Milyen típusú fém a titán?
A titán egy átmeneti fém elem a periódusos rendszerben, 22-es rendszámmal és Ti szimbólummal. Tűzálló fémként van besorolva, ami azt jelenti, hogy magas olvadáspontja van, és ellenáll a hőnek és a kopásnak.Titána szilárdság, az alacsony sűrűség és a korrózióállóság egyedülálló kombinációjával rendelkezik, amely fontos szerkezeti fémmé teszi.
A periódusos rendszerben a titán a 4. csoportba tartozik, más átmeneti fémekkel együtt, beleértve a cirkóniumot, a hafniumot és a réniumot. Négy természetben előforduló izotópja van. Az elektronikus konfiguráció [Ar] 4s2 3d2. A titán atomsugara 176 pm, atomtömege 47,9 g/mol és sűrűsége 4,5 g/cm3.
A titán fémes fém?
Igen, a titán egy fényes átmeneti fém, határozott fémes tulajdonságokkal:
A többi fémes elemhez hasonlóan kiváló hő- és elektromos vezető. Az elektromos vezetőképesség körülbelül 2 százalék IACS (International Heat Copper Standard).
Polírozva tipikus ezüstszürke fémes megjelenése van, bár a felület oxidációjától függően sötétszürke-fekete is lehet.
A titán képlékeny és képlékeny, így kovácsolható, hengerelhető, huzallá húzható és különféle formákká megmunkálható.
Hegesztéskor vagy keményforrasztáskor jól tapad más fémekhez. Előfordulhat, hogy az oxidréteget el kell távolítani az összeillesztés előtt.
A titánötvözetek jelentősen megkeményednek a hidegalakítási feldolgozás során, például lemezalakítás során, hasonlóan más fémekhez.
por formában,titán fémszinterezhetőséget mutat porkohászati technikák, például melegizosztatikus préselés során.
Tehát a titán az igazi fémelem összes jellemzőjét mutatja, bár néhány egyedi tulajdonsággal más átmeneti fémekhez képest. Fontos helyet foglal el a periódusos rendszerben a reaktív fémek és a nemesfémek között.
A titán kemény vagy lágy fém?
A Mohs keménységi skálán a kereskedelmileg tiszta titán 6 körüli pontszámot ér el, ami keményfémnek minősül. Ötvözött formában a titán a Vickers-skála szerint elérheti a 400 HV keménységet, ami megközelíti a sokkal nehezebb fémek, például az acél keménységi szintjét.
Néhány fontos tény a titán keménységéről:
A titán hatszögletű, szorosan záródó kristályszerkezete hozzájárul a könnyűfémek viszonylag nagy keménységéhez.
Az olyan ötvöző adalékok, mint az alumínium, a vanádium és a molibdén, tovább növelik a keménységet a szilárd oldat és a csapadékerősítés révén.
A hideg megmunkálás során fellépő keményedési hatások keménységcsúcsot okoznak a titán termékek felülete közelében.
Az olyan hőkezelési eljárások, mint az öregítés, felhasználhatók a titánötvözetek szelektív keményítésére a fázisátalakítások manipulálásával.
A titánötvözetek átlagosan körülbelül kétszer olyan kemények, mint az alumíniumötvözetek, de valamivel lágyabbak, mint a vasalapú ötvözetek, például az acélok.
Tehát bár a titán nem tartozik a keménységi besorolások legfelső határán, a szerkezeti mérnöki alkalmazásokhoz kellő keménységgel rendelkezik, miközben megőrzi a jó hajlékonyságot és szívósságot – ez egy kívánatos kombináció.
Miből készül a titán fém?
A titán fém kizárólag titán atomokból áll. Atomtömege 47,9 amu, rendszáma pedig 22. Néhány kulcsfontosságú tény a titán fém összetételéről:
A kereskedelmi forgalomban kapható titán tiszta formájában 99.{1}},9 tömegszázalék titánatomot tartalmaz. A maradékot oxigén, nitrogén, szén és vas alkotja.
Az ötvözetek minőségének javítása érdekében más elemeket is tartalmaznak, mint például alumínium, vanádium, molibdén és króm.
A titánnak öt természetben előforduló izotópja van, de csak a Ti{0}} és a Ti-50 fontosak kereskedelmi szempontból. A Ti-48 73 százalékot, míg a Ti-50 5,5 százalékot tesz ki.
A titánnak öt allotróp kristályformája létezik, de a hatszögletű, szorosan záródó alfafázis szobahőmérsékleten stabil.
Az olvadás során a tiszta titán átalakul HCP alfa szerkezetből egy magasabb hőmérsékletű BCC béta fázisba 1668 F (825 fok) hőmérsékleten.
Az ötvözőelemek, mint a molibdén, a vanádium és a króm, stabilizálják a béta-fázist, lehetővé téve annak szobahőmérsékleten való létezését.
Tehát lényegében a kereskedelmileg tiszta titánfém túlnyomórészt titánatomokból áll hatszögletű elrendezésben. Az ötvözetminőségek testreszabják a mikroszerkezetet és a tulajdonságokat más fémes elemek hozzáadásával.
A titán erős fém?
Igen, a titán kivételesen erős fém az alacsony sűrűségéhez képest. A szilárdság/tömeg arány alapján a titánötvözetek a közepes széntartalmú acélokéhoz hasonló szilárdságot érnek el, de csaknem 50 százalékkal könnyebbek.
Néhány fontos tény a titán erejéről:
A kereskedelmileg tiszta titán szakítószilárdsága 63,000 psi körüli. Az ötvözetek ezt jelentősen, 160, 000 psi vagy még többre növelik.
A titánötvözetek végső szakítószilárdsága nagyobb, mint az alumíniumötvözeteké, magnéziumötvözeteké és rézötvözeteké.
A titán sokkal jobban megőrzi nagy szilárdságát magas hőmérsékleten, mint más könnyű ötvözetek, például az alumínium.
Szerkezeti részekhez használva a titán nagyobb teherbírást és üzemanyag-megtakarítást tesz lehetővé a nehezebb fém alternatívákhoz képest.
A titánötvözetek szilárdsága hőkezelési eljárásokkal testreszabható, lehetővé téve az anyagmérnökök számára az optimális egyensúly kialakítását.
A titán tehát egyértelműen a legerősebbek közé tartozik a könnyű szerkezeti fémek osztályában. Egyedülálló tulajdonságai lehetővé teszik a teljesítménynövekedést olyan kritikus alkalmazásokban, mint a repülőgépek, rakéták és energiatermelő turbinák.
Referenciák:
C. Leyens és M. Peters, szerk. (2003). Titán és titánötvözetek. Wiley-VCH.
M. Niinomi, szerk. (2008). Fémek orvosbiológiai eszközökhöz. Woodhead Kiadó.
M. Donachie Jr. (2000). Titán: Műszaki útmutató. ASM International.
G. Lütjering és J. Williams (2007). Titán. Springer Science & Business Media.
ASM Handbook, Vol 2 - Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials (1990). ASM International.
