Przeszłość, teraźniejszość i przyszłość tytanu i stopów tytanu

1. Źródło tytanu metalicznego

 

Tytan metaliczny został po raz pierwszy odkryty przez mineraloga amatora imieniem Gregor w Anglii w 1791 r. W 1795 r. niemiecki chemik Klaprus nazwał tę nieznaną metaliczną substancję imieniem greckiego boga Tytanów. Tłumaczenie chińsko-angielskie dla „tytanu”. Na Ziemi występuje mnóstwo tytanu. Istnieje ponad 140 znanych minerałów tytanu, ale zastosowania przemysłowe obejmują głównie ilmenit i rutyl. Wśród nich chińskie rezerwy ilmenitu stanowią 28% światowych rezerw, zajmując pierwsze miejsce na świecie.

 

Tytan jest uznawanym na świecie pierwiastkiem nietoksycznym, jednak koszty jego wydobycia i produkcji są wysokie i kosztowne. Ze względu na szereg cech, takich jak odporność na wysokie i niskie temperatury, silna odporność na kwasy i zasady, wysoka wytrzymałość i niska gęstość, stał się specjalnym materiałem na tę samą rakietę i satelitę NASA, a także został wykorzystany w super projektach, takich jak lotniskowiec Yutu, J-20 i Shandong mojego kraju. Po wejściu na rynek cywilny w latach 80-tych stał się „Honorowym Królem Metalu” w branży artykułów spożywczych ze względu na swoje naturalne właściwości antybakteryjne i biofilne.

 

Przemysł tytanowy w moim kraju rozpoczął się w latach pięćdziesiątych XX wieku. Do połowy-1960 mój kraj zbudował zakłady przetwórstwa tytanu gąbczastego i tytanu odpowiednio w Zunyi i Baoji, co oznacza, że ​​Chiny stały się jedną ze światowych potęg przemysłowych zajmujących się tytanem. W XXI wieku przemysł tytanowy w moim kraju wszedł w nowy okres przyspieszonego rozwoju, a jego zdolności produkcyjne w zakresie tytanu należą do czołowych na świecie.

 

2. Różnica między czystym tytanem a stopem tytanu

 

Czysty tytan:

 

Lub nazywany czystym tytanem przemysłowym lub czystym tytanem handlowym, jest klasyfikowany według zawartości pierwiastków zanieczyszczających. Ma doskonałą wydajność procesu tłoczenia i wydajność spawania, jest niewrażliwy na obróbkę cieplną i rodzaj konstrukcji oraz ma pewną wytrzymałość w zadowalających warunkach plastyczności. Jego wytrzymałość zależy głównie od zawartości pierwiastków śródmiąższowych tlenu i azotu. Właściwości 99,5% czystego tytanu przemysłowego to: gęstość P=4.5g/cm3, temperatura topnienia 1800 stopni, przewodność cieplna λ=15.24W/(MK), wytrzymałość na rozciąganie σ b{{8} }MPa, wydłużenie: δ=25% , zmniejszenie pola powierzchni ψ=25%, moduł sprężystości E=1.078×105MPa, twardość HB195.

 

Stop tytanu:

 

Stop tytanu to stop składający się z tytanu i innych pierwiastków. Jest to metal stosunkowo młody, a jego historia od momentu odkrycia sięga zaledwie 60–70 lat. Materiały ze stopów tytanu charakteryzują się lekkością, wysoką wytrzymałością, niską elastycznością, odpornością na wysoką temperaturę i odpornością na korozję i są stosowane głównie w silnikach lotniczych, rakietach, pociskach i innych komponentach. Tytan ma dwa rodzaje kryształów alotropowych; tytan jest izomerem o temperaturze topnienia 1720 stopni, a gdy jest niższa niż 882 stopni, ma zwartą sześciokątną strukturę sieci krystalicznej, zwaną tytanem; powyżej 882 stopni jest skupiony na ciele. Sześcienna struktura kratowa, zwana tytanem B, wykorzystuje różne właściwości powyższych dwóch struktur tytanu i dodaje odpowiednie pierwiastki stopowe, aby stopniowo zmieniać temperaturę przejścia fazowego i zawartość faz w celu uzyskania stopów tytanu (stopy tytanu) o różnych strukturach.

 

Elementy stopów tytanu można podzielić na trzy kategorie w zależności od ich wpływu na temperaturę przejścia fazowego: ① Pierwiastki stabilizujące fazę a i podwyższające temperaturę przejścia fazowego to pierwiastki stabilne, do których należą aluminium, magnez, tlen i azot. Wśród nich aluminium jest głównym pierwiastkiem stopowym stopu tytanu, który ma oczywisty wpływ na poprawę wytrzymałości stopu w temperaturze pokojowej i wysokiej temperaturze, zmniejszenie ciężaru właściwego i zwiększenie modułu sprężystości. ② Elementy stabilizujące fazę B i obniżające temperaturę przejścia fazowego są pierwiastkami stabilnymi B. Można go również podzielić na izokryształ i eutektoid. Pierwsza obejmuje molibden, niob, wanad itp.; ten ostatni obejmuje chrom, mangan, miedź, krzem itp. ③ Pierwiastkami, które mają niewielki wpływ na temperaturę przejścia fazowego, są pierwiastki obojętne, takie jak cyrkon i cyna.

TA1 (amerykański standard gr1)

 

Tytan TA1 (Gr1) jest pierwszym z czterech gatunków tytanu o czystości komercyjnej. Jest to najmiększy i najbardziej plastyczny z tych gatunków. Ma maksymalną odkształcalność, doskonałą odporność na korozję i wysoką udarność. Gatunek TA1 jest materiałem z wyboru do wszelkich zastosowań wymagających łatwości formowania i jest powszechnie dostępny w postaci blachy tytanowej i rurek tytanowych.

 

Klasa TA2 (American Standard Gr2).

 

Ze względu na swoją różnorodną i szeroką dostępność tytan klasy TA2 jest znany jako „koń pociągowy” komercyjnego przemysłu czystego tytanu. Ma wiele takich samych właściwości jak tytan klasy TA1, ale jest nieco mocniejszy. Obydwa są równie odporne na korozję. Gatunek ten ma dobrą spawalność, wytrzymałość, ciągliwość i odkształcalność. To sprawia, że ​​pręt i płyta z tytanu klasy TA2 są pierwszym wyborem do wielu zastosowań w budownictwie, energetyce, przemyśle medycznym i wielu innych.

 

Klasa TA3 (American Standard Gr3).

 

W tym gatunku wykorzystuje się co najmniej gatunki tytanu o czystości komercyjnej, ale to nie czyni go mniej wartościowym. Gatunek TA3 jest mocniejszy od gatunków TA1 i TA2, ma podobną plastyczność i tylko niewielką odkształcalność - ale ma wyższe właściwości mechaniczne niż jego poprzednicy. Gatunek TA3 jest stosowany w zastosowaniach wymagających umiarkowanej wytrzymałości i podstawowej odporności na korozję, takich jak przemysł lotniczy, przetwórstwo chemiczne, przemysł morski itp.

 

Klasa TA4 (American Standard Gr4).

 

Gatunek TA4 jest uważany za najmocniejszy z czterech dostępnych na rynku tytanów. Jest również znany ze swojej doskonałej odporności na korozję, dobrej odkształcalności i spawalności. Jest stosowany w niektórych elementach płatowca, zbiornikach kriogenicznych, wymiennikach ciepła i innych zastosowaniach wymagających wysokiej rozdzielczości.

 

Klasa TA9 (American Standard Gr7).

 

Gatunek TA9 jest mechanicznie i fizycznie równoważny gatunkowi TA2, z tą różnicą, że dodaje się pierwiastek międzywęzłowy pallad, aby uczynić go stopem. Klasa 7 ma doskonałą spawalność i właściwości oraz jest najbardziej odporna na korozję ze wszystkich stopów tytanu. W rzeczywistości jest on najbardziej odporny na korozję spośród kwasów redukujących. Gatunek TA9 jest stosowany do komponentów procesów chemicznych i urządzeń produkcyjnych. TA9 ma wyjątkowo dużą odporność na korozję, szczególnie w redukującym środowisku kwaśnym.

 

Stopień TA9-1 (American Standard Gr11).

 

Gatunek TA9-1 jest bardzo podobny do gatunku TA1, z tą różnicą, że dodaje się niewielką ilość palladu w celu zwiększenia odporności na korozję, co czyni go stopem. Tę odporność na korozję można wykorzystać do zapobiegania korozji szczelinowej i redukcji kwasów w środowiskach chlorkowych. Inne przydatne właściwości obejmują optymalną ciągliwość, odkształcalność na zimno, wytrzymałość użyteczną, udarność i doskonałą spawalność. Stop ten może być stosowany w tych samych zastosowaniach tytanu, co stopień 1, szczególnie tam, gdzie pożądana jest korozja.

 

Ti 6Al-4V (norma krajowa TC4, norma amerykańska Gr5, np

Blacha tytanowa klasy 5, Płyta tytanowa klasy 5, Pręt tytanowy klasy 5)

 

Znany jako „koń pociągowy” stopów tytanu jest tytan Ti 6Al-4V lub klasy 5, najczęściej stosowany ze wszystkich stopów tytanu. Odpowiada za 50% całkowitego zużycia tytanu na świecie. Jego użyteczność kryje się w wielu zaletach. Ti 6Al-4V można poddać obróbce cieplnej w celu zwiększenia jego wytrzymałości. Można go stosować w konstrukcjach spawanych w temperaturach roboczych do 600 stopni F. Stop ten ma wysoką wytrzymałość przy niewielkiej wadze, użyteczną odkształcalność i wysoką odporność na korozję. Dostępność Ti 6AI-4V sprawia, że ​​jest to optymalny stop do stosowania w kilku gałęziach przemysłu, takich jak przemysł lotniczy i kosmiczny, medyczny, morski i chemiczny. Można go wykorzystać do stworzenia następującej treści technicznej:

 

• Turbiny lotnicze

 

• Elementy silnika

 

• Elementy konstrukcyjne statku powietrznego

 

• Łączniki lotnicze

 

• Części automatyczne o wysokiej wydajności

 

• Zastosowania morskie

 

• Sprzęt sportowy

 

Gatunek Ti-6AL-4V ELI Titanium Bar (norma krajowa TC4ELI, norma amerykańska Gr23)

 

Gatunek Ti 6AL-4V ELI lub TC4ELI to forma Ti 6Al-4V o wyższej czystości. Można go wykonać w postaci cewek, drutu linkowego, drutu lub drutu płaskiego. Jest to pierwszy wybór wszędzie tam, gdzie wymagana jest wysoka wytrzymałość, niewielka waga, dobra odporność na korozję i wysoka wytrzymałość. Ma doskonałą tolerancję na uszkodzenia w stosunku do innych stopów. Te zalety sprawiają, że gatunek TC4ELI jest najlepszym gatunkiem tytanu dentystycznego i medycznego. Ze względu na biokompatybilność, dobrą wytrzymałość zmęczeniową i niski moduł może być stosowany w zastosowaniach biomedycznych, takich jak komponenty wszczepialne. Można go również stosować do szczegółowych zabiegów chirurgicznych, takich jak:

 

• Kołki i śruby ortopedyczne

 

• Kable ortopedyczne

 

• Zacisk ligatury

 

• Implantacja chirurgiczna

 

• Aparaty ortodontyczne

 

• Podczas wymiany stawu

 

• pojemnik kriogeniczny

 

• Urządzenia do mocowania kości

 

Klasa TA10 (American Standard Gr12).

 

Tytan gatunku TA10 ma ocenę „Doskonałą” ze względu na wysoką jakość spawania. Jest to bardzo trwały stop, który zapewnia dużą wytrzymałość w wysokich temperaturach. Tytan gatunku TA10 ma właściwości podobne do stali nierdzewnych serii 300. Stop może być formowany na gorąco lub na zimno za pomocą tłoczenia, hydroformowania, formowania przez rozciąganie lub metodą opadania. Jego zdolność do formowania na różne sposoby sprawia, że ​​jest przydatny w wielu zastosowaniach. Wysoka odporność na korozję tego stopu sprawia, że ​​jest on nieoceniony w urządzeniach produkcyjnych, w których problemem jest korozja szczelinowa. Gatunek TA10 może być stosowany w następujących branżach i zastosowaniach:

 

• Płaszcz i wymiennik ciepła

 

• Zastosowanie hydrometalurgiczne

 

• Produkcja chemiczna w wysokich temperaturach

 

• Elementy transportu morskiego i linii lotniczych

 

Ti 5Al-2.5Sn

 

Ti 5Al-2.5Sn to stop niepoddający się obróbce cieplnej, który umożliwia uzyskanie dobrej spawalności i stabilności. Ma również stabilność w wysokiej temperaturze, wysoką wytrzymałość, dobrą odporność na korozję i dobrą odporność na pełzanie. Pełzanie to zjawisko odkształcenia plastycznego występujące w wysokiej temperaturze przez długi czas. Ti 5Al-2.5Sn jest stosowany głównie w zastosowaniach w samolotach i płatowcach oraz w zastosowaniach kriogenicznych.