Во сколько раз легче титан металла

Глава 4. ЗНАКОМЬТЕСЬ — ТИТАН!

Глава 4. ЗНАКОМЬТЕСЬ — ТИТАН!

Брусок металла неяркого серебристо-серого цвета. ”Сталь” — привычно мелькает в сознании. Но стоит взять брусок в руку, как на мгновение возникает ощущение нереальности происходящего: металл оказывается удивительно, неправдоподобно легким. Это не сталь, а титан.

Любопытно наблюдать за реакцией людей, плохо знакомых с цветными металлами, когда к ним в руки попадает какой- нибудь предмет из титана. Первоначальное удивление (темный металл, а такой легкий!) сменяется недоумением, а затем убеждением, что их «разыгрывают”, и они пытаются разобраться, где же скрывается подвох: вертят предмет в руках, говорят, что внутри металла имеются пустоты и тому подобное. Но никакого подвоха нет. Титан действительно почти вдвое легче железа и всего лишь в полтора раза тяжелее алюминия. Один кубический сантиметр железа имеет массу 7,8 грамма, алюминия — 2,7, титана — 4,5 грамма. Надо признать все же, что 4,5 грамма в кубическом сантиметре не так уж и мало, особенно если учесть, что в кубическом сантиметре магния содержится 1,7 грамма, а такой металл, как литий, вдвое легче воды.

Поскольку к легким относят металлы, удельная масса которых не превышает 5 граммов на кубический сантиметр, то титан, следовательно, самый тяжелый среди легких металлов. Но и ”самый тяжелый”, он все-таки по праву принадлежит к числу легких металлов.

Однако легкость сама по себе еще ничего не решает. Легок натрий, но он плавится уже при температуре около 100 °С и как щелочной металл настолько активен, что его нельзя хранить на открытом воздухе. Хранят этот элемент в керосине. Еще легче и активнее металл литий. Он, как и остальные щелочные металлы, так непрочен, что легко режется обыкновенным ножом.

Мы привыкли к тому, что всякий конструкционный материал имеет свои достоинства и недостатки. Если алюминий,

например, почти в три раза легче стали, то он и в несколько раз менее прочен и плавится уже при 660 градусах, тогда как точка плавления стали находится выше 1500 °С. Примерно то же самое можно сказать и о магнии.

Интересно, а насколько титан уступает стали по прочности? Титан не уступает стали: он в полтора раза прочнее! Но, может быть, этот металл плавится при невысоких температурах? Титан плавится только при 1660 °С, то есть при более высокой температуре, чем железо и сталь. Так что не зря титан отливает стальным блеском: этот отлив не обманывает.

Но, кроме хорошей прочности, конструкционный материал обязательно должен иметь и такое важное качество, как пластичность. Пластичность — это способность материала изменять свою форму не разрушаясь, и именно в этой способности титану долго было отказано. Еще в сороковые годы нашего века о титане писали, что он ”хрупок и легко превращается в порошок при дроблении в ступке”. Любопытна и следующая запись: «Попытки вытянуть проволоку из титана безуспешны”.

Меньше всего хотелось бы иронизировать над автором приведенных строк, тем более что он поставил перед собой задачу ”заполнить досадный пробел в литературе, посвященной столь важному и интересному химическому элементу”.

На протяжении полутора столетий подлинных свойств металла не знал никто в мире. Но как только стали получать титан достаточной степени чистоты, сразу выяснилось, что причиной хрупкости металла являются примеси, а чистый титан очень пластичный материал. Его куют, как железо, вытягивают в проволоку, прокатывают в листы, трубы, ленты и даже в фольгу толщиной в сотые доли миллиметра.

Титан — более упругий металл, чем магний и алюминий, но менее упругий, чем сталь. Он гораздо тверже алюминия, магния, меди, железа и почти не уступает особо обработанным легированным сталям. Титан — один из немногих металлов, которые наряду с высокой прочностью и пластичностью обладают хорошей вязкостью, то есть противостоят воздействию ударов. Этот металл характеризуется еще и таким ценным свойством, как отличная выносливость.

Важный показатель любого металла — предел текучести. Чем он выше, тем лучше металл сопротивляется нагрузкам, стремящимся смять его, изменить размеры и форму изготовленной из него детали. У титана предел текучести весьма высок: в два с половиной раза выше, чем у железа, в три с лишним раза выше, чем у меди, и почти в 18 раз превосходит этот же показатель для алюминия.

Итак, титан гораздо прочнее и легче обычной углеродистой стали, получаемой из чугуна. Но в современном машиностроении широко распространены не столько углеродистые, сколько легированные стали, то есть сплавы на основе железа с добавками никеля, хрома, марганца, молибдена, вольфрама, а также других цветных и редких металлов. Легированные стали значительно прочнее углеродистых и в несколько раз прочнее технического титана. Выходит, что титан все-таки уступает стали? Нет не уступает! Титан тоже можно легировать и тогда получают сплавы, прочность которых в два- три раза больше прочности чистого титана.

Титановые сплавы — это, быть может, самые совершенные материалы, которыми располагает современная техника. Они превосходят все другие распространенные металлы по такому важному показателю, как удельная прочность. Что это такое? Не что иное, как прочность, приходящаяся на единицу массы.

Чтобы нагляднее постичь это, представим себе такую картину. На помост выходят тяжелоатлеты. Вряд ли нас удивит то, что грузный человек поднимает большую тяжесть. Ведь так оно и должно быть: те, кто полегче, обладают, как правило, меньшей силой, а от массивного, с мощными бицепсами атлета мы ждем и высокого результата. Не зря же в тяжелоатлетическом спорте введены различные весовые категории. А теперь вообразим, что после этого тяжелоатлета на помост вышел скромный, на первый взгляд ничем не примечательный спортсмен, худощавый, среднего роста и с первой попытки покорил тот же самый вес. Кто же из них сильнее? Конечно же, худощавый!

Такую же аналогию можно провести относительно титановых сплавов и специальных сталей. Титановые сплавы почти вдвое легче, а нагрузки выдерживают почти такие же.

Если бы все достоинства титана заключались только в его легкости и прочности, то и этого было бы уже достаточно для развития титановой промышленности, так как и в этом случае игра стоила свеч и нашлось бы немало отраслей, заинтересованных в таком материале. Но, помимо прочности и легкости, титан отличается еще и замечательной стойкостью против коррозии.

Читайте также

Глава 11. Суд

Глава 11. Суд Суд как суд. Обычный советский. Всё было предрешено заранее. После двух заседаний в июне 1986 г. МВТС под председательством академика А. П. Александрова, где доминировали работники Министерства среднего машиностроения — авторы проекта реактора, была объявлена

ТИТАН В ПРИРОДЕ

ТИТАН В ПРИРОДЕ Титан входит в первую десятку самых распространенных элементов нашей планеты.В пятнадцатикилометровой толще земной коры его более половины процента: почти все кристаллические горные породы, пески, глины и прочие составляющие поверхности нашей планеты

ИОДИДНЫЙ ТИТАН

ИОДИДНЫЙ ТИТАН Титан, полученный из тетрахлорида с помощью натрия, по мнению голландских исследователей ван Аркеля и де Бура, непременно должен содержать много оксидов и нитридов, загрязняющих материал и тем самым изменяющих его свойства. Эти ученые пришли к выводу, что

ТИТАН В РЯДУ ЭЛЕМЕНТОВ

ТИТАН В РЯДУ ЭЛЕМЕНТОВ серебристо-серого цвета металлы, имеющие одинаковую шестигранную кристаллическую решетку и обладающие очень похожими свойствами.Цирконий был открыт двумя годами раньше титана тем же Клапротом, а гафний — один из самь*х молодых элементов. Его

Глава 3. ТИТАН В НАСТОЯЩЕМ И БУДУЩЕМ

Глава 3. ТИТАН В НАСТОЯЩЕМ И БУДУЩЕМ ПЕРЕДНИЙ КРАЙ МЕТАЛЛУРГИИ Создание крупной титановой промышленности стало возможным только на базе последних достижений вакуумной металлургии. Титановая индустрия — крайне сложное производство и поэтому оно осуществляется только

ТИТАН УСТАРЕЛ?

ТИТАН УСТАРЕЛ? ”Титан, получивший за свои высокие механические свойства прозвище богатырского металла, только-только начал получать широкое распространение в сверхзвуковой авиации и ракетостроении, а некоторые специалисты считают, что он уже устарел. Таково, например,

ТИТАН — ХРАНИТЕЛЬ ГОРЮЧЕГО?

ТИТАН — ХРАНИТЕЛЬ ГОРЮЧЕГО? Автомобиль будущего — это не просто иная форма кузова, новые конструкционные материалы и технические параметры. И вовсе не обязательно — высокие скорости и мощный двигатель. Скорее даже напротив. Массовый автомобиль должен быть в первую

Глава 6

Глава 6 ВСТУПЛЕНИЕВ СУДЬБУШТУРМПеред боевым командиром, лишившимся возможности продолжать службу не только на подводных лодках, но и на надводных военных кораблях, было два проторенных пути. Первый — продолжать службу в штабах или управлениях. Второй путь —

Глава 2

Глава 2 НА ПЕРЕДОВОЙПЕРЕЛОМ1943 год начинался в новых условиях. Потери немцев под Сталинградом: 175 тысяч убитых и 137 тысяч пленных, 23 дивизии в окружении — эти цифры потрясли весь мир. Громадный успех менял всю обстановку на фронтах. Оживились даже союзники. Италия

Глава 3

Глава 3 СЛОЖНЫЙФАРВАТЕРС МЕРТВОЙ ТОЧКИКак будет развиваться дальше эта необычная и обыденная история? История, так похожая на те, что разыгрываются вокруг нас и с нами в повседневной и всегда такой неповторимой жизни.События в личной жизни Берга назревали.В наркомате

Глава 4

Глава 4 КОНЕЦ!9 МАЯЕще один год позади. Встреча нового, 1945 года в стране прошла спокойно. Наши войска уже дрались близ Будапешта, и каждый день ожидалось сообщение о его взятии. Союзники, увы, не очень старались, и немцы их изрядно поколачивали. Но теперь развязка близилась,

Глава 1

Глава 1 И В ШУТКУ, И ВСЕРЬЕЗЦУНАМИЧудеса и впрямь случаются во все времена, даже в области медицины. Полтора года Берг боролся за жизнь. Смерть отступила. После трехстороннего инфаркта, поразившего его 20 июня 1956 года в поезде на пути из Ленинграда в Москву, проходят многие и

Глава 4

Глава 4 ВСТРЕЧА НА ВЕРШИНЕРОЗЫ И РЫБАЧитаешь «Проблемные записки», и бросается в глаза органическое переплетение многочисленных научных направлений, тесное содружество разных секций. Секция бионики, например, изучает живые организмы с целью перенесения в технику

Глава 5

Глава 5 САМЫЙ СЧАСТЛИВЫЙ ДЕНЬПРАВЫ ЛИ ЙОГИ!Мальчишка, чтобы сделать снежную бабу, скатал в ладонях маленький комок снега, бросил его на землю, покатил, и комочек стал расти, наслаиваясь новыми снежными пластами. Катить его труднее и труднее… Мальчишка вытирает варежкой

47. Титан и его сплавы

47. Титан и его сплавы Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью. Недостатки титана: его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости.Азот, углерод, кислород и водород, упрочняя титан,

Источник

Он вдвое легче, но и вдвое прочнее железа, в 6 раз прочнее алюминия

В земной коре его много -0,63%.

Лишь три технически важных металла – алюминий, железо и магний распространены больше, чем титан. количество титана в земной коре в несколько раз превышает запасы ( меди, цинка, свинца, серебра, золота, платины, хрома, вольфрама, молибдена, никеля , олова, сурьмы) вместе взятых.

Коррозионную прочность титана можно сравнить только с серебром и золотом. На пластинке из титана за 10 лет пребывания в морской воде не появилось и следов коррозии. На его поверхности легко образуется окисная пленка — поэтому высокая коррозионная стойкость.

Ему нипочем океанские глубины, межпланетный вакуум, сверхнизкие температуры космического пространства, жар аэродинамического нагрева.

Титан можно обрабатывать давлением и резанием, сваривать в среде аргона. изготавливать детали литьем, обработка резанием его затруднена.

Титан имеет очень высокую удельную прочность.

* Широкое применение титана сдерживается его высокой стоимостью, которая обусловлена сложностью извлечения его из руд.

* В отличие от многих металлов титан обладает значительным электросопротивлением.если электропроводность серебра принять за 100%. меди 94%, алюминия 60%, железо 15%, титана -3,8%. Это свойство очень важно для радиоэлектроники и электротехники.

Поставляется титан в виде листов, труб, прутков, поковок, штамповок.

Технический титан изготавливается 3-х марок:

* ВТ1-00 ( 99,53% Т )

* ВТ1-0 ( 99,48% Т )

* ВТ1-1 ( 99,44% Т )

Вредными примесями для титана являются : азот, углерод, кислород и водород, они снижают пластичность и свариваемость, повышают твердость, ухудшают сопротивление коррозии.

Технический титан имеет: σ = 300-500 МПА

δ= 20-30%

Чем больше примесей,тем больше прочность и меньше пластичность титана.

Сплавы на основе титана

Для получения сплавов титан легируют алюминием, молибденом, ванадием, марганцем, хромом, железом, ниобием и др.

Удельная прочность титановых сплавов выше, чем у легированных сталей.

Легирующие элементы оказывают большое влияние на температуры полиморфного превращения титана.

* Так, алюминий, кислород, азот — повышают температуру и расширяют — область. их называют -стабилизаторами.

* Молибден, ванадий, марганец, хром, железо —понижают температуру полиморфного превращения. их называют стабилизаторами.

Все промышленные сплавы титана содержат алюминий.

Титан и его сплавы

В соответствии со структурой различают следующие сплавы титана:

1. α-сплавы .Структура их α— твердые растворы л.э. в титане. основной легирующий элемент — алюминий.

ВТ5 —5% алюминия σв = 750-900 Мпа δ =10%

2. α + β -сплавы.Структура их — α иβ твердые растворы. кроме алюминия. они содержат 2-4% стабилизаторов

ВТ6( 6% алюминия, 4% ванадия) σв =900-1070Мпа δ =6-9%

3. β -сплавыструктура их β — твердый раствор. Содержат большое количество стабилизаторов.

ВТ32( 2% алюминия, 8% молибдена, 8% ванадия ,1% хрома, 1% железа )

σв = 800-900 Мпа δ =6-15%

Термическая обработка титановых сплавов

Титановые сплавы в зависимости от состава и назначения можно подвергать:

* -закалке и старению

* Титан и альфа сплавы титанане подвергаются упрочняющей термообработке, их подвергают рекристаллизационному отжигу от температуры 650 -850°, это обеспечивает повышение пластичности.

* альфа +бетта сплавы титанамогут быть упрочнены закалкой с последующим старением. при быстром охлаждении протекает сдвиговое мартенситное превращение. мартенсит здесь- пересыщенный твердый раствор легирующего элемента в альфа-титане. Температура закалки 750-950 °

Для увеличения износостойкости сплавы титана азотируют.

Применение титановых сплавов

Титановые сплавы как высокопрочные конструкционные материалы широко применяют с следующих областях:

* Авиации и ракетостроении — это корпуса двигателей, обшивки самолетов, баллоны для газов, сопла, диски и лопатки турбин, детали крепежа фюзеляжа. В самолете ТУ 154 несколько тысяч важнейших деталей сделано из сплавов титана

* Морское и речное судостроение — гребные винты, обшивки подводных лодок. судов, торпед

* Химической промышленности — оборудование для таких сред как хлор, кислоты, вентили для агрессивных жидкостей и т.п.

* Криогенной технике

* Сплавы титана обладают эффектом памяти — нитинол — сплавы титана с никелем. Изделие можно изогнуть. скрутить, а потом выпрямить. При нагреве оно воспроизведет свою форму.

Несмотря на то, что сплавы дороги, применение их в промышленности экономически выгодно, так. корпус химического реактора из нержавеющей стали служит 6 месяцев, а из сплавов титана — 10 лет

змеевик медный оцинкованный служит 10 месяцев, а титановый — 10 лет

Применяют и биметаллы сталь- титан

Магний и его сплавы

Магний также, как и алюминий и титан относится к материалам с малой плотностью.

Магний — металл серебристо-белого цвета, (под действием окисления поверхность магния тускнеет и становится матовой) не имеет полиморфных превращений и кристаллизуется в плотноупакованную гексагональную решетку.

* Плотность магния — 1,7 г/смз

* Магний в 1,5 раза легче алюминия, в 4,5 раза — железа, в 5 раз легче.

* Температура плавления магния — 651 °С

Магний обладает способностью легко воспламеняться. Вспыхивая, магний ярким светом, выделяя большое количество тепла.Поэтому магний находит широкое применение в пиротехнике, в военном деле при производстве сигнальных ракет, зажигательных бомб.

Магний нельзя гасить водой, т.к. будет взрыв.

* Легкая воспламеняемость магния способствовала тому, что многие считают, что изделия из магния опасны в пожарном отношении. Это не так.

* Магниевая пыль, стружка, порошок — они действительно опасны, а изделия, слитки — не опасны. чем больше масса, тем тепло быстрее растекается по всей массе материала. Магний имеет очень хорошую теплопроводность.

* Магний плохо сопротивляется коррозии — деталь толщиной 3 см будет полностью «съедена» морем за 3 месяца. Поэтому магний и его сплавы нужно защищать от коррозии.

Магний и его сплавы

Литой магний имеет σв =120Мпа δ =5% 30НВ

Деформированный σв = 250 Мпа δ=10% 50НВ

Технический магний выпускается 3-х марок:

* МГ90 ( 99,9% магния)

* МГ95 (99,95 %)

* МГ96 (99,96%)

Магний может быть использован в химической промышленности, в металлургии как раскислитель, легирующий элемент и т.п.

Как конструкционный материал чистый магний не применяется, а для этой цели используются сплавы магния

Сплавы магния

Достоинством магниевых сплавов является их высокая удельная прочность. σв = 250-400 Мпа. По степени прочности на единицу своего веса они превосходят легированные стали и композиции на основе алюминия, уступая в этом лишь титановым сплавам

Поэтому сплавы магния употребляются для изготовления наиболее металлоемких деталей двигателя, корпуса компрессоров, коробок скоростей, корпуса приборов. В самолетах типа Ту154 насчитывается более 2-х тонн деталей из магниевых сплавов.

Магниевые сплавы очень хорошо поглощают вибрацию

Их удельная вибрационная прочность почти в 100 раз выше, чем у лучших алюминиевых сплавов, в 20 раз лучше, чем у алюминиевых сплавов

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием

Они обладают высокой хладностойкостью. От внезапного похолодания внезапно разрушаются многие конструкции- мосты. магистральные трубопроводы. суда. при морозе сталь делается хрупкой, хладноломкой.

Основным легирующим элементом в магниевых сплавах является алюминий ( до 10%) затем цинк (5-6%), марганец (до 2,5%)

По технологическому признаку сплавы магния можно разделить на 2 группы:

* -литейные —МЛ

* —деформированные –МД

Литейные магниевые сплавы — МЛ5,МЛ6,МЛ10 , в их составе магний, алюминий, цинк.

Высокие литейные свойства, применяют для нагруженных крупногабаритных изделий, корпуса, конструкции в автомобилях — особенно гоночных. приборостроении.

Деформируемые магниевые сплавы МА1, МА2 —изготавливаются в виде горячекатанных листов, прутков, профилей, поковок, штамповок.

Сплавы, имеющие гексагональную решетку низкопластичны, поэтому ОМД ведут при повышенных температурах.

Химический состав их близок к литейным.

МА1 имеет σв =210Мпа

Лекция 16

«НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ»

Древние философы разделили весь мир на три царства: минеральное, растительное и животное. Но человек создал еще и четвертое — царство искусственных материалов и, пожалуй, самым удивительным изобретением человека стали пластмассы.

Представьте, что из окружающего нас мира исчезли бы пластмассы.

Тогда не стало бы не только привычных вещей в нашем доме, но и космических полетов, сверхзвуковых самолетов, глубоководных батискафов, современных телевизоров, всякого рода бытовых мелочей — полиэтиленовых мешочков, крышей — всего не перечислишь. Просто говоря, без пластмасс техника и наш быт вернулись бы в начало двадцатого века.

О значении пластмасс в развитии материального производства красноречиво говорит тот факт, что уже в 60-е годы мировой объем производства пластмасс значительно превысил выпуск цветных металлов.

Сейчас пластмассы не просто с успехом заменяют многие металлы, но и сами стали незаменимыми материалами во многих самых различных отраслях техники, пищевой промышленности, строительстве. сельском хозяйстве и т.п.

Источник