Verjetno pridete v stik ztitanvsak dan-v okvirju telefona, okvirjih očal, zobnih vsadkih in celo kolesu, ki ga vozite. Toda morda se ne zavedate, da ima ta na videz "odmaknjena" kovina deset osupljivih fizikalnih in mehanskih lastnosti. Od globin oceana do površja lune, od letalskih motorjev do človeškega okostja-zakaj je titan tako vseprisoten? Danes vam bomo vse podrobno razložili.
I. Nizka gostota, visoka specifična trdnost: lahek, a robusten.
Titan ima gostoto 4,51 g/cm³, kar je le 57 % gostote jekla-nekaj več kot polovica-in manj kot dvakrat večja od gostote aluminija. Kljub temu je njegova trdnost trikrat večja od trdnosti aluminija. Kaj to pomeni? Specifična trdnost (trdnost, deljena z gostoto) titanovih zlitin je najvišja med običajno uporabljenimi industrijskimi zlitinami: 3,5-krat večja od nerjavečega jekla, 1,3-krat večja od aluminijevih zlitin in 1,7-krat večja od magnezijevih zlitin. Z drugimi besedami, za enako težo lahko titanove zlitine prenesejo obremenitve, ki daleč presegajo obremenitve drugih kovin. Ta lastnost je v letalskem in vesoljskem sektorju "nujna". Titanove zlitine zdaj predstavljajo 9,3 % strukturne teže velikega potniškega letala C919, pri čemer vsako letalo uporablja približno 7 metričnih ton titana. Titan najdemo povsod, od obloge trupa do pritrdilnih elementov stebra motorja. Po industrijskih podatkih naj bi kitajski trg za-titanove materiale višjega cenovnega razreda v letalskem in vesoljskem sektorju do leta 2025 dosegel 24 milijard juanov, kar predstavlja--letno povečanje za 9,1 odstotka, pri čemer bo porast-množične proizvodnje C919 eden od glavnih dejavnikov. V motornem sektorju je uporaba titanovih zlitin v domačem motorju "Taihang" dosegla 25 odstotkov, kar je primerljivo z ameriškim motorjem F100.
II. Odlična odpornost proti koroziji:
Titan, »nesmrtna« kovina v morski vodi, svojo odpornost proti koroziji dolguje nevidnemu »oklepu«-gostemu oksidnemu filmu (TiO₂) na njegovi površini. Ta film je še posebej stabilen v oksidativnih medijih; okolja, kot so morska voda, vlažen klorov plin, klorit, dušikova kislina, kromova kislina in organske kisline-ki povzročijo hitro rjavenje običajnega jekla-titan praktično ostane nepoškodovan.
III. Odlična toplotna odpornost:
Še vedno funkcionalen pri 500 stopinjah Aluminijeve zlitine se začnejo "boriti" pri 150 stopinjah, nerjaveče jeklo pa v bistvu "odpove" pri 310 stopinjah, medtem ko lahko titanove zlitine še vedno ohranjajo dobre mehanske lastnosti pri približno 500 stopinjah. Ko letalo doseže 2,7-kratno hitrost zvoka, lahko površinska temperatura trupa doseže 230 stopinj. Aluminijeve-magnezijeve zlitine pri tej temperaturi niso več sposobne preživetja, titanove zlitine pa to z lahkoto prenesejo. Zaradi tega so idealni materiali za diske kompresorja letalskih motorjev, lopatice in oblogo zadnjega dela trupa. Doma razvita visoko{12}}temperaturna titanova zlitina Ti65 ima dolgoročno-uporabno temperaturo do 650 stopinj, zaradi česar je najvišja-temperaturno-odporna stopnja med trenutno obdelanimi titanovimi zlitinami. GR5 (Ti-6Al-4V), najbolj razširjena titanova zlitina, ohrani več kot 80 % svoje trdnosti pod 400 stopinjami in predstavlja več kot 90 % kritičnih komponent v vesoljski industriji.
IV. Odlična zmogljivost pri-nizkih temperaturah:
Pri temperaturah tekočega vodika vas ne "izneveri". Medtem ko večina kovin v kriogenih okoljih postane tako krhka kot steklo, nekatere titanove zlitine kljubujejo temu trendu-njihova trdnost se poveča, ko temperatura pade, medtem ko se njihova duktilnost le malo zmanjša, kar jim omogoča, da ohranijo dobro duktilnost in žilavost tudi pri nizkih temperaturah.
V. Ne-magnetno: podmorniški "plašč nevidnosti" titan je paramagnetni material z magnetno prepustnostjo samo 1,00005, zaradi česar je praktično "neviden" v magnetnem polju. Zaradi te lastnosti so titanove zlitine idealen material za trupe podmornic-ne sprožijo magnetnih min in ne motijo natančne navigacijske opreme plovila.
VI. Nizka toplotna prevodnost: spremeniti slabost v prednost. Toplotna prevodnost titana je le okoli 17 W/(m·K)-ena-petina jekla, ena-trinajstina aluminija in ena{6}}dvajset-petina bakra. Slaba toplotna prevodnost je težava pri obdelavi-toplota se zlahka nabira na rezalnem orodju, kar pospešuje obrabo orodja. Vendar pa je v določenih scenarijih to dejansko prednost. Nizka toplotna prevodnost titana mu omogoča, da se odlikuje v aplikacijah, ki zahtevajo toplotno izolacijo ali zmanjšane toplotne izgube, kot so komponente toplotne izolacije v določeni opremi za kemično obdelavo. Čeprav imajo toplotni izmenjevalniki iz titanove zlitine nižjo toplotno prevodnost kot bakreni, lahko njihovi koeficienti prenosa toplote dosežejo 800–1200 W/(m²· stopinja) prek spiralnih-navitih struktur ter mikro- in nano-površinskih obdelav. V kombinaciji z njihovo odlično odpornostjo proti koroziji ponujajo veliko boljše razmerje med-celotno učinkovitostjo kot tradicionalna oprema v zelo korozivnih okoljih, kot sta proizvodnja klo-alkalij in razsoljevanje morske vode.
VII. Nizek modul elastičnosti: polovica togosti, edinstvena vrednost-Titan ima modul elastičnosti približno 108 GPa, kar je le 55 % modula elastičnosti železa in približno polovico modula elastičnosti jekla. Kot konstrukcijski material nizek modul elastičnosti pomeni nižjo togost in večjo dovzetnost za deformacije, kar zahteva posebno pozornost pri izdelavi vitkih palic in tankostenskih-komponent.
VIII. Natezna trdnost in meja tečenja sta blizu: skoraj "brez kompromisa." Če za primer vzamemo GR5 (Ti-6Al-4V), je njegova natezna trdnost v žarjenem stanju približno 960 MPa, njegova meja tečenja pa približno 892 MPa – razlika le 68 MPa. V nasprotju s tem ima nerjavno jeklo 18-8 natezno trdnost 608 MPa in mejo tečenja le 294 MPa, kar je razlika več kot 300 MPa.
Bližje kot je meja tečenja natezni trdnosti, manjše je »vmesno območje« med začetkom plastične deformacije in zlomom-v inženirskem načrtovanju, kar omogoča, da se nosilnost-komponent iz titanove zlitine bolj izkoristi, s čimer se izognemo neprijetni situaciji, ko se deformacija začne, preden material doseže svojo mejo. Tehnologija aditivne izdelave še poveča to prednost: preskusni vzorci GR5, izdelani s taljenjem z elektronskim žarkom (EBM), lahko dosežejo mejo tečenja do 1.120 MPa in natezno trdnost 1.209 MPa, medtem ko še vedno ohranjajo raztezek 11,1 %.
IX. Nagnjen k oksidaciji pri visokih temperaturah: zahteva "previdno ravnanje"-Titan ima izjemno močno afiniteto do kisika, dušika in vodika. Pri visokih temperaturah titan hitro absorbira te plinaste elemente, kar povzroči nastanek površinske utrjene plasti ("plast") in zmanjšanje plastičnosti. Zato je treba varjenje titana izvajati pod argonsko zaščito; titanove cevi in tanke plošče morajo biti toplotno obdelane v vakuumu; in toplotna obdelava titanovih odkovkov zahteva strog nadzor nad blago oksidativno atmosfero. Vodik je titanov "sovražnik številka ena"-ko titan absorbira vodik, razvije vodikovo krhkost, kar vodi do zapoznelega zloma. Industrijsko se to rešuje z odstranjevanjem vsebnosti vodika z vakuumskim žarjenjem (pri približno 700 stopinjah). V globokomorskih-okoljih-visokega tlaka je odpornost na vodikovo krhkost kritično merilo za izbiro materiala; titanove zlitine, posebej zasnovane za uporabo v mornarici, kot sta Ti80 in Ti180, ne smejo imeti vodikovih-razpok pod globokim{14}}morskim tlakom 30 MPa.
10. Nizko dušenje: Skrivnost za dolgotrajno resonanco-Ko po bakrenih, jeklenih in titanovih zvonovih popolnoma enake oblike in velikosti udarite z enako močjo, titanov zvon proizvede najdlje{2}}trajen zvok. To je zato, ker ima titan nizko notranjo izgubo in nizko dušenje-energije, ki jo posreduje udarec, ni zlahka razpršiti skozi mikroskopske mehanizme v materialu.
E-pošta:garychen3215@hotmail.com
Naslov: No.35, Baoti Rd, mesto Baoji, provinca Shaanxi, Kitajska
Kontakt: g. Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobilni/WhatsApp: +86 13092900605
