Zehn Eigenschaften von Titan

Titan ist ein Element mit einer Ordnungszahl von 22 im Periodensystem. Es ist ein Untergruppenelement der vierten Periode, dh des IVB-Flags. Zu dieser Elementgruppe gehören neben Titan auch Zirkonium und Hafnium. Sein gemeinsames Merkmal ist, dass es einen hohen Schmelzpunkt hat und sich bei Raumtemperatur auf seiner Oberfläche befindet. Es bildet sich ein stabiler Oxidfilm....

Titan ist ein Element mit einer Ordnungszahl von 22 im Periodensystem. Es ist ein Untergruppenelement der vierten Periode, dh des IVB-Flags. Zu dieser Elementgruppe gehören neben Titan auch Zirkonium und Hafnium. Sein gemeinsames Merkmal ist, dass es einen hohen Schmelzpunkt hat und sich bei Raumtemperatur auf seiner Oberfläche befindet. Es bildet sich ein stabiler Oxidfilm.

1. Zehn Eigenschaften von Titan

(1) Geringe Dichte, hohe Festigkeit und hohe spezifische Festigkeit

Die Dichte von Titan beträgt 4,51 g / cm3, was 57% Stahl entspricht. Titan ist weniger als doppelt so schwer wie Aluminium und dreimal stärker als Aluminium. Die spezifische Festigkeit (Verhältnis von Festigkeit/Dichte) der Titanlegierung ist die größte in gängigen Industrielegierungen (siehe Tabelle 2-1). Die spezifische Festigkeit der Titanlegierung ist 3,5-mal so hoch wie die von Edelstahl; 1,3-mal so viel wie Aluminiumlegierung; 1,7-mal so viel wie Magnesiumlegierung, Daher ist es ein unverzichtbarer Strukturwerkstoff für die Luft- und Raumfahrtindustrie.

Tabelle 2-1 Vergleich der Dichte und der spezifischen Festigkeit zwischen Titan und anderen Metallen

(2) Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit

Die Passivierung von Titan hängt vom Vorhandensein eines Oxidfilms ab, und seine Korrosionsbeständigkeit in einem oxidierenden Medium ist viel besser als in einem reduzierenden Medium. In reduzierenden Medien treten hohe Korrosionsraten auf. Titan ist in einigen korrosiven Medien wie Meerwasser, nassem Chlor, Chlorit und Hypochloritlösungen, Salpetersäure, Chromsäure, Metallchloriden, Sulfiden und organischen Säuren nicht korrodiert. In Medien, die mit Titan zu Wasserstoff reagieren (wie Salzsäure und Schwefelsäure), hat Titan jedoch im Allgemeinen eine höhere Korrosionsrate. Wenn jedoch der Säure eine kleine Menge Oxidationsmittel zugesetzt wird, bildet sich ein Passivierungsfilm auf der Titanoberfläche. Daher ist Titan korrosionsbeständig in starken Schwefelsäure-Salpetersäure- oder Salzsäure-Salpetersäure-Gemischen, auch in Salzsäure, die freies Chlor enthält. Der schützende Oxidfilm von Titan entsteht häufig, wenn das Metall auf Wasser trifft, selbst in kleinen Mengen Wasser oder Wasserdampf. Wenn Titan einer stark oxidierenden Umgebung ohne Wasser ausgesetzt ist, oxidiert es schnell und reagiert heftig, oft sogar selbstentzündlich. Solche Phänomene sind bei der Reaktion von Titan mit rauchender Salpetersäure, die überschüssiges Stickoxid enthält, und mit trockenem Chlor aufgetreten. Um solche Reaktionen zu verhindern, muss also eine bestimmte Menge Wasser vorhanden sein.

(3) Gute Hitzebeständigkeit

Normalerweise verliert Aluminium seine ursprünglichen Eigenschaften bei 150 ° C, Edelstahl verliert seine ursprünglichen Eigenschaften bei 310 ° C und Titanlegierungen behalten bei etwa 500 ° C immer noch gute mechanische Eigenschaften. Wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs das 2,7-fache der Schallgeschwindigkeit erreicht, erreicht die Oberflächentemperatur der Flugzeugstruktur 230 ° C, Aluminiumlegierung und Magnesiumlegierung können nicht mehr verwendet werden, und Titanlegierung kann die Anforderungen erfüllen. Titan hat eine gute Hitzebeständigkeit und wird in den Scheiben und Schaufeln von Triebwerkskompressoren und der Haut des hinteren Rumpfes von Flugzeugen verwendet.

(4) Gute Niedertemperaturleistung

Die Festigkeit einiger Titanlegierungen (wie Ti-5AI-2.5SnELI) steigt mit der Abnahme der Temperatur, aber die Plastizität nimmt nicht viel ab, und es hat immer noch eine gute Duktilität und Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, die für den Einsatz bei extrem niedrigen Temperaturen geeignet ist. Es kann auf trockenen Flüssigwasserstoff- und Flüssigsauerstoffraketentriebwerken oder als Ultra-Tieftemperaturbehälter und Lagertanks auf bemannten Raumfahrzeugen verwendet werden.

(5) Nicht magnetisch

Titan ist nicht magnetisch, es wird in U-Boot-Rümpfen verwendet und verursacht nicht die Explosion von Minen.

(6) Kleine Wärmeleitfähigkeit

Der Wärmeleitfähigkeitsvergleich zwischen Titan und anderen Metallen ist in Tabelle 2-2 dargestellt.

Tabelle 2-2 Vergleich der Wärmeleitfähigkeit zwischen Titan und anderen Metallen

Die Wärmeleitfähigkeit von Titan ist gering, nur 1/5 von Stahl, 1/13 von Aluminium und 1/25 von Kupfer. Schlechte Wärmeleitfähigkeit ist ein Nachteil von Titan, aber diese Eigenschaft von Titan kann in bestimmten Anwendungen ausgenutzt werden.

(7) Niedriger Elastizitätsmodul

Der Elastizitätsmodulvergleich von Titan und anderen Metallen ist in Tabelle 2-3 dargestellt.

Tabelle 2-3 Vergleich des Elastizitätsmoduls zwischen Titan und anderen Metallen


Der Elastizitätsmodul von Titan beträgt nur 55% des von Stahl. Bei der Verwendung als Strukturmaterial ist der niedrige Elastizitätsmodul ein Nachteil.

(8) Zugfestigkeit und Streckgrenze liegen sehr nahe beieinander

Die Zugfestigkeit der Titanlegierung Ti-6AI-4V beträgt 960 MPa und die Streckgrenze beträgt 892 MPa, der Unterschied zwischen den beiden beträgt nur 58 MPa, siehe Tabelle 2-4.

Tabelle 2-4 Vergleich der Zugfestigkeit und Streckgrenze zwischen Titan und anderen Metallen


(9) Titan wird bei hohen Temperaturen leicht oxidiert

Titan hat eine starke Bindungskraft mit Wasserstoff und Sauerstoff, daher sollte darauf geachtet werden, Oxidation und Wasserstoffabsorption zu verhindern. Titanschweißen sollte unter Argonschutz durchgeführt werden, um eine Kontamination zu vermeiden. Titanrohre und -platten sollten unter Vakuum wärmebehandelt werden, und während der Wärmebehandlung von Titanschmiedeteilen sollte eine mikrooxidierende Atmosphäre kontrolliert werden.

(10) Geringe Anti-Dämpfungsleistung

Die Glocken bestehen aus Titan und anderen Metallmaterialien (Kupfer, Stahl) mit genau der gleichen Form und Größe. Wenn Sie jede Glocke mit der gleichen Kraft schlagen, werden Sie feststellen, dass die Glocke aus Titan lange Zeit schwingt, dh durch Die Energie, die der Glocke gegeben wird, wird nicht leicht durch das Schlagen abgeführt, so dass wir sagen, dass die Dämpfungsleistung von Titan gering ist.

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