонтних робіт. Також серед істотних переваг матеріалу слід виділити його здатність відновлюватися. Несуттєві ушкодження у вигляді подряпин від гілок, птахів і т.п. через якийсь час усуваються самі по собі.
Вимоги до будівельних матеріалів стають все більш серйозними і строгими. Дослідницькі компанії ряду країн вивчали грунт навколо будівель, побудованих з використанням сплаву цинку і титану. Результати досліджень підтвердили, що матеріал є повністю безпечним. Він не має канцерогенних властивостей і не шкодить людському здоровю. Цинк-титан є негорючим будматеріалом, що додатково підвищує безпеку.
З урахуванням всіх перерахованих позитивних характеристик такої будівельний матеріал в експлуатації приблизно в 2 рази дешевше, ніж покрівельна мідь.
У сплаву два ступені окислення. З плином часу він змінює колір і втрачає металевий блиск. Спочатку цинк-титан стає світло-сірим, а ще через деякий час набуває благородний темно-сірий відтінок. В даний час матеріал навмисно піддається хімічному старіння.
Використання титану і його сплавів в медицині
Титан відмінно сумісний з людської тканиною, тому активно застосовується в області ендопротезування.
Титан знайшов широке застосування і в медичній сфері. Серед переваг, які дозволили йому стати таким популярним, потрібно відзначити високу міцність і стійкість до корозії. Крім того, у жодного з пацієнтів не було виявлено алергії на титан.
У медицині застосовуються комерційно чистий титан і сплав Ti6-4Eli. З його використанням виготовляються хірургічні інструменти, різноманітні зовнішні і внутрішні протези, аж до серцевих клапанів. З титану виробляються інвалідні коляски, милиці та інші пристосування.
Ряд досліджень і експериментів підтверджує відмінну біологічну сумісність матеріалу і його сплавів з живої людської тканиною. Мякі і кісткові тканини зростаються з цими матеріалами без проблем. А низький модуль пружності і високий показник питомої міцності роблять титан дуже хорошим матеріалом для ендопротезування. Він помітно легше, ніж жесть, сталь і сплави на основі кобальту.
Таким чином, властивості титану дозволяють активно використовувати його в найрізноманітніших сферах - від виготовлення труб і покрівлі до медичного протезування і побудови космічних апаратів.
