Il titanio è un elemento con un numero atomico di 22 nella tavola periodica. È un elemento del sottogruppo del quarto periodo, cioè la bandiera IVB. Oltre al titanio, questo gruppo di elementi comprende anche zirconio e afnio. La sua caratteristica comune è che ha un alto punto di fusione ed è sulla sua superficie a temperatura ambiente. Si forma un film di ossido stabile....
Il titanio è un elemento con un numero atomico di 22 nella tavola periodica. È un elemento del sottogruppo del quarto periodo, cioè la bandiera IVB. Oltre al titanio, questo gruppo di elementi comprende anche zirconio e afnio. La sua caratteristica comune è che ha un alto punto di fusione ed è sulla sua superficie a temperatura ambiente. Si forma un film di ossido stabile.
1. Dieci caratteristiche del titanio
(1) Bassa densità, alta resistenza e alta resistenza specifica
La densità del titanio è di 4,51 g / cm3, che è il 57% dell'acciaio. Il titanio è meno del doppio più pesante dell'alluminio e tre volte più forte dell'alluminio. La resistenza specifica (rapporto resistenza/densità) della lega di titanio è la più grande nelle leghe industriali comuni (vedi Tabella 2-1). La resistenza specifica della lega di titanio è 3,5 volte quella dell'acciaio inossidabile; 1,3 volte quello della lega di alluminio; 1,7 volte quello della lega di magnesio, pertanto, è un materiale strutturale indispensabile per l'industria aerospaziale.
Tabella 2-1 Confronto tra densità e resistenza specifica tra titanio e altri metalli
(2) Eccellente resistenza alla corrosione
La passivazione del titanio dipende dalla presenza di un film di ossido e la sua resistenza alla corrosione in un mezzo ossidante è molto migliore di quella in un mezzo riducente. Alti tassi di corrosione si verificano nei mezzi riducenti. Il titanio non è corroso in alcuni mezzi corrosivi, come acqua di mare, cloro umido, clorito e soluzioni di ipoclorito, acido nitrico, acido cromico, cloruri metallici, solfuri e acidi organici. Tuttavia, nei mezzi che reagiscono con il titanio per produrre idrogeno (come l'acido cloridrico e l'acido solforico), il titanio ha generalmente un maggiore tasso di corrosione. Tuttavia, se una piccola quantità di ossidante viene aggiunta all'acido, si formerà un film di passivazione sulla superficie del titanio. Pertanto, il titanio è resistente alla corrosione in forti miscele acido solforico-acido nitrico o acido cloridrico-acido nitrico, anche in acido cloridrico contenente cloro libero. Il film protettivo di ossido di titanio si forma spesso quando il metallo incontra acqua, anche in piccole quantità di acqua o vapore acqueo. Se il titanio è esposto a un forte ambiente ossidante senza acqua, si ossiderà rapidamente e reagirà violentemente, spesso anche accendendosi spontaneamente. Tali fenomeni si sono verificati nella reazione del titanio con acido nitrico fumante contenente ossido di azoto in eccesso e con cloro secco. Quindi, per prevenire tali reazioni, ci deve essere una certa quantità di acqua.
(3) Buona resistenza al calore
Di solito l'alluminio perde le sue proprietà originali a 150 ° C, l'acciaio inossidabile perde le sue proprietà originali a 310 ° C e le leghe di titanio mantengono ancora buone proprietà meccaniche a circa 500 ° C. Quando la velocità dell'aeromobile raggiunge 2,7 volte la velocità del suono, la temperatura superficiale della struttura dell'aeromobile raggiunge i 230 ° C, la lega di alluminio e la lega di magnesio non possono più essere utilizzate e la lega di titanio può soddisfare i requisiti. Il titanio ha una buona resistenza al calore e viene utilizzato nei dischi e nelle pale dei compressori dei motori aeronautici e nella pelle della fusoliera posteriore degli aerei.
(4) Buone prestazioni a bassa temperatura
La resistenza di alcune leghe di titanio (come Ti-5AI-2.5SnELI) aumenta con la diminuzione della temperatura, ma la plasticità non diminuisce molto, e ha ancora una buona duttilità e tenacità a bassa temperatura, che è adatta per l'uso a temperature ultra-basse. Può essere utilizzato su motori a razzo a idrogeno liquido secco e ossigeno liquido, o come contenitori a temperatura ultra-bassa e serbatoi di stoccaggio su veicoli spaziali con equipaggio.
(5) Non magnetico
Il titanio non è magnetico, viene utilizzato negli scafi sottomarini e non causerà l'esplosione delle mine.
(6) Piccola conducibilità termica
Il confronto della conducibilità termica tra titanio e altri metalli è mostrato nella Tabella 2-2.
Tabella 2-2 Confronto della conduttività termica tra titanio e altri metalli
La conduttività termica del titanio è piccola, solo 1/5 di acciaio, 1/13 di alluminio e 1/25 di rame. La scarsa conduttività termica è uno svantaggio del titanio, ma questa caratteristica del titanio può essere sfruttata in determinate applicazioni.
(7) Basso modulo elastico
Il confronto del modulo elastico del titanio e di altri metalli è mostrato nella Tabella 2-3.
Tabella 2-3 Confronto del modulo elastico tra titanio e altri metalli
Il modulo elastico del titanio è solo il 55% di quello dell'acciaio. Se usato come materiale strutturale, il basso modulo elastico è uno svantaggio.
(8) La resistenza alla trazione e il carico di snervamento sono molto vicini
La resistenza alla trazione della lega di titanio Ti-6AI-4V è 960MPa e la resistenza allo snervamento è 892MPa, la differenza tra i due è solo 58MPa, vedi Tabella 2-4.
Tabella 2-4 Confronto tra resistenza alla trazione e snervamento tra titanio e altri metalli
(9) Il titanio è facilmente ossidabile ad alta temperatura
Il titanio ha una forte forza di legame con idrogeno e ossigeno, quindi è necessario prestare attenzione alla prevenzione dell'ossidazione e dell'assorbimento dell'idrogeno. La saldatura del titanio deve essere eseguita sotto protezione argon per evitare la contaminazione. I tubi e i fogli di titanio devono essere trattati termicamente sotto vuoto e un'atmosfera micro-ossidante deve essere controllata durante il trattamento termico dei forgiati in titanio.
(10) Basse prestazioni anti-smorzamento
Le campane sono realizzate in titanio e altri materiali metallici (rame, acciaio) con la stessa forma e dimensione. Se colpisci ogni campana con la stessa forza, scoprirai che la campana in titanio oscilla a lungo, cioè attraverso L'energia data alla campana non è facilmente dissipata dal colpo, quindi diciamo che le prestazioni di smorzamento del titanio sono basse.
