Физические и механические свойства титана

Научная литература / Титан / Физические и механические свойства титана
Страница 1

Титан весьма тугоплавкий металл. Долгое время считалось, что он плавится при 1800° С, однако в се­редине 50-х гг. английские ученые Диардорф и Хейс установили температуру плавления для чистого эле­ментарного титана. Она составила 1668±3° С. По своей тугоплавкости титан уступает лишь таким металлам, как вольфрам, тантал, ниобий, рений, молибден, пла­тиноиды, цирконий, а среди основных конструкцион­ных металлов он стоит на первом месте:

Важнейшей особенностью титана как металла явля­ются его уникальные физико-химические свойства: низ­кая плотность, высокая прочность, твердость и др. Главное же, что эти свойства не меняются существенно при высоких температурах.

Титан–легкий металл, его плотность при 0° С составляет всего 4,517 г/см8, а при 100° С – 4,506 г/см3. Титан относится к группе металлов с удельной мас­сой менее 5 г/см3. Сюда входят все щелочные металлы (натрий, кадий, литий, рубидий, цезий) с удельной массой 0,9–1,5 г/см3, магний (1,7 г/см3), алюминий (2,7 г/см3) и др. Титан более чем в 1,5 раза тяжелее алюминия, и в этом он, конечно, ему проигрывает, но зато в 1,5 раза легче железа (7,8 г/см3). Однако, зани­мая по удельной плотности промежуточное положение между алюминием и железом, титан по своим механи­ческим свойствам во много раз их превосходит.

Каковы же эти свойства, которые позволяют широко использовать титан как конструкционный материал? Прежде всего прочность металла, т. е. его способность сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластические деформации). Титан обладает значительной твердостью: он в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза–железа и меди. Еще одна важная характеристика металла – предел текучести. Чем он выше тем лучше детали из этого металла сопротив­ляются эксплуатационным нагрузкам. Предел текучести у ти­тана почти в 18 раз выше, чем у алюминия. Удельная прочность сплавов титана может быть по­вышена в 1,5–2 раза. Его высокие механические свой­ства хорошо сохраняются при температурах вплоть до нескольких сот градусов.

Чистый титан пригоден для любых видов обработки в горячем и холодном состоянии: его можно ковать, как железо, вытягивать и даже делать из него проволоку, прокатывать в листы, ленты, в фольгу толщиной до 0,01 мм.

Интересно отметить, что титан долгие годы, вплоть до получения чистого металла, рассматривали как очень хрупкий материал. Связано это было с наличием в титане примесей, особенно водорода азота, кислорода, углерода и др. Если увеличение содержания кислорода и азота сразу сказывается на их механических свойствах, то влияние водорода более сложное и может проявляться не сразу, а в процессе эксплуатации изделия. Недооценка этого влияния при первых шагах применения титана привела к серьезным авариям. Многочисленные случаи неожиданных хрупких разрушений готовых титановых конструкций в авиации США даже стали причиной некоторого кризиса в производстве титана в 1945–1955 гг. Сегодня же водород специально вводят в титановые сплавы, как временный или постоянный легирующий элемент. Это позволяет сильно упростить многие технологические операции при изготовлении титановых изделий (горячую обработку давлением, резание, сварку, формовку) и улучшить их свойства. При необходимости водород удаляют отжигом в вакууме.

Титан имеет еще одно замечатель­ное свойство – исключительную стойкость в условиях кавитации, т. е. при усиленной «бомбарди­ровке» металла в жидкой среде пузырьками воздуха, которые образуются при быстром движении или вра­щении металлической детали в жидкой среде. Эти пу­зырьки воздуха, лопаясь на поверхности металла, вы­зывают очень сильные микроудары жидкости о поверх­ность движущегося тела. Они быстро разрушают мно­гие материалы, и металлы в том числе, а вот титан прекрасно противостоит кавитации. Испытания в морской воде быстровращающихся дисков из титана и других металлов показали, что при вращении в течение двух месяцев титановый диск практически не потерял в массе. Внешние края его, где скорость вращения, а следовательно, и кавитация мак­симальны, не изменились. Другие диски не выдержали испытания: у всех внешние края оказались поврежден­ными, а многие из них вовсе разрушились.

Страницы: 1 2

Смотрите также

Особенности химической формы развития материи
Окружающий нас материальный мир един и вместе с тем много­образен. Опираясь на данные частных наук, научная философия изуча­ет наиболее общую структуру мира. С позиций научной философии реа ...

Химические способы очистки поверхностей полупроводниковых пластин
Современный этап развития радиоэлектроники характеризуется широким применением интегральных микросхем (ИМС) во всех радиотехнических системах и аппаратуре. Это связано со значительным усложн ...

Элементарная биохимия
БИОХИМИЯ (биологическая химия) – биологическая наука, изучающая химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, их превращения и связь этих превращений с деятельностью органо ...