Достоинстава / недостатки титана
Физические и механические свойства титана
Свойство | Титан |
Атомный номер | |
Атомная масса | 47,00 |
Плотность при 20°С, г/cм3 | 4,505 |
Температура плавления, °С | |
Температура кипения, °С | |
Скрытая теплота плавления, Дж/г | |
Скрытая теплота испарения, кДж/г | 8,97 |
Теплота плавления, кДж/моль | 18,8 |
Теплота испарения, кДж/моль | 422,6 |
Молярный объем, см³/моль | 10,6 |
Удельная теплоемкость при 20°С, кДж/(кг·°С) | 0,54 |
Удельная теплопроводность при 20°С, Вт/(м·К) | 18,85 |
Коэффициент линейного термического расширения при 25°С, 10-6 м/мК | 8,15 |
Удельное электросопротивление при 20°С, Ом·см·10-6 | |
Модуль нормальной упругости, гПа | |
Модуль сдвига, гПа | |
Коэффициент Пуассона | 0,32 |
Твердость, НВ | 130...150 |
Цвет искры | Ослепительно-белый длинный насыщенный пучок искр |
Группа металлов | Тугоплавкий, легкий металл |
Химические свойства титана
Свойство | Титан |
Ковалентный радиус: | 132 пм |
Радиус иона: | (+4e) 68 (+2e) 94 пм |
Электроотрицательность (по Полингу): | 1,54 |
Электродный потенциал: | - 1,63 |
Степени окисления: | 2, 3, 4 |
Основные сведения о титане
Титан (Ti) (Titanium) - химический элемент с порядковым номером 22, атомный вес 47,88, легкий серебристо-белый металл. Плотность 4,51 г/см3, tпл.=1668+(-)5°С, tкип.=3260°С. Для технического титана марок ВТ-00 и ВТ1-0 плотность приблизительно 4,32 г/см3. Титан и тиановые сплавы сочетают легкость, прочность, высокую коррозийную стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, возможность работы в широком диапозоне температур (от -290°С до 600°С).
История открытия титана
Оксид титана TiO2 впервые был обнаружен в 1789 году У. Грегором, который при исследовании магнитного железистого песка выделил окись неизвестного металла, назвав ее менакеновой. Первый образец металлического титана получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус.
Свойства титана
В периодической системе элементов Д. И. Менделеева титан расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях он четырехвалентен. По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам. Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668±4°С) и кипит при 3300 °С, скрытая теплота плавления и испарения титана почти в два раза больше, чем у железа.
Известны две аллотропические модификации титана. Низкотемпературная альфа-модификация, существующая до 882,5 ° С и высокотемпературная бетта-модификация, устойчивая от 882,5 °С до температуры плавления.
По плотности и удельной теплоемкости титан занимает промежуточное место между двумя основными конструкционными металлами: алюминием и железом. Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия. Но титан может активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла. С углеродом титан образует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердостью.
Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза - железа. Коэффициент термического расширения при комнатной температуре сравнительно мал, с повышением температуры он возрастает.
Модули упругости титана невелики и обнаруживают существенную анизотропию. С повышеиием температуры до 350°С модули упругости уменьшаются почти по линейному закону. Небольшое значение модулей упругости титана - существенный его недостаток, т.к. в некоторых случаях для получения достаточно жестких конструкций приходится применять большие сечення изделий по сравнению с теми, которые следуют из условий прочности.
Титан имеет довольно высокое удельное электросопротивлеиие, которое в зависимости от содержания примесей колеблется в пределах от 42·10-8 до 80·10-6 Ом·см. При температурах ниже 0,45 К он становится сверхпроводником.
Титан - парамагнитный металл. У парамагнитных веществ мапнитная восприимчивость при нагревании обычно уменьшается. Титан составляет исключение из этого правила - его восприимчивость существенно увеличивается с температурой.
Достоинстава / недостатки титана
Достоинства:
- малая плотность (4500 кг/м3) способствует уменьшению массы используемого материала;
- высокая механическая прочность. Стоит отметить, что при повышенных температурах (250-500 °С) титановые сплавы по прочности превосходят высокопрочные сплавы алюминия и магния;
- необычайнао высокая коррозионная стойкость, обусловленная способностью титана образовывать на поверхности тонкие (5-15 мкм) сплошные пленки оксида ТiO2, прочно связанные с массой металла;
- удельная прочность (отношение прочности и плотности) лучших титановых сплавов достигает 30-35 и более, что почти вдвое превышает удельную прочность легированных сталей.
Недостатки:
- высокая стоимость производства, титан значительно дороже железа, алюминия, меди, магния;
- активное взаимодействие при высоких температурах, особенно в жидком состоянии, со всеми газами, составляющими атмосферу, в результате чего титан и его сплавы можно плавить лишь в вакууме или в среде инертных газов;
- трудности вовлечения в производство титановых отходов;
- плохие антифрикционные свойства, обусловлснные налипанием титана иа многие материалы, титан в паре с титаном не может работать на трение;
- высокая склонность титана и миогих его сплавов к водородной хрупкости и солевой коррозии;
- плохая обрабатываемость резанием, аналогичная обрабатываемости нержавеющих сталей аустенитного класса;
- большая химическая активность, склонность к росту зерна при высокой температуре и фазовые превращения при сварочном цикле вызывают трудности при сварке титана.
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
Организация рабочих мест и основные требования техники безопасности | | | Обработка чугуна резанием |
Дата добавления: 2015-12-26; просмотров: 2549;