Die Eigenschaften und Funktionen von Titan

Titan ist ein Element mit der Ordnungszahl 22 im Periodensystem. Die Elementuntergruppe der vierten Periode, die IVB-Bezeichnung, umfasst neben Titan auch Zirkonium und Hafnium. Das gemeinsame Merkmal ist ein hoher Schmelzpunkt, der sich bei Raumtemperatur an seiner Oberfläche ausbildet. stabiler Oxidfilm.

1. Geringe Dichte, hohe Festigkeit, hohe spezifische Festigkeit

Die Dichte von Titan beträgt 4,51 g/cm3, was 57 Prozent der von Stahl entspricht. Titan ist weniger als doppelt so schwer wie Aluminium und dennoch dreimal stärker. Die spezifische Festigkeit (Festigkeits-/Dichteverhältnis) der Titanlegierung ist die größte unter den üblicherweise verwendeten Industrielegierungen (siehe Tabelle 2-1). Die spezifische Festigkeit einer Titanlegierung beträgt das 3,5-fache der von Edelstahl; 1,3-mal so viel wie eine Aluminiumlegierung; 1,7-mal so viel wie eine Magnesiumlegierung. Es ist ein unverzichtbarer Strukturwerkstoff für die Luft- und Raumfahrtindustrie.

Tabelle 2-1 Dichte- und spezifische Festigkeitsvergleich von Titan und anderen Metallen

2. Hervorragende Korrosionsbeständigkeit

Die Passivierung von Titan hängt vom Vorhandensein von Oxidfilmen ab, die in oxidierenden Medien korrosionsbeständiger sind als in reduzierenden Medien. In reduzierenden Medien kommt es zu Hochgeschwindigkeitskorrosion. Titan korrodiert in einigen korrosiven Medien wie Meerwasser, feuchtem Chlor, Chlorit- und Hypochloritlösungen, Salpetersäure, Chromsäure, Metallchloriden, Sulfiden und organischen Säuren nicht. Aber in dem Medium (wie Salzsäure, Schwefelsäure), das mit Titan reagiert, um Wasserstoff zu erzeugen, weist Titan normalerweise eine hohe Korrosionsrate auf. Wenn der Säure jedoch eine kleine Menge Oxidationsmittel zugesetzt wird, bildet sich auf der Titanoberfläche ein Passivierungsfilm. Daher ist Titan in konzentrierter Schwefelsäure-Salpetersäure oder Salzsäure-Salpetersäure-Mischung korrosionsbeständig, selbst in Salzsäure, die freies Chlor enthält. Ein schützender Oxidfilm aus Titan bildet sich normalerweise, wenn das Metall mit Wasser in Kontakt kommt, selbst in kleinen Mengen oder in Wasserdampf. Wenn Titan einer stark oxidierenden Umgebung ohne Wasser ausgesetzt wird, kommt es zu einer schnellen Oxidation und heftigen Reaktionen, und oft kommt es sogar zu einer Selbstentzündung. Dieses Phänomen tritt auf, wenn Titan mit rauchender Salpetersäure reagiert, die überschüssige Stickoxide enthält, und wenn Titan mit trockenem Chlorgas reagiert. Um solche Reaktionen zu verhindern, muss daher eine bestimmte Menge Wasser vorhanden sein. Auch in kleinen Mengen oder im Wasserdampf. Wenn Titan einer stark oxidierenden Umgebung ohne Wasser ausgesetzt wird, kommt es zu einer schnellen Oxidation und heftigen Reaktionen, und oft kommt es sogar zu einer Selbstentzündung. Dieses Phänomen tritt auf, wenn Titan mit rauchender Salpetersäure reagiert, die überschüssige Stickoxide enthält, und wenn Titan mit trockenem Chlorgas reagiert. Um solche Reaktionen zu verhindern, muss daher eine bestimmte Menge Wasser vorhanden sein. Auch in kleinen Mengen oder im Wasserdampf. Wenn Titan einer stark oxidierenden Umgebung ohne Wasser ausgesetzt wird, kommt es zu einer schnellen Oxidation und heftigen Reaktionen, und oft kommt es sogar zu einer Selbstentzündung. Dieses Phänomen tritt auf, wenn Titan mit rauchender Salpetersäure reagiert, die überschüssige Stickoxide enthält, und wenn Titan mit trockenem Chlorgas reagiert. Um solche Reaktionen zu verhindern, muss daher eine bestimmte Menge Wasser vorhanden sein.

3. Gute Hitzebeständigkeit

Normalerweise verliert Aluminium seine ursprünglichen Eigenschaften bei 150 Grad, Edelstahl verliert seine ursprünglichen Eigenschaften bei 310 Grad und Titanlegierungen behalten auch bei etwa 500 Grad noch gute mechanische Eigenschaften. Wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs das 2,7-fache der Schallgeschwindigkeit erreicht, erreicht die Oberflächentemperatur der Flugzeugstruktur 230 Grad, und Aluminium- und Magnesiumlegierungen können nicht verwendet werden, während Titanlegierungen die Anforderungen erfüllen können. Titan verfügt über eine gute Hitzebeständigkeit und wird in den Scheiben und Schaufeln von Flugzeugtriebwerkskompressoren sowie in der Haut des hinteren Flugzeugrumpfs verwendet.

4. gute Leistung bei niedrigen Temperaturen

Die Festigkeit einiger Titanlegierungen (z. B. Ti-5AI-2.5SnELI) nimmt mit sinkender Temperatur zu, die Plastizität nimmt jedoch nicht wesentlich ab. Es hat immer noch eine gute Plastizität und Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und ist für den Einsatz bei extrem niedrigen Temperaturen geeignet. Es kann für trockene Raketentriebwerke mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff sowie für Ultratieftemperaturbehälter und Lagertanks bemannter Raumfahrzeuge verwendet werden.

5. nicht magnetisch

Titan ist nicht magnetisch und wird in U-Boot-Granaten verwendet und verursacht keine Minenexplosionen.

6. Geringe Wärmeleitfähigkeit

Der Vergleich der Wärmeleitfähigkeit zwischen Titan und anderen Metallen ist in Tabelle 2-2 dargestellt.

Tabelle 2-2 Vergleich der Wärmeleitfähigkeit zwischen Titan und anderen Metallen

Die Wärmeleitfähigkeit von Titan ist gering, nur 1/5 von Stahl, 1/13 von Aluminium und 1/25 von Kupfer. Ein Nachteil von Titan ist die schlechte Wärmeleitfähigkeit, diese Eigenschaft von Titan lässt sich jedoch in manchen Fällen ausnutzen.

7. niedriger Elastizitätsmodul

Der Elastizitätsmodul von Titan wird in Tabelle 2-3 mit anderen Metallen verglichen.

Tabelle 2-3 Vergleich des Elastizitätsmoduls von Titan und anderen Metallen

Der Elastizitätsmodul von Titan beträgt nur 55 Prozent des von Stahl und sein geringer Elastizitätsmodul ist bei der Verwendung als Strukturwerkstoff von Nachteil.

8. Zugfestigkeit und Streckgrenze sind sehr ähnlich

Die Zugfestigkeit der Ti-6AI-4V-Titanlegierung beträgt 960 MPa, die Streckgrenze beträgt 892 MPa, der Unterschied zwischen den beiden beträgt nur 58 MPa, siehe Tabelle 2-4.

Tabelle 2-4 Vergleich der Zugfestigkeit und Streckgrenze von Titan und anderen Metallen

9. Titan oxidiert bei hohen Temperaturen leicht

Titan verfügt über starke Wasserstoff- und Sauerstoffbindungen und es muss darauf geachtet werden, Oxidation und Wasserstoffabsorption zu verhindern. Das Schweißen von Titan sollte unter Argonschutz durchgeführt werden, um eine Kontamination zu verhindern. Titanrohre und dünne Platten sollten unter Vakuum wärmebehandelt werden, und die Wärmebehandlung von Titanschmiedestücken sollte die mikrooxidative Atmosphäre kontrollieren.

10. Geringer Dämpfungswiderstand

Verwenden Sie Titan und andere Metallmaterialien (Kupfer, Stahl), um Glocken mit genau der gleichen Form und Größe herzustellen, und schlagen Sie jede Glocke mit der gleichen Kraft an. Sie werden feststellen, dass die Glocke aus Titan vibriert und der Klang anhält, d. h. durch das Läuten der Glocke. Die gegebene Energie lässt sich nicht leicht verschwinden, daher sagen wir, dass die Dämpfungsleistung von Titan gering ist.