Титан это металл или сплав: Титан. Свойства, применение, марки, химический состав. Сплавы титана

Содержание

Космический металл: (Все о титане) :: Книги по металлургии

Сплавы титана

 

Полученные в промышленных условиях слитки титана называют техническим титаном. Он имеют практически все те свойства, которыми обладает химически чистый титан. Технический титан в отличие от химически чистого содержит повышенное количество некоторых элементов-примесей. В разных странах в зависимости от технологических особенностей процесса технический титан содержит примеси (в %): железа 0,15—0,3; углерода 0,05-0,1; водорода 0,006-0,013; азота 0,04-0,07; кислорода 0,1 —0,4. Наилучшие качественные показатели по содержанию вышеперечисленных примесей имеет технический титан, выпускаемый в СССР. В целом эти примеси практически не ухудшают физические, механические, технологические свойства технического титана по сравнению с химически чистым металлом. Технический титан — это металл серебристо-серого цвета с едва заметным светло-золотистым оттенком. Он легок, почти в 2 раза легче железа, но все же тяжелее алюминия: 1 см3 титана весит 4,5 г, железа 7,8 г, а алюминия 2,7 г. Плавится технический титан почти при 1700° С, сталь — при 1500°С, алюминий — при 600° С. Он в 1,5 раза прочнее стали и в несколько раз прочнее алюминия, очень пластичный: технический титан легко прокатывать в листы и даже в очень топкую фольгу, толщиной в доли миллиметра, его можно вытягивать в прутки, проволоку, делать из него лепты, трубы. Технический титан обладает высокой прочностью, т. о. хорошо противостоит воздействию ударом и поддастся ковке, при этом он имеет высокую упругость и отличную выносливость. У технического титана довольно высокий продел текучести, он сопротивляется любым усилиям и нагрузкам, стремящимся смять, изменить форму и размеры изготовленной детали. Это его свойство выше в 2,5 раза, чем у железа, в 3 раза, чем у меди, и в 18 раз, чем у алюминия. У титана гораздо более высокая твердость, чем у алюминия, магния, меди, железа и некоторых сортов стали, однако ниже, чем у инструментальных сталей.

Технический титан — металл очень большой коррозионной стойкости. Он практически не изменяется и не разрушается на воздухе, в воде, исключительно стоек при обычной температуре во многих кислотах, даже в «царской водке», во многих агрессивных средах. У титана имеется еще множество уникальных качеств. Например, стойкость к кавитации, слабые магнитные свойства, низкие электропроводность и теплопроводность и т. н. Но есть у титана и недостатки. Главный — его большая дороговизна, он в 3 раза дороже стали, в 3—5 раз дороже алюминия. титан не универсальный коррозионно-стойкий конструкционный материал, у него несколько более низкие по сравнению с лучшими сортами легированных сталей значения модулей упругости и ползучести, он может разупрочняться при высоких температурах, склонен к абразивному износу, плохо работает па резьбовых соединениях. Все эти недостатки снижают эффективность применения технического титана в чистом виде, что в общем-то характерно и для других конструкционных металлов; железа, алюминия, магния. Многие, почти все, недостатки чистого титана устраняются при легировании ого различными металлами и создании сплавов на его основе. В качестве наилучших конструкционных и коррозионно-стойких материалов сплавы титана имеют огромное преимущество. Титан, будучи весьма химически активным металлом, имеет благоприятные металлохимические свойства для образования прочных соединений — типа непрерывных и ограниченных твердых растворов ковалентных и ионных соединений. В целом насчитывается более 50 элементов, дающих с титаном твердые растворы, на основе которых можно производить титановые сплавы и их соединения. Алюминий-титановые сплавы выпускаются нескольких марок и содержат 3—8% алюминия. 0,4 — 0,5% хрома, 0,25-0,6% железа, 0,25-0,6% кремния, 0,01% бора. Все они коррозионно-стойкие, высокопрочные и жаропрочные сплавы па основе титана. С увеличением содержания алюминия и сплавах температура плавления несколько снижается, однако магнитные свойства значительно улучшаются и температура разупрочнения повышается. Ферротитан облагораживающе действует на сталь, так как он, активно поглощая кислород, является одним из лучших раскислителей стали. Ферротитан так жt активно поглощает из расплавленной стали азот, образуя нитрид титана, другие примеси, способствует равномерному распределению прочих примесей и образованию мелкозернистых структур стали. Кроме ферротитана, на основе железа и титана производятся и другие сплавы, широко используемые в черной металлургии. Феррокарботитан — железотитановый, содержащий 7—9% углерода, 74—75% железа, 10—17% титана. Ферросиликотитан — сплав, состоящий из железа (около 50%), титана (30%) и кремния (20%)- Оба эти сплава также применяются для раскисления сталей. Даже небольшие присадки, меди к титану и другим его сплавам повышают их стабильность в процессе эксплуатации, увеличивается и их жаропрочность. Кроме того 5—12% титана добавляют в медь для получения так называемого купро-титана; им пользуются, чтобы очистить расплавленную медь и бронзу от кислорода и азота. Легирование меди титаном производится только очень небольшими ого добавками, уже при 5% титана медь становится нековкой. Марганец, введенный в технический титан или в его сплавы, делает их прочнее, они сохраняют пластичность и легко обрабатываются при прокатке. Марганец — недорогой и не дефицитный металл, поэтому он широко применяется (до 1,5%) при легировании титановых сплавов, предназначенных для листовой прокатки. Богатый марганцем (70%) сплав называется мангантитаном. Оба металла являются энергетическими раскислителями. Этот сплав, как и купротитан, хорошо очищает от кислорода, азота и других примесей медь и бронзу при отливках. Технический титан и его сплавы выпускаются в виде листов, плит, полос, лент, фольги, прутков, проволоки, труб, поковок и штамповок. Эти полуфабрикаты являются исходным материалом для изготовления из титана и: его сплавов различных изделий. Для этого полуфабрикаты надо обработать ковкой, штамповкой, фасонным литьем, резанием, сваркой и т д.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Лучше, чем титан – Наука – Коммерсантъ

Специалисты научно-исследовательского материаловедческо-технологического отделения АО ВНИИНМ (входит в состав топливной компании «Росатома» — ТВЭЛ) получили три патента России.

Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана защищен первым из патентов. Смысл изобретения в том, что гафний как легирующий элемент повышает термическую стабильность сплава, увеличивает сопротивление ползучести (медленной деформации металла под воздействием постоянной нагрузки), улучшает свариваемость, механическую прочность и модуль упругости титана.

Чистый гафний используется в регулировочных стержнях атомных реакторов. Он непроницаем для нейтронов, а значит, гафниевыми стержнями можно управлять ядерной реакцией: металл будет поглощать избыточные нейтроны, которые в противном случае могли бы превратить реактор в атомную бомбу. Отличная способность гафния поглощать нейтроны мало меняется, и регулирующие стержни из гафния сохраняют работоспособность весь срок эксплуатации реактора.

Гафний очень стоек к коррозии и к действию агрессивных сред (горячая вода, пар, жидкий натрий, щелочи, разбавленная соляная кислота, азотная кислота любой концентрации, органические жидкости). Эти свойства позволяют использовать гафний в контакте с водяным теплоносителем без защитной оболочки. У гафния также высокая термическая и радиационная стойкость.

Участие гафния в сплаве с титаном значительно улучшает механические и антикоррозионные свойства материала.

Одновременно с разработкой новых материалов на основе титана во ВНИИНМе разработана и технология их получения при помощи двойного электронно-лучевого переплава, и это второй патент — «Способ получения слитков сплава на основе титана». Электронно-лучевой переплав происходит в глубоком вакууме, шихта подвергается воздействию пучка электронов, результатом становятся сверхвысокочистые металлы. Авторы патента сообщают, что полученные таким способом материалы назначены к использованию в основном в аэрокосмической технике.

Из слитка гафнийсодержащего сплава титана во ВНИИНМе научились делать плоские плашки, и этот метод защищен третьим патентом — «Способ изготовления плоских изделий из гафнийсодержащего сплава на основе титана». Разработка открыла широкие возможности получения изделий из сплавов на основе титана с самым разнообразным сочетанием механических свойств — вплоть до максимально возможных — благодаря легированию, термической обработке, деформационному упрочнению. Изделия пригодны для длительной эксплуатации в вакууме при температурах до 1000 градусов Цельсия или на воздухе в течение суток при такой же температуре.

«Обычно титановые сплавы заменяют сталь там, где необходимо уменьшить массу конструкции, и алюминий — при работе с повышенными температурами. Роль титана как конструкционного материала, основы высокопрочных сплавов для авиации и судостроения быстро возрастает. В этой связи разработка и исследование сплавов титана с улучшенными характеристиками будет продолжаться»,— подчеркнул первый заместитель генерального директора АО ВНИИНМ Владислав Орлов.

Государственный научный центр «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А. А. Бочвара» — головная организация госкорпорации «Росатом» по вопросам материаловедения и технологий ядерного топливного цикла, технологий обращения с делящимися и ядерными материалами, остающимися в оборонной области.

Владимир Тесленко, кандидат химических наук

Титан

Титан (Ti) — это химический элемент под номером 22 в 4 группе современной периодической системы элементов. Простое вещество титан плавиться при температуре выше 1660 °C. Этот металл, как и цинк, в различных условиях может проявлять две формы устройства кристаллической решётки: форму a и форму b (при температуре выше 883 °C). a-Ti имеет гексагональную плотноупакованную форму решётки, b-Ti имеет кубическую объёмноцентрированную упаковку.

Обнаружили титан в XVIII веке, но в промышленных масштабах стали производить только в XX веке в виду сложности его извлечения из полиметаллической руды и больших энергозатратах на производство титана. В земной коре содержится порядка 0,57 % титана от общей массы, 0.001 мг/л³ в морской воде. Это десятый по популярности элемент в земной коре. Сегодня купить титан можно в нашем магазине.

В ходе изучения свойств этого металла обнаружились его полезные свойства. Титан имеет высокую прочность, пластичность, стойкость к коррозии (в виду образования оксидной плёнки) и устойчивость к воздействию кислот и щелочей (исключая плавиковую кислоту, концентрированную серную кислоту и ортофосфорную кислоту). Он имеет хорошую ковкость и вязкость. При этом его плотность по сравнению с другими металлическими сплавами невелика: 4,54 г/см³.

При температуре 250 °C титановые сплавы сильно теряют в прочности. Но жаропрочные сплавы хорошо проявляют себя в интервале 300-600 °C. С увеличением температуры они уступают в прочности сплавам Fe и Ni. По пластичность Ti проявляет лучшие качества чем металлы с аналогичным устройством кристаллической решётки (цинк, магний, кадмий). Таким образом это лёгкий, прочный, ковкий, вязкий, пластичный, коррозиестойкий металл, который содержится в земной коре в достаточных количествах, чтобы не быть чрезмерно дорогим.

Классификация титана и титановых сплавов

Из титана выпускается широкий спектр заготовок. Черновой титан производится в виде губки. Сплавы Ti легируются оловом, алюминием, марганцем, хромом, ванадием, молибденом и другими металлами, с целью совершенствования прочности, жаростойкости, коррозионной стойкости и других качеств. В виду этого, классификация титановых сплавов весьма велика. Следовательно различаются:

• и многокомпонентные сплавы.

По способу изготовления сплавы классифицируются на:

• и деформируемые

По механическим свойствам:

• повышенной пластичности и низкой прочности,
• средней прочности,
• высокой прочности.

По степени обработки титановые сплавы:

• всегда отожжённые,
• прошедшие процедуру закалки и старения (сплавы с a+b кристаллической структурой),
• прошедшие процедуру химико-термической обработки.

Ознакомившись с основной классификацией сплавов и заготовок из Ti, можно приступить к подробному описанию их свойств.

Свойства технического титана и промышленных сплавов

В маркировке титана присутствуют значительные отличия от других сплавов. Поэтому прежде, чем приступить к изучению таблиц, необходимо разобраться с этим.

• В России на практике титановые сплавы всегда имеют маркировку Т.

• Перед литерой Т проставляется буквенное обозначение производителя (В — ВИАМ, О — опытная разработка Свердловского завода и ВИАМ, П — «Прометей» Санкт-Петербург и другие).

• Сплавы могут маркироваться численными обозначениями, указывающими чистоту сплава. К примеру, титан высшей чистоты, произведённый ВИАМ может маркироваться ВТ1-00. В других случаях численные обозначения могут не сказать Вам ничего конкретного.

• Иногда же дополнительные литеры могут указывать на какие-то особые качества металла (И — специальный сплав, В — ванадиевый сплав, Л — литейный сплав, ГТ — губчатый титан).

Приведём наиболее популярные буквенные и цветовые маркировки сплавов с последующей расшифровкой.

Далее мы приводим таблицы по свойствам титановых сплавов, исключив промышленные заготовки.

Получение титана

Титан получают из полиметаллических руд: ильменита, рутила, перовскита, титанита, и других полезных ископаемых. В руде содержится до 60% TiO₂. Поэтому изначально необходимо получить ильменитовый концентрат, методом флотации. После флотационного обогащения ильменита, содержание оксида титана возрастает до 90-99 %.

Ильменитовый концентрат расплавляется, с целью получения титана в шлаке. Из шлака получают шихту Ti. Из титана получают тетрахлорид титана, с одновременным восстановлением TiO₂ и хлорированием. Тетрахлорид титана проходит ректификационную очистку. Сюда следует также включить процедуру получения магния электролизом из хлористого магния. Далее титан восстанавливается из тетрахлорида титана. (Наиболее перспективно восстановление с помощью магния). Восстановления производится в герметичных аппаратах или в аргонной среде, путём пропускания газа тетрахлорида титана через расплавленный магний. Титан проходит процедуру вакуумной сепарации. Блоки губчатого титана перерабатываются, после чего губки направляются на переплавку. Переплавка осуществляется в электродуговой печи с постоянным вольфрамовым электролитом, или в электропечи с высокочастотным нагревом.

Полученные заготовки идут на производства и формуются в:

Титановая промышленность

В мире имеется порядка одного миллиарда тон подтверждённых запасов титана. Хотя титан бал обнаружен в XVIII веке, в XIX веке был выделен в чистом виде, промышленные обороты производство титана приняло только в XX веке. Титановая промышленность и основные запасы титановых руд сосредоточены в КНР, России, США, Японии, Казахстане и Украине. С сохранением темпов расходования ресурсов титана, запасов Ti хватит ещё примерно на 150 лет. Для наглядности нами приведена сводка по титановой промышленности за 1996-2001 годы.

Титановая промышленность в России набирает обороты, ВСМПО-Ависма является одним из ведущих производителей в этой отрасли. Опыт этого предприятия весьма интересен и наглядно описывается в статье журнала Forbes — «Титаническое производство: как работает крупнейший производитель титана в мире». В этой статье говориться о том, что ВСМПО располагает двумя заводами вблизи Уральского хребта. ТГ — титановая губка производится в Березняках Пермского края, а заготовки в виде слитков и других полуфабрикатов производят в Верхней Следе.

На заводе, где из титана изготавливают детали, работает порядка 100 человек в три смены. Продукция производится по передовым технологиям, с применением дорогостоящих станков и автоматов, стоимость каждого составляет порядка 5 млн $. Станки доставлены из США, с согласия самого президента — Барака Обамы. Продукция заводов пользуется спросом по всему миру. На этом предприятии изготавливают детали для болидов формулы-1, продукции Boeing, Airbus и других.

Применение

Частично мы уже сказали о применении титана и его сплавов. Из него производят детали для авиационной промышленности, в машиностроении, космической отрасли, подводных лодок, товаров народного потребления. Однако, статистические исследования Titanium Corporation на 2005 год дают следующую оценку по потреблению этого материала.

• Только 7 % титана используется в машиностроении.
• 13 % уходит на бумажное производство.
• 20 % используется при изготовлении пластика.
• И 60 % при изготовлении красок.

Но давайте обратимся к рекомендациям. Сплавы Ti низкой прочности и высокой пластичности предназначены для эффективного использования в авиационной и космической отрасли, химической промышленности, производстве тепловой и криогенной техник. Из него производят практически все виды заготовок, и применяют для изготовления сварных элементов конструкций.

Ti средней прочности рекомендован для применения в производстве холодильной техники, в судостроении, производстве различных ёмкостей, деталей работающих длительное время при температуре 400 °C, 750-800 °C – кратковременно, в зависимости от типа сплава эти рекомендации могут отличаться.

Сплавы же Ti высокой прочности рекомендовано использовать при изготовлении ответственных деталей и элементов конструкций, работающих под нагрузкой, турбин, сварных элементов конструкций, штампованных изделий и деталей, рассчитанных для работы при температуре 400 °C, 750 °C – кратковременно.

Титановый сплав :: 3DHub.by

Благодаря преимуществам, связанным с уменьшением потерь материала и возможностью создания легких конструкций, титановая 3D-печать находит свою нишу во многих отраслях промышленности.
Титан обладает превосходными свойствами материала, но его высокая стоимость исторически ограничивала его использование в высокотребовательных применениях в аэрокосмической отрасли. Теперь, когда металлическая 3D-печать становится все более признанным жизнеспособным методом производства, технология делает титан более доступным для таких отраслей, как медицина, автомобилестроение и автоспорт.
 Уникальные свойства титана

Авиационно-космический сектор: Устойчивость к коррозии, высокое соотношение прочности и веса, высокая термостойкость. Использование: кронштейны и рамы крыла, маленькие детали, такие как лопатки компрессора, роторы и другие компоненты турбинного оборудования.

Медицинский сектор: Превосходная прочность, биосовместимость (нетоксичнен, неаллергенен). Ортопедические устройства, такие как имплантаты позвоночника, бедра и колена.

Автомобили и автоспорт: Коррозионная стойкость, высокое соотношение прочности и веса, высокая термостойкость. Применение: тормозные суппорты, кронштейны, колесные диски, стойки.

Подумайте о прочности, легкости и коррозии, и вы поймете, что делает титан таким популярным материалом. Титан известен своими превосходными свойствами материала — такими же прочными, как сталь, но его плотность составляет всего 60% от стали.
Высокое соотношение прочности и плотности титана, хорошая коррозионная стойкость и химическая стойкость делают его особенно желательным для высокопроизводительных отраслей, таких как аэрокосмическая и оборонная промышленность.
 
Титановые сплавы используются в областях, где требуются легкие детали, способные сохранять свои механические свойства при высоких температурах.
 
Титан также известен своей биосовместимостью, что делает его идеальным выбором для медицинских применений, таких как имплантаты.
 
Однако, хотя титан обладает рядом преимуществ, он остается относительно дорогим материалом. Это связано с тем, что металл добывают в относительно небольших количествах, а обработка необработанного титана остается сложной задачей, что делает материал значительно более дорогим, чем альтернативные металлы, такие как сталь.

Что делает титан пригодным для 3D-печати?
Титан может быть сложным металлом для работы, особенно когда речь идет о механической обработке. С одной стороны, титан обладает низкой теплопроводностью. Это означает, что при обработке, например, на станке с ЧПУ, выделяемое тепло сохраняется в инструменте с ЧПУ, что может привести к быстрому износу инструмента.
 
Кроме того, поскольку механическая обработка включает в себя резку и удаление материала, этот процесс может привести к образованию большого количества отходов материала. В результате многие компании ищут лучшие альтернативы для производства титановых деталей.
 
Металлическая SLM 3D-печать оказывается жизнеспособной альтернативой.
 
При 3D-печати на металле наиболее часто используемым сортом титана является сплав Ti6Al4V (Ti64). В дополнение к Ti64 также возможна 3D-печать с использованием чистого титана.
 

Из Преимуществ:
Для аэрокосмических применений использование деталей из титана и 3D-печати часто помогает снизить соотношение между весом количества материала, купленного первоначально, и весом готовой детали.
 
Например, при обычном изготовлении титановые авиационные компоненты могут иметь соотношение «покупка-к-лету» от 12: 1 до 25: 1. Это означает, что для производства 1 кг деталей требуется 12-25 кг сырья. В этом случае до 90% материала идет в отход.
 
Металлическая 3D-печать может снизить это соотношение для титановых компонентов до 3: 1 и 12: 1. Это связано с тем, что в металлических 3D-принтерах обычно используется только необходимое количество материала, необходимого для создания детали, что приводит к небольшому расходу вспомогательных конструкций(поддержек). Для такого дорогостоящего материала, как титан, экономия средств благодаря такому уменьшенному соотношению покупок и продаж может быть весьма значительной.
 
Аддитивное производство может также улучшить легкие свойства титана благодаря оптимизации топологии. Используя программное обеспечение для оптимизации топологии, инженеры устанавливают определенные требования, такие как ограничения по нагрузке и жесткости, а затем позволяют программному инструменту оптимизировать исходный проект для удовлетворения этих требований. Благодаря этой оптимизации любой лишний материал удаляется из 3д модели, создавая более легкий, но прочный элемент.
 
Топологически оптимизированные конструкции часто могут быть изготовлены только с помощью аддитивных технологий. Это преимущество особенно ценится в аэрокосмической промышленности, где легкие титановые детали с 3D-печатью могут привести к снижению веса и повышению летно-технических характеристик самолета.

Новый стальной сплав оказался прочнее титана

Исследователи из Южной Кореи разработали новый способ изготовления легированной стали низкой плотности, которая вполне может превзойти титан по прочности и пластичности без увеличения стоимости.

В материаловедении пластичность определяет способность вещества к растяжению и изгибам без деформации. Данное свойство крайне важно для промышленности, в частности, в производстве автомобилей и самолётов. Производители постоянно ищут способы создания более лёгких стальных сплавов (чем легче авто или самолёт, тем меньше топлива они «съедают», тем меньше загрязняют среду). Но более лёгкие стали, как правило, оказываются более хрупкими.

В результате автоконцерны в последние годы начали переходить на альтернативные материалы (например, углепластик). Согласно статистике, массовая доля использования стали и чугуна в легковых транспортных средствах снизилась с 68,1% в 1995 году до 60,1% в 2011 году.

Новый стальной сплав, разработанный командой южнокорейских специалистов под руководством Хансу Кима (Hansoo Kim) из Пхоханского университета науки и технологий, обладает лучшими свойствами: материал одновременно более лёгкий и более гибкий. Специфика изготовления такого сплава достаточно сложна, однако данный способ привёл к изготовлению материала, существенно превышающего по качествам существующую на настоящий момент легированную сталь.

Для того, чтобы сделать сплав легче, учёные добавили в него алюминий, менее плотный металл, а для того чтобы сплав с алюминием был менее ломким, в него добавили никель. Благодаря ему алюминий соединяется с железом в нанометровые кластеры (а не длинные ленты, которые придают хрупкость материалу). Эти кластеры слишком малы, чтобы вызвать нежелательную хрупкость, но алюминий делает сплав более лёгким.

Формирование алюминиевых кластеров было подтверждено с помощью электронного микроскопа. Затем учёные провели тестирование металла и обнаружили, что он оказался менее хрупким, чем обыкновенная сталь.

«Соотношение лёгкости, прочности и пластичности металлических сплавов изучалось с бронзового века, – говорят авторы проекта. – Сегодня растёт спрос на широкий диапазон конструкционных материалов для экологически безопасных, энергоэффективных и лёгких инженерных систем».

Исследователи рассчитывают на то, что новая технология быстро займёт своё место в массовом производстве и пригодится для промышленности, строительства и машиностроения.

Научная статья группы Кима была опубликована в журнале Nature.

19 сплавов для 3D-печати уникальных изделий

Компания SLM Solutions, чей головной офис располагается в Любеке (Германия), является ведущим разработчиком технологий металлического аддитивного производства. Акции компании включены в список первого уровня Франкфуртской фондовой биржи. Основное направление деятельности SLM Solutions – разработка, сборка и продажа оборудования и интегрированных системных решений в области селективного лазерного плавления (Selective Laser Melting, SLM).

Свойства получаемой продукции в значительной степени зависят от свойств используемого в SLM-принтерах металлического порошка – таких, как степень чистоты, текучесть и объемная плотность. Поэтому, начиная с 2016 года, компания SLM Solutions активно работает в сфере производства металлических порошков, чтобы обеспечить клиентов материалами, которые идеально подходят для использования в SLM-принтерах для решения конкретных задач.

Клиенты из самых разных отраслей используют 3D-принтеры SLM Solutions для производства сложных деталей в самых разнообразных областях – от зубных протезов до лопаток турбин. Все эти продукты объединяет одно: они должны соответствовать высочайшим требованиям в отношении стабильности, структуры поверхности или биосовместимости. При этом число сценариев использования все время растет, так как изделие может иметь практически любую геометрию.

Сегодня инженеры практически каждый день находят новые решения проблем традиционного производства 

Алюминиевые сплавы

Обзор металлических порошков, разработанных SLM Solutions, мы начнем со сплава на основе алюминия, который широко используется в аддитивном производстве для изготовления функциональных деталей и прототипов. Сплав AlSi10Mg часто применяется в отраслях, где требуются хорошие механические свойства и небольшая масса: в аэрокосмической и автомобильной промышленности, машиностроении, производстве теплообменных устройств.

AlSi12 – сплав на основе алюминия, оптимизированный для использования в аддитивных установках компании SLM Solutions. Сплав AlSi12 особенно хорошо подходит для решений, требующих отличной теплопроводности и устойчивости к деформации.

AlSi7Mg0,6 – сплав на основе алюминия, который часто используется в тех случаях, когда в число требований входят отличная теплопроводность, хорошая коррозионная стойкость и устойчивость к деформации. Применяется в автомобильной и аэрокосмической отрасли, для прототипирования, а также в научных исследованиях.

AlSi9Cu3 – сплав на основе алюминия, кремния и меди, который отличается низкой плотностью, хорошей высокотемпературной прочностью и коррозионной стойкостью. Прекрасно подходит для технологии SLM.

Никелевые сплавы

Никелевый сплав NX от SLM Solutions – это сплав с высоким содержанием хрома, молибдена и железа. Он подходит для применения при высоких температурах в агрессивных средах в таких областях, как энергетика, химическая и аэрокосмическая промышленность, производство деталей турбин. Сплав характеризуется высокой прочностью, высоким сопротивлением ползучести (до 850 °C), хорошей пластичностью и отличной стойкостью к окислению при высоких температурах.

IN625 – дисперсионно твердеющий сплав на основе никеля с содержанием хрома, молибдена и ниобия. Имеет высокую прочность, хорошую пластичность, отличное сопротивление ползучести и разрыву до 700 °C. Типичная область применения IN625 – создание компонентов авиационных двигателей с рабочими температурами до 650 °C.

Лопатка турбины с внутренними каналами конформного охлаждения, улучшающими производительность реактивного двигателя

IN718 представляет собой дисперсионно твердеющий сплав на основе никеля и хрома. Обладая прекрасными показателями сопротивления разрыву, усталости и ползучести при температурах до 700 °C, сплав IN718 играет важную роль в производстве компонентов для авиационных двигателей, турбин (в том числе газовых) и решении других задач, связанных с высокотемпературными средами.

IN939 – это высоколегированный сплав с содержанием хрома, кобальта, титана, вольфрама, алюминия, тантала и ниобия. Благодаря хорошим механическим свойствам при высоких температурах, сплав IN939 находит широкое применение при создании компонентов турбин. Особенности материала – высокая прочность, хорошая пластичность, превосходная коррозионная стойкость.

Титановые сплавы

Титановый сплав Ti6Al4V ELI марки 23 от SLM Solutions – это разновидность сплава Ti6Al4V марки 5 с высокой степенью чистоты, наиболее широко используемого в мире сплава на основе титана. Благодаря высокой прочности, низкой плотности и хорошей коррозионной стойкости, сплав Ti6Al4V хорошо подходит для производства деталей в аэрокосмической и автомобильной промышленности, энергетике, а также в биомедицине.

Титановый сплав Ti Gd. II – марка титана коммерческой чистоты с прекрасной биосовместимостью и хорошими механическими свойствами. Этот сплав широко используется во множестве областей, где необходимы отличная коррозионная стойкость, прочность, пластичность и низкая плотность, – медицине, энергетике, химической и нефтехимической промышленности, аэрокосмической индустрии.<

Тормозной суппорт для суперкаров Bugatti, изготовленный из титана на аддитивной установке SLM Solutions

Кобальтовые сплавы

CoCr28Mo6 – сплав кобальта, хрома и молибдена, который находит применение в разнообразных сферах. Обладая повышенной биосовместимостью, он используется в медицине для производства имплантатов и протезов. Этот материал также подходит для производства компонентов, предназначенных для эксплуатации в высокотемпературных средах, например, деталей реактивных двигателей.

SLM MediDent – сплав кобальта, хрома, молибдена и вольфрама, специально предназначенный для применения в стоматологии. Этот сплав используется главным образом для производства биосовместимых зубных имплантатов и протезов.

Вставки в литейную форму с каналами конформного охлаждения (компания Gardena AG)

Инструментальная и нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь 316L – аустенитная высокохромистая сталь, которая прекрасно подходит для 3D-принтеров SLM Solutions. Сталь 316L часто используется в областях, где требуются хорошие механические свойства и отличная коррозионная стойкость, в частности, в хлоридных средах: в изготовлении хирургических инструментов, судостроении, аэрокосмической, автомобильной, пищевой промышленности.

15-5PH – мартенситная дисперсионно твердеющая сталь, которая прекрасно подходит для использования в оборудовании SLM Solutions. Сталь 15-5PH отличается высокой прочностью и твердостью в сочетании со средней коррозионной стойкостью. Этот материал является не содержащей ферритов разновидностью сплава 17-4PH. Типичные области применения 15-5PH – аэрокосмическая, химическая, нефтехимическая, бумажная промышленность, металлообработка, медицина.

Нержавеющая сталь 17-4PH представляет собой мартенситную дисперсионно твердеющую сталь. Она подойдет там, где необходимы высокая прочность и твердость в сочетании со средней коррозионной стойкостью.

1,2709 – это мартенситно-стареющая инструментальная сталь с высоким содержанием легированного никеля и молибдена. Сталь 1,2709 находит разнообразное применение в инструментальной промышленности и других ответственных областях применения, где нужны высокие показатели прочности и жесткости.

1,2344 – мартенситная инструментальная сталь с содержанием хрома. Также известный как h23, данный вид стали используется в инструментальной промышленности и литье под давлением при выполнении задач, требующих исключительной прочности и жесткости.

Сплав Invar 36® – это сталь с высоким содержанием никеля, которая имеет исключительно низкий коэффициент теплового расширения при температурах ниже точки Кюри, равной 280 °C. Сплав Invar 36® используется для создания компонентов, требующих высокой размерной стабильности в широком диапазоне температур, например клапанов двигателей и прецизионных инструментов.

Медные сплавы

Бронза CuSn10 – сплав меди и олова с высоким пределом эластичности и средней твердостью. Отличается хорошей износостойкостью, стойкостью к атмосферной коррозии и устойчивостью к кавитации в морской воде. Типичные области применения — компоненты и корпуса устройств, используемых в средах, подверженных воздействию морской воды (судостроение, производство теплообменных устройств).

Подробнее о металлических порошках, их свойствах и сферах применения – в бесплатной брошюре:

SLM Solutions – это технологически совершенные, инновационные и высокоэффективные интегрированные системные решения. Если вы хотите узнать больше о возможностях 3D-печати металлами или проконсультироваться по вопросам внедрения аддитивных технологий на вашем предприятии, обращайтесь к опытным экспертам компании iQB Technologies. Звоните прямо сейчас: +7 (495) 269-62-22

Титан в крови: исследования в лаборатории KDLmed

Определение концентрации титана в крови, используемое для оценки состояния имплантатов из титанового сплава.

Для чего используется этот анализ?

• Для оценки состояния имплантатов из титанового сплава.

Когда назначается анализ?

• При контрольном обследовании пациента с имплантатом, содержащим титан;
• при подозрении на изнашивание или плохое качество имплантата, содержащего титан.

Синонимы английские

Titanium (Ti), Blood.

Метод исследования

Атомно-адсорбционная спектрометрия (ААС).

Единицы измерения

Мкг/л (микрограмм на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь.

Как правильно подготовиться к исследованию?

• Не принимать пищу в течение 2-3 часов до анализа, можно пить чистую негазированную воду.
• Не курить в течение 30 минут до анализа.

Общая информация об исследовании

Титан – это широко распространенный в природе металл. Почва, вода и воздух содержат небольшое количество титана, присутствующего в форме различных оксидов. Он не относится к эссенциальным, то есть жизненно необходимым элементам (в отличие, например, от железа) и не считается токсичным для человека металлом (как, например, ртуть). Титан широко применяется в качестве пищевой добавки. Продукты, подвергнутые технологической обработке, содержат гораздо более высокие концентрации титана, чем натуральные.

99 % титана поступает в организм человека с пищей, в сутки взрослый человек употребляет 0,1-1,0 мг титана. Абсорбция титана в пищеварительном тракте низкая (всего около 3 %), и большая его часть быстро выводится с калом и мочой. Всего в организме человека содержится 9-15 мг титана, при этом значительная часть находится в легких. В легкие он поступает в виде титановой пыли, которая, однако, не является токсичной и не приводит к развитию фиброза.

Титановые сплавы используются для производства искусственных суставов, протезов и имплантатов, в частности при переломах костей, а также в стоматологии. Хорошо известно, что протезы могут подвергаться коррозии и изнашиваться, выделяя в окружающие ткани ионы металлов и продукты деградации поверхности протезов. Ионы металлов при изнашивании протезов могут способствовать развитию канцерогенеза, аллергии и остеолиза (разрушения костной ткани). Кроме того, титановые сплавы могут стимулировать продукцию простагландинов и интерлейкина. Таким образом, влияние избытка титана на здоровье человека является предметом исследований современной токсикологии.

В норме большая часть титана находится внутри клеток, а его концентрация в крови при отсутствии титановых имплантатов составляет менее 1 нг/мл. При имплантации титансодержащего протеза она умеренно повышается, но при хорошем состоянии протеза не превышает 1,0-3,0 нг/мл. Изнашивание протезов может сопровождаться значительным повышением уровня титана в крови – более 10 нг/мл. Чтобы оценить значение такого воздействия, необходимо точно измерить нормальные уровни титана в кровотоке и количественно определить повышенные уровни титана у пациентов с имплантатами.

Следует отметить, что изолированное повышение уровня титана в крови без каких-либо дополнительных клинических признаков не всегда указывает на изнашивание протеза или его несостоятельность.

Другими компонентами сплавов, используемых в медицине, являются ванадий и алюминий. В отличие от титана, токсичность этих элементов для организма человека доказана. По этой причине анализ на титан целесообразно дополнить анализами на алюминий и ванадий.

Для чего используется исследование?

• Для оценки состояния имплантатов из титанового сплава.

Когда назначается исследование?

• При контрольном обследовании пациента с имплантатом, содержащим титан;
• при подозрении на изнашивание или неисправность имплантата, содержащего титан.

Что означают результаты?

Референсные значения: 0 — 2 мкг/л.

Причины повышения уровня титана в крови:

• изнашивание или несостоятельность искусственного сустава, имплантата или протеза, содержащего титан.

Понижение уровня титана в крови не имеет диагностической значимости.

Что может влиять на результат?

• Состояние титансодержащего имплантата – концентрация титана при его изнашивании может превышать 10 нг/мл.

Важные замечания

• Изолированное повышение уровня титана в крови при отсутствии каких-либо дополнительных клинических признаков не всегда указывает на изнашивание протеза или его несостоятельность.
• Результат исследования следует оценивать с учетом дополнительных анамнестических, лабораторных и инструментальных данных.

Также рекомендуется

• Алюминий в крови
• Алюминий в моче
• Алюминий в волосах
• Комплексный анализ на наличие тяжёлых металлов и микроэлементов (23 показателя)
• Токсические микроэлементы и тяжелые металлы (Hg, Cd, As, Li, Pb, Al)
• Расширенный комплексный анализ на наличие тяжёлых металлов и микроэлементов (40 показателей)

Кто назначает исследование?

Хирург, ортопед, врач общей практики.

Литература

• Ipach I, Schäfer R, Mittag F, Leichtle C, Wolf P, Kluba T. The development of whole blood titanium levels after instrumented spinal fusion – is there a correlation between the number of fused segments and titanium levels? BMC Musculoskelet Disord. 2012 Aug 27;13:159.
• Rylander LS, Milbrandt JC, Armington E, Wilson M, Olysav DJ. Trace metal analysis following locked volar plating for unstable fractures of the distal radius. Iowa Orthop J. 2010;30:89-93.
• Engh CA Jr, MacDonald SJ, Sritulanondha S, Thompson A, Naudie D, Engh CA. 2008 John Charnley award: metal ion levels after metal-on-metal total hip arthroplasty: a randomized trial. Clin Orthop Relat Res. 2009 Jan;467(1):101-11. doi: 10.1007/s11999-008-0540-9. Epub 2008 Oct 15.

Знакомство с титановым сплавом

Чистый титан часто смешивают с другими металлами или химическими элементами. Наличие этих дополнительных металлов и химических элементов, известных как титановый сплав, изменяет его физические свойства. Сам по себе чистый титан относительно прочен — примерно такой же, как сталь, — но он становится еще прочнее при смешивании с другими металлами и химическими элементами. Однако титановый сплав имеет и другие преимущества, помимо повышенной прочности.

Что такое титановый сплав?

Титановый сплав — это сплав, состоящий в основном из чистого титана с другими различными металлами или химическими элементами, распределенными повсюду.Его получают путем смешивания титана с другими металлами и химическими элементами в определенном соотношении. После достижения идеального соотношения смеси дают остыть. Затем затвердевший материал продается, отправляется или иным образом используется в качестве титанового сплава.

Классификация титановых сплавов

Хотя весь титановый сплав состоит из чистого титана, смешанного с другими металлами или химическими элементами, существует несколько его классификаций. Например, альфа-титановые сплавы характеризуются использованием альфа-стабилизатора, такого как алюминий или кислород.С другой стороны, титановые сплавы, близкие к альфа, содержат небольшое количество стабилизаторов бета-стадии.

Как и в случае с другими обычно используемыми металлами и сплавами, ASTM International имеет стандарты классификации для титановых сплавов. Эти стандарты варьируются от Grade 1 до Grade 38. Титановый сплав Grade 1 является самым мягким и пластичным типом, что позволяет легко манипулировать им с помощью процессов холодной штамповки металлов. Титан марки 38, напротив, имеет гораздо более высокую прочность на разрыв. Он настолько силен, что военные используют его для производства броневых панелей.

Преимущества титанового сплава

Каковы именно преимущества титанового сплава? Как уже упоминалось ранее, существует множество различных типов титановых сплавов, каждый из которых имеет различную комбинацию и / или соотношение чистого титана к другим металлам или химическим элементам. Следовательно, преимущества титанового сплава варьируются в зависимости от конкретного типа. С учетом сказанного, большинство типов титановых сплавов имеют несколько общих характеристик, которые делают их привлекательным выбором.

Титановый сплав имеет высокую прочность на разрыв. Чистый титан — более прочная сталь, но когда с ним смешиваются правильные металлы или химические элементы, он становится еще прочнее. В результате титановый сплав часто используется там, где требуется исключительно прочный материал.

Помимо прочности, титановый сплав обеспечивает высокий уровень защиты от коррозии. Многие типы титановых сплавов покрыты тонким слоем оксида. Присутствие этого оксида образует барьер, который защищает лежащие под ним металлы от коррозии.

Титан | Encyclopedia.com

Предпосылки

Титан известен как переходный металл в периодической таблице элементов, обозначенный символом Ti. Это легкий серебристо-серый материал с атомным номером 22 и атомным весом 47,90. Его плотность составляет 4510 кг / м ³ , что находится где-то между плотностями алюминия и нержавеющей стали. Он имеет температуру плавления примерно 3032 ° F (1667 ° C) и точку кипения 5948 ° F (3287 ° C).По химическому составу он похож на цирконий и кремний. Он имеет отличную коррозионную стойкость и высокое соотношение прочности и веса.

Титан — четвертый по распространенности металл, составляющий около 0,62% земной коры. Редко встречающийся в чистом виде, титан обычно присутствует в таких минералах, как анатаз, брукит, ильменит, лейкоксен, перовскит, рутил и сфен. Хотя титана относительно много, он по-прежнему стоит дорого, поскольку его трудно изолировать. Ведущими производителями титановых концентратов являются Австралия, Канада, Китай, Индия, Норвегия, ЮАР и Украина.В США основными производителями титана являются Флорида, Айдахо, Нью-Джерси, Нью-Йорк и Вирджиния.

Разработаны тысячи титановых сплавов, которые можно разделить на четыре основные категории. Их свойства зависят от их основной химической структуры и способа обращения с ними во время производства. Некоторые элементы, используемые для изготовления сплавов, включают алюминий, молибден, кобальт, цирконий, олово и ванадий. Сплавы с альфа-фазой имеют самую низкую прочность, но они поддаются формованию и сварке.Сплавы Альфа плюс бета обладают высокой прочностью. Сплавы, близкие к альфа, имеют среднюю прочность, но обладают хорошим сопротивлением ползучести. Бета-фазные сплавы обладают самой высокой прочностью среди всех титановых сплавов, но им также не хватает пластичности.

Титан и его сплавы имеют множество применений. Авиакосмическая промышленность является крупнейшим потребителем титановой продукции. Он используется в этой отрасли из-за высокого отношения прочности к весу и высокотемпературных свойств. Обычно он используется для деталей и креплений самолетов.Эти же свойства делают титан полезным для производства газотурбинных двигателей. Он используется для таких деталей, как лопатки компрессора, кожухи, кожухи двигателя и тепловые экраны.

Поскольку титан обладает хорошей коррозионной стойкостью, он является важным материалом для металлообрабатывающей промышленности. Здесь он используется для изготовления змеевиков, приспособлений и футеровок теплообменников. Стойкость титана к хлору и кислоте делает его важным материалом в химической обработке. Он используется для различных насосов, клапанов и теплообменников на линии химического производства.В нефтеперерабатывающей промышленности для изготовления трубок конденсаторов используются титановые материалы из-за коррозионной стойкости. Это свойство также делает его полезным для оборудования, используемого в процессе опреснения.

Титан используется в производстве человеческих имплантатов, потому что он хорошо совместим с человеческим телом. Одно из наиболее заметных применений титана в последнее время — искусственное сердце, впервые имплантированное человеку в 2001 году. Другие применения титана — протезирование тазобедренного сустава, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, а также локтевые и тазобедренные суставы.

Наконец, титановые материалы используются в производстве многочисленных потребительских товаров. Его используют при производстве таких вещей, как обувь, ювелирные изделия, компьютеры, спортивное оборудование, часы и скульптуры. Как титан диоксид, он используется как белый пигмент в пластике, бумаге и краске. Он даже используется как белый пищевой краситель и как солнцезащитный крем в косметических продуктах.

История

Большинство историков приписывают открытие титана Уильяму Грегору. В 1791 году он работал с менаханитом (минералом, обнаруженным в Англии), когда он обнаружил новый элемент и опубликовал свои результаты.Несколько лет спустя этот элемент был вновь открыт в руде рутила немецким химиком М. Х. Клапротом. Клапрот назвал элемент титаном в честь мифологических гигантов, Титанов.

И Грегор, и Клапрот работали с соединениями титана. Первое значительное выделение почти чистого титана было осуществлено Кирилловым в 1875 году в России. Выделение чистого металла не было продемонстрировано до 1910 года, когда Мэтью Хантер и его соратники прореагировали тетрахлорид титана с натрием в нагретой стальной бомбе.В ходе этого процесса производились отдельные детали из чистого титана. В середине 1920-х группа голландских ученых создала небольшие проволочки из чистого титана, проведя реакцию диссоциации на тетраиодиде титана.

Эти демонстрации побудили Уильяма Кролла начать эксперименты с различными методами эффективного выделения титана. Эти ранние эксперименты привели к разработке процесса выделения титана восстановлением магнием в 1937 году. Этот процесс, теперь называемый процессом Кролла, по-прежнему является основным процессом для производства титана.Первые изделия из титана были представлены примерно в 1940-х годах и включали в себя проволоку, листы и стержни.

Хотя работа Кролла продемонстрировала метод производства титана в лабораторных условиях, потребовалось почти десять лет, прежде чем его можно было адаптировать для крупномасштабного производства. Эта работа проводилась Горным бюро США с 1938 по 1947 год под руководством Р. С. Дина. К 1947 году они внесли различные модификации в процесс Кролла и произвели почти 2 тонны металлического титана.В 1948 году DuPont открыла первое крупномасштабное производственное предприятие.

Этот крупномасштабный метод производства позволил использовать титан в качестве конструкционного материала. В 1950-х годах он использовался в основном в авиакосмической промышленности при строительстве самолетов. Поскольку во многих областях применения титан превосходил сталь, отрасль быстро росла. К 1953 году годовой объем производства достиг 2 миллионов фунтов (907 200 кг), а основным покупателем титана были военные США. В 1958 году спрос на титан значительно упал, потому что военные сместили акцент с пилотируемых самолетов на ракеты, для которых сталь была более подходящей.С тех пор в титановой промышленности наблюдались различные циклы высокого и низкого спроса. За прошедшие годы было открыто множество новых областей применения и отраслей для титана и его сплавов. Сегодня около 80% титана используется в аэрокосмической промышленности и 20% — в неавиационно-космической промышленности.

Сырье

Титан получают из различных руд, встречающихся на Земле в естественных условиях. Основные руды, используемые для производства титана, включают ильменит, лейкоксен и рутил. Другие известные источники включают анатаз, перовскит и сфен.

Ильменит и лейкоксен — титаносодержащие руды. Ильменит (FeTiO3) содержит примерно 53% диоксида титана. Лейкоксен имеет аналогичный состав, но содержит около 90% диоксида титана. Они встречаются в отложениях твердых пород или на пляжах и на аллювиальных песках. Рутил — это относительно чистый диоксид титана (TiO2). Анатаз — это еще одна форма кристаллического диоксида титана, которая совсем недавно стала важным коммерческим источником титана. Оба они встречаются в основном на пляже и в песчаных отложениях.

Перовскит (CaTiO3) и сфен (CaTi-SiO5) — это кальциевые и титановые руды. Ни один из этих материалов не используется в промышленном производстве титана из-за сложности удаления кальция. Вполне вероятно, что в будущем перовскит можно будет использовать в коммерческих целях, поскольку он содержит почти 60% диоксида титана и содержит только кальций в качестве примеси. Сфен содержит кремний в качестве второй примеси, что еще больше затрудняет выделение титана.

Помимо руд, другие соединения, используемые при производстве титана, включают газообразный хлор, углерод и магний.

Производственный процесс

Титан производится с использованием процесса Кролла. Эти этапы включают экстракцию, очистку, производство губки, создание сплава, а также формовку и формование. В Соединенных Штатах многие производители специализируются на разных этапах этого производства. Например, одни производители просто производят губку, другие только плавят и создают сплав, а третьи производят конечную продукцию. В настоящее время ни один производитель не выполняет все эти шаги.

Добыча

• 1 В начале производства производитель получает титановые концентраты с рудников. Хотя рутил можно использовать в его естественной форме, ильменит обрабатывают для удаления железа, чтобы он содержал не менее 85% диоксида титана. Эти материалы помещаются в реактор с псевдоожиженным слоем вместе с газообразным хлором и углеродом. Материал нагревают до 1,652 ° F (900 ° C), и последующая химическая реакция приводит к образованию нечистого тетрахлорида титана (TiCl4) и монооксида углерода.Примеси возникают из-за того, что чистый диоксид титана вначале не используется. Следовательно, необходимо удалить различные образующиеся нежелательные хлориды металлов.

Очистка

• 2 Прореагировавший металл помещают в большие дистилляционные резервуары и нагревают. На этом этапе примеси отделяются с помощью фракционной перегонки и осаждения. Это действие удаляет хлориды металлов, включая хлориды железа, ванадия, циркония, кремния и магния.

Производство губки

• 3 Затем очищенный тетрахлорид титана переносится в виде жидкости в реактор из нержавеющей стали.Затем добавляют магний и контейнер нагревают примерно до 1212 ° F (1100 ° C). В контейнер закачивают аргон, чтобы удалить воздух и предотвратить загрязнение кислородом или азотом. Магний реагирует с хлором с образованием жидкого хлорида магния. При этом остается чистый титан в твердом состоянии, поскольку температура плавления титана выше, чем у реакции.
• 4 Твердый титан удаляют из реактора путем просверливания, а затем обрабатывают водой и соляной кислотой для удаления избытка магния и хлорида магния.Получающееся в результате твердое вещество представляет собой пористый металл, называемый губкой.

Создание сплава

• 5 Губка из чистого титана затем может быть преобразована в пригодный для использования сплав в дуговой печи с плавящимся электродом. На этом этапе губка смешивается с различными легирующими добавками и металлоломом. Точная пропорция губки к материалу сплава определяется в лаборатории до начала производства. Затем эту массу спрессовывают в прессы и сваривают, образуя губчатый электрод.
• 6 Затем губчатый электрод помещают в вакуумную дуговую печь для плавления.В этом водоохлаждаемом медном контейнере электрическая дуга используется для плавления губчатого электрода с образованием слитка. Весь воздух в контейнере либо удаляется (образуя вакуум), либо атмосфера заполняется аргоном для предотвращения загрязнения. Обычно слиток переплавили еще один или два раза, чтобы получить коммерчески приемлемый слиток. В Соединенных Штатах большинство слитков, произведенных этим методом, весят около 9000 фунтов (4082 кг) и имеют диаметр 30 дюймов (76,2 см).
• 7 После изготовления слитка его вынимают из печи и проверяют на наличие дефектов.Поверхность может быть кондиционирована по желанию заказчика. Затем слиток может быть отправлен производителю готовой продукции, где из него можно фрезеровать и превратить в различные изделия.

Побочные продукты / отходы

При производстве чистого титана образуется значительное количество хлорида магния. Этот материал перерабатывается в ячейке для вторичной переработки сразу после производства. В рециркуляционной ячейке сначала отделяется металлический магний, а затем собирается газообразный хлор.Оба этих компонента повторно используются в производстве титана.

Будущее

Будущие успехи в производстве титана, вероятно, будут связаны с улучшением производства слитков, разработкой новых сплавов, снижением производственных затрат и их применением в новых отраслях промышленности. В настоящее время существует потребность в слитках большего размера, чем могут быть произведены в имеющихся печах. В настоящее время ведутся исследования по разработке более крупных печей, способных удовлетворить эти потребности. Также ведется работа по поиску оптимального состава различных титановых сплавов.В конечном итоге исследователи надеются, что специализированные материалы с контролируемой микроструктурой будут легко производиться. Наконец, исследователи изучают различные методы очистки титана. Недавно ученые Кембриджского университета объявили о способе производства чистого титана непосредственно из диоксида титана. Это может существенно снизить производственные затраты и повысить доступность.

Где узнать больше

Книги

Отмер, К. Энциклопедия химической технологии. Нью-Йорк: Марсель Деккер, 1998.

Министерство внутренних дел США Геологическая служба США. Ежегодник полезных ископаемых, том 1. Вашингтон, округ Колумбия: Типография правительства США, 1998.

Периодические издания

Фримантл, М. «Титан, извлеченный непосредственно из TiO2». Chemical and Engineering News (25 сентября 2000 г.).

Эйлон Д. «Титан для энергетики и промышленности». Металлургическое общество AIME (1987).

Другое

Веб-страница WebElements., декабрь 2001 г. .

Perry Romanowski

Титан, хром и марганец | Введение в химию

Цель обучения

• Вспомните полезные физические характеристики, которые титан, хром и марганец придают при легировании стали.

Ключевые моменты

• Двумя наиболее полезными свойствами титана являются его устойчивость к коррозии и высокое отношение прочности к весу.
• Хром металлический очень ценен из-за его высокой коррозионной стойкости и твердости.
• Марганец — металл, который широко используется в промышленных сплавах, особенно в нержавеющих сталях.

Условия

• нержавеющая сталь Сплав железа и хрома, устойчивый к коррозии.
• титан Прочный коррозионно-стойкий переходный металл с атомным номером 22.

Титан, хром и марганец — это переходные металлы, которые используются во многих сплавах железа для производства коррозионно-стойкой, прочной и легкой стали.

Титан

Титан — прочный блестящий переходный металл. Он имеет низкую плотность, устойчив к коррозии и имеет серебристый цвет. Титан был обнаружен в Корнуолле, Великобритания, в 1791 году Уильямом Грегором. Он был назван Мартином Генрихом Клапротом в честь титанов греческой мифологии.

Титан может быть легирован железом, алюминием, ванадием, молибденом и некоторыми другими элементами для производства прочных и легких сплавов, которые используются в различных отраслях промышленности, в том числе:

• аэрокосмическое строительство (реактивные двигатели, ракеты и космические аппараты)
• военная разработка
• промышленный процесс (химикаты и нефтехимия, опреснительные установки, целлюлоза и бумага)
• автомобильная промышленность
• сельское хозяйство и пищевая промышленность
• протезы медицинские
• имплантаты ортопедические
• стоматологические и эндодонтические инструменты
• зубные имплантаты
• спортивные товары
• ювелирные изделия
• мобильных телефонов

Металлический титан обладает двумя очень важными и полезными свойствами: он устойчив к коррозии и имеет самое высокое отношение прочности к весу среди всех металлов.В нелегированном состоянии титан такой же прочный, как и некоторые стали, но на 45% легче.

Хром

Хром — стально-серый, блестящий, твердый металл, который требует полировки и имеет высокую температуру плавления. Он без запаха, вкуса и податливости. Название элемента происходит от греческого слова «chrōma» (χ), означающего цвет, потому что многие из его соединений сильно окрашены.

Оксид хрома использовался китайцами во времена династии Цинь более 2000 лет назад для покрытия металлического оружия. Оружие, покрытое оксидом хрома, было обнаружено Терракотовой армией. Хром был открыт как элемент после 1761 года, когда он был обнаружен в красном кристаллическом минерале крокоите (хромат свинца (II)). Первоначально он использовался как пигмент.

Луи Николя Воклен в 1797 году первым выделил металлический хром из этого минерала крокоита.После этого первого открытия небольшие количества самородного (свободного) металлического хрома были обнаружены в редких минералах, но они не используются в коммерческих целях. Почти весь коммерчески извлекаемый хром производится из единственной коммерчески жизнеспособной руды, хромита, который также известен как оксид железа и хрома (FeCr ₂ O ₄ ). Хромит также является основным источником хрома, который используется в пигментах.

Металлический хром оказался очень ценным из-за его высокой коррозионной стойкости и твердости, особенно когда сталь сочетается с металлическим хромом для образования нержавеющей стали. Нержавеющая сталь обладает высокой устойчивостью к коррозии и обесцвечиванию. Это применение, наряду с хромированием (гальваника хромом), в настоящее время составляет 85% коммерческого использования элемента. Остальные 15% составляют другие области применения соединений хрома.

Марганец

Марганец содержится в природе как свободный элемент (часто в сочетании с железом), а также содержится во многих минералах.Это металл, который широко используется в промышленности, особенно в производстве нержавеющих сталей.

Исторически марганец был назван в честь различных черных минералов (таких как пиролюзит), которые были обнаружены в том же регионе Магнезии в Греции.К середине 18 ^-го -го века шведский химик Карл Вильгельм Шееле использовал пиролюзит для производства хлора. Шееле и другие знали, что пиролюзит (теперь известный как диоксид марганца) содержит новый элемент, но не смогли его выделить. Йохан Готлиб Ган был первым, кто выделил нечистый образец металлического марганца в 1774 году, восстановив диоксид углерода углеродом.

Фосфатирование марганца используется для обработки стали от ржавчины и коррозии. В зависимости от степени окисления ионы марганца имеют различный цвет и используются в промышленности в качестве пигментов.Диоксид марганца используется в качестве материала катода (акцептора электронов) в углеродно-цинковых и щелочных батареях.

В биологии ионы марганца (II) действуют как кофакторы для большого количества ферментов, выполняющих множество функций. Ферменты марганца особенно важны для детоксикации супероксидных свободных радикалов в организмах, которые должны иметь дело с элементарным кислородом. Марганец также участвует в синтезирующем кислород комплексе фотосинтезирующих растений. Этот элемент является необходимым микроэлементом для всех известных живых организмов.При вдыхании в больших количествах марганец может вызвать у млекопитающих ядовитый синдром с неврологическими повреждениями, которые иногда необратимы.

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

против титана — прочность, свойства и области применения

Когда проектировщикам требуются прочные, прочные материалы для своих проектов, сталь и титан — это первые варианты, которые приходят на ум.Эти металлы входят в широкий ассортимент сплавов — неблагородные металлы, пропитанные другими металлическими элементами, которые производят в сумме больше, чем его части. Существуют десятки титановых сплавов и сотни других стальных сплавов, поэтому часто бывает сложно решить, с чего начать при рассмотрении этих двух металлов. Эта статья, посвященная изучению физических, механических и рабочих свойств стали и титана, может помочь дизайнерам выбрать, какой материал подходит для их работы. Каждый металл будет кратко исследован, а затем последует сравнение их различий, чтобы показать, когда лучше выбрать один из них.

Сталь

Сталь, усовершенствованная в начале 20 века, быстро стала самым полезным и разнообразным металлом на Земле. Он создается путем обогащения элементарного железа углеродом, который увеличивает его твердость, прочность и стойкость. Во многих так называемых легированных сталях также используются такие элементы, как цинк, хром, марганец, молибден, кремний и даже титан, для повышения их устойчивости к коррозии, деформации, высоким температурам и т. Д. Например, сталь с высоким содержанием хрома относится к нержавеющим сталям или к тем сталям, которые менее подвержены коррозии, чем другие сплавы.Поскольку существует множество видов стали, трудно обобщить ее конкретные свойства, но наша статья о типах стали дает хорошее представление о различных классах.

Вообще говоря, сталь — это плотный, твердый, но работоспособный металл. Он реагирует на процесс упрочнения при термообработке, что позволяет даже самой простой стали иметь различные свойства в зависимости от того, как она была нагрета / охлаждена. Он магнитный и может легко проводить тепло и электричество. Большинство сталей подвержены коррозии из-за состава железа, хотя нержавеющие стали в некоторой степени успешно устраняют этот недостаток.Сталь имеет высокий уровень прочности, но эта прочность обратно пропорциональна ее ударной вязкости или показателю устойчивости к деформации без разрушения. Хотя существуют стали для механической обработки, существуют и другие стали, которые трудно, если вообще возможно, обрабатывать из-за их рабочих свойств.

Должно быть ясно, что сталь может использоваться для множества различных работ: она может быть твердой, жесткой, прочной, устойчивой к температуре или коррозии; Беда в том, что невозможно сделать все это сразу, не жертвуя одним свойством над другим.Тем не менее, это не большая проблема, поскольку большинство марок стали недорогие и позволяют конструкторам комбинировать различные стали в своих проектах для получения дополнительных преимуществ. В результате сталь находит свое применение почти во всех отраслях промышленности: в автомобильной, аэрокосмической, строительной, архитектурной, производственной, электронной, инфраструктурной и десятках других сферах.

Титан

Титан был впервые очищен до металлических форм в начале 1900-х годов, и он не так редок, как думает большинство людей.Фактически, это четвертый по распространенности металл на Земле, но его трудно найти в высоких концентрациях или в элементарной форме. Его также трудно очистить, поэтому его производство дороже, чем добыча.

Элементарный титан — серебристо-серый немагнитный металл с плотностью 4,51 г / см. ³ , что делает его почти вдвое легче стали и помещает его в категорию «легких металлов». Современный титан выпускается либо в виде элементарного титана, либо в виде различных титановых сплавов, и все они созданы для повышения прочности и коррозионной стойкости основного титана.Эти сплавы обладают необходимой прочностью для использования в качестве материалов для аэрокосмической, конструкционной, биомедицинской и высокотемпературной областей, тогда как элементарный титан обычно используется в качестве легирующего агента для других металлов.

Титан сложно сваривать, обрабатывать или формировать, но его можно подвергать термообработке для повышения его прочности. Он обладает уникальным преимуществом биосовместимости, то есть титан внутри тела остается инертным, что делает его незаменимым для технологии медицинских имплантатов. Он имеет отличное соотношение прочности и веса, обеспечивая такую ​​же прочность, как сталь при 40% ее веса, и устойчив к коррозии благодаря тонкому слою оксида, образующемуся на его поверхности в присутствии воздуха или воды.Он также противостоит кавитации и эрозии, что предрасполагает его к приложениям с высокими напряжениями, таким как авиация и военные технологии. Титан жизненно важен для проектов, где вес сведен к минимуму, но прочность максимальна, а его высокая коррозионная стойкость и биосовместимость позволяют использовать его в некоторых уникальных отраслях промышленности, не охватываемых более традиционными металлами.

Сравнение стали и титана

Выбор одного из этих металлов зависит от конкретного применения. В этом разделе будут сравниваться некоторые механические свойства, общие для стали и титана, чтобы показать, где должен быть указан каждый металл (представлен в Таблице 1 ниже).Обратите внимание, что значения для стали и титана в таблице 1 взяты из обобщенных таблиц, так как каждый металл сильно различается по характеристикам в зависимости от типа сплава, процесса термообработки и состава.

Таблица 1: Сравнение свойств материалов стали и титана

Первое поразительное различие между титаном и сталью — это их плотность; как обсуждалось ранее, титан примерно вдвое меньше стали, что делает его значительно легче.Это подходит для применения титана в областях, где требуется прочность стали в более легком корпусе, и дает возможность использовать титан в деталях самолетов и других приложениях, зависящих от веса. Плотность стали может быть преимуществом в определенных областях применения, например, в шасси транспортных средств, но в большинстве случаев снижение веса часто вызывает беспокойство.

Модуль упругости, иногда называемый модулем Юнга, является мерой гибкости материала. Он описывает, насколько легко согнуть или деформировать материал без пластической деформации, и часто является хорошей мерой общей упругой реакции материала.Модуль упругости титана довольно низкий, что говорит о том, что он легко сгибается и деформируется. Отчасти поэтому титан трудно обрабатывать, поскольку он склеивает мельницы и предпочитает возвращаться к своей первоначальной форме. Сталь, с другой стороны, имеет гораздо более высокий модуль упругости, что позволяет легко обрабатывать ее и позволяет использовать ее в таких областях, как режущие кромки, поскольку она ломается и не сгибается под нагрузкой.

При сравнении пределов текучести титана и стали при растяжении возникает интересный факт; сталь в целом прочнее титана.Это противоречит распространенному заблуждению о том, что титан прочнее большинства других металлов, и показывает преимущество стали перед титаном. Хотя титан по прочности не уступает стали, он весит вдвое меньше, что делает его одним из самых прочных металлов на единицу массы. Однако сталь является основным материалом, когда важна общая прочность, поскольку некоторые из ее сплавов превосходят все другие металлы с точки зрения предела текучести. Дизайнеры, стремящиеся исключительно к прочности, должны выбирать сталь, но дизайнеры, озабоченные прочностью на единицу массы, должны выбирать титан.

Относительное удлинение при разрыве — это мера начальной длины испытуемого образца, деленная на его длину непосредственно перед разрушением в испытании на растяжение, умноженная на 100 для получения процента. Большое удлинение при разрыве предполагает, что материал «растягивается» больше; Другими словами, он более склонен к повышенной пластичности перед разрушением. Титан является таким материалом, где он растягивается почти на половину своей длины перед разрушением. Это еще одна причина того, почему титан так сложно обрабатывать, поскольку он тянется и деформируется, а не скалывается.Сталь бывает многих разновидностей, но обычно имеет низкое удлинение при разрыве, что делает ее более твердой и более склонной к хрупкому разрушению при растяжении.

Твердость — это сравнительное значение, которое описывает реакцию материала на царапины, травления, вмятины или деформации на его поверхности. Он измеряется с помощью инденторов, которые бывают разных видов в зависимости от материала. Для высокопрочных металлов часто указывается тест на твердость по Бринеллю, который представлен в таблице 1. Несмотря на то, что твердость стали по Бринеллю сильно варьируется в зависимости от термической обработки и состава сплава, в большинстве случаев она всегда тверже, чем титан.Это не означает, что титан легко деформируется при появлении царапин или вмятин; Напротив, слой диоксида титана, образующийся на поверхности, исключительно твердый и выдерживает большинство сил проникновения. Оба они являются стойкими материалами, которые отлично работают в суровых условиях, исключая любые дополнительные химические воздействия.

Сводка

В этой статье представлено краткое сравнение свойств, прочности и областей применения стали и титана. Для получения информации о других продуктах обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

1. https://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=68mQLz7yJ8UC&oi=fnd&pg=PR5&dq=introduction+to+titanium+alloys&ots=lhsHnla-iW&sig=iwc5SZXiHIp=ru&sig=iwc5SZXiHIpScjg7X5s5 20 сплавов & f = false
2. https://crosstraxx.com/pages/a-look-at-the-differences-between-titanium-and-stronic-steel
3. http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?bassnum=MS0001&ckck=1
4. http: // www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=66a15d609a3f4c829cb6ad08f0dafc01
5. http://web.mit.edu/ruddman/www/iap/materialsselection.pdf

Прочие изделия из стали

• Типы профилей из конструкционной стали
• Ведущие производители и поставщики арматуры
• Типы арматуры
• Виды стали
• Типы нержавеющей стали
• Ведущие сталелитейные компании и производители стали США в мире
• Все о стали 5160 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 440 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 430 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 304 (свойства, прочность, применение)
• Все о 52100 Сталь
• Свойства, состав и применение стандартных сталей
• Обработка стали для поверхностного упрочнения (цементирование)
• Все о стали 9260 (свойства, прочность, применение)
• Все о стали 4130 (свойства, прочность, применение)

Больше от Metals & Metal Products

Самые твердые металлы на Земле

Мы в первую очередь относим металл к твердым материалам.Однако на практике твердость определяется множеством свойств, которые позволяют отнести сталь и ее сплавы к числу самых твердых металлов.

Итак, что такое твердость? Это способность материала выдерживать внешние нагрузки без разрушения. Твердость металла зависит от многих качеств и параметров, таких как его предел прочности на растяжение и прочность на сжатие, точка превращения металла в форму, точка остаточной деформации, трещиностойкость и т. Д.

Твердые сплавы и природные металлы

Сплавы — это продукт соединения различных металлов.Они проистекают из необходимости иметь металлы с широким спектром характеристик, в том числе различной твердостью. Одним из важных сплавов в этом смысле является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода. Итак, какие металлы считаются самыми твердыми на Земле?

Поскольку твердость металла учитывается по целому ряду характеристик, трудно однозначно классифицировать металлы от самых твердых до самых мягких. Шкала твердости металлов зависит от того, какое свойство является ключевым для данной области применения.

Сталь и ее сплавы

— это прочный сплав железа и углерода с добавками других элементов, включая кремний, марганец, ванадий, ниобий и т. Д. Различные методы легирования позволяют производить стали с совершенно разными свойствами.

Таким образом, высокоуглеродистая сталь представляет собой сплав железа с высоким содержанием углерода. Он прочный, относительно недорогой, прочный и хорошо подходит для металлообработки. Некоторые недостатки включают плохую закаливающую способность и низкую термостойкость, которые делают высокоуглеродистую сталь чувствительной к агрессивным средам.

Область применения: производство оснастки, деталей машин и сложных механизмов, элементов металлоконструкций. Важным предварительным условием для этих приложений является отсутствие коррозии.

Сталь со сплавом железа и никеля — одно из самых твердых соединений. Хотя существует несколько его разновидностей, углеродистая сталь, легированная никелем, обычно увеличивает предел текучести сплава до 1420 МПа с пределом прочности на разрыв до 1460 МПа.

Применения: Сплавы на основе никеля используются в некоторых типах мощных ядерных реакторов в качестве защитных высокотемпературных оболочек для предотвращения коррозии урановых стержней.

Нержавеющая сталь — коррозионно-стойкий сплав стали, хрома и марганца с пределом текучести до 1560 МПа и пределом прочности на разрыв до 1600 МПа. Как и любая другая сталь, этот сплав обладает высокой устойчивостью к ударам и занимает среднее место по шкале твердости Мооса.

Области применения: нержавеющая сталь как коррозионно-стойкий материал широко используется в различных областях, включая нефтехимическую промышленность, тяжелое машиностроение, строительство, производство электроэнергии, судостроение, пищевую промышленность и бытовую технику.

Сверхтвердые сплавы

Сплавы с карбидом вольфрама, титаном или танталом в основе обладают твердостью, с которой не мог сравниться даже молот Тора.

Титан — это природный металл, который СМИ и кинематографисты часто называют сверхтвердым материалом.Его соотношение прочности и веса почти вдвое больше, чем у стальных сплавов. Его отношение прочности на разрыв к плотности является самым высоким среди всех металлов, превосходя вольфрам, который, однако, имеет более высокие оценки, чем титан по шкале Мооса. При этом титановые сплавы прочные и легкие.

Области применения: Титан и его сплавы часто используются в аэрокосмической технике для обшивки космических аппаратов, топливных баков и деталей реактивных двигателей. Он также широко распространен в судостроении, строительстве трубопроводов для агрессивных сред и в качестве каркасного материала.

Как природный металл с наивысшим пределом прочности на разрыв, вольфрам часто сочетается со сталью и другими металлами для получения еще более прочных сплавов. Однако вольфрам хрупок и разрушается при ударе, что является одним из его недостатков.

Применения: Вольфрам используется в сталелитейной промышленности для производства легированных сталей и различных сплавов, в электротехнике для элементов осветительного оборудования, в тяжелой и авиационной технике, а также в космической и химической промышленности.Сплав вольфрама и углерода (карбид вольфрама) содержится в режущих инструментах, таких как ножи и дисковые пилы, а также в прочных рабочих частях горного оборудования и катков.

Тантал обладает сразу тремя преимуществами: он твердый, плотный и устойчивый к коррозии. Он относится к тугоплавким металлам, как и вольфрам.

Области применения: Тантал используется для изготовления электроники и сверхмощных конденсаторов для персональных компьютеров, смартфонов, фотоаппаратов и автомобильной электроники.

Инновационные сплавы

Есть сплавы, которые, несмотря на недавние открытия, уже получили признание благодаря своим превосходным свойствам и широко используются в аэрокосмической технике и медицинской промышленности.

Алюминид титана — это сплав титана и алюминия, устойчивый к высоким температурам и коррозии, но довольно хрупкий и не поддающийся формованию. Тем не менее, он оказался полезным при производстве специальных защитных покрытий.

Сплав титана и золота — еще один уникальный материал, разработанный несколько лет назад группой ученых из университетов США. Основная задача этих ученых заключалась в создании чего-то более прочного, чем титан, которое можно было бы использовать для медицинских протезов, контактирующих с биологической тканью. Титановые протезы, хотя и прочные, относительно быстро изнашиваются и требуют замены каждые десять лет. С другой стороны, сплав титана и золота оказался в четыре раза прочнее, чем сплавы, которые в настоящее время используются в протезировании.

Выбор правильного легкого металла

Многие отрасли промышленности ищут инновационные способы снижения своих затрат, снижения веса своей продукции и снижения общего энергопотребления. В результате легкие металлы, такие как алюминий, магний и титан, все чаще рассматриваются как альтернатива стали. Благодаря новым исследованиям сплавов и поверхностных технологий, таких как PEO, инженеры могут использовать эти легкие металлы способами, которые ранее считались неприемлемыми.Чтобы найти правильные решения по материалам, важно иметь представление о потенциальных преимуществах и недостатках каждого металла и о том, как они могут повлиять на текущий проект.

Алюминий

Алюминий давно используется как альтернатива нержавеющей стали:

• Это на дешевле, чем сталь для литья и изготовления , и самый дешевый из металлов, которые мы рассматриваем, фунт за фунт.
• Пассивный оксидный слой придает ему высокую коррозионную стойкость , которую можно улучшить с помощью анодирования или ПЭО.
• Это примерно , треть плотности стали , что придает ей полезное отношение прочности к массе. Его легко улучшить с помощью сплавов и технологий нанесения покрытий.
• Алюминий обладает высокой пластичностью и пластичностью . В результате его можно легко обрабатывать с высокой точностью. Это экономит время в процессе изготовления, делая его более экологичным и экономичным.

Несмотря на эти преимущества, стоит помнить:

• Из-за низкой твердости алюминия он имеет низкую стойкость к истиранию и износу.Следовательно, во многих случаях требуются износостойкие покрытия, позволяющие использовать их там, где они иным образом обеспечивают подходящие механические свойства.
• Хотя алюминий действительно имеет довольно низкий предел прочности на разрыв, существуют сплавы, которые могут повысить его с 70 МПа до примерно 700 МПа, обеспечивая очень высокое отношение прочности к массе. Следует отметить, что цена такой высокой прочности, как правило, заключается в значительной потере коррозионной стойкости. Покрытия обычно необходимы для предотвращения коррозии там, где используются высокопрочные сплавы, такие как серии 7xxx и 2xxx.
• Несмотря на то, что алюминий широко используется в упаковке пищевых продуктов и посуде для приготовления пищи, существуют некоторые опасения по поводу биосовместимости алюминия и его потенциальной связи с болезнью Альцгеймера. Опять же, защитные покрытия могут дать ответ во многих случаях, помогая избежать реакции субстрата.

От фюзеляжа самолета до коксовых банок, алюминий, благодаря своему легкому весу, низкой стоимости и простоте изготовления, позволяет находить множество инженерных применений:

• Apple является лидером в области широкого использования алюминия для изготовления отличительных корпусов своих MacBook, iPhone и iPad.Энтузиазм Стива Джобса по поводу металла даже побудил его заказать алюминиевую яхту на заказ. С тех пор, как Apple впервые применила алюминий, теперь он является предпочтительным материалом для ноутбуков и телефонов .
• Многие автомобили имеют легкий алюминиевый капот и другие кузовные панели . Как правило, основные компоненты двигателя, такие как блоки цилиндров и поршни, в настоящее время почти исключительно изготавливаются из литых алюминиевых сплавов. Другие легкие алюминиевые компоненты, такие как тормозные суппорты, электрические корпуса, детали внутренней отделки, помогают снизить вес автомобиля и повысить топливную экономичность.

Магний

Всплеск интереса за последнее десятилетие показал, как магниевые сплавы и методы нанесения покрытий могут максимально использовать его привлекательные свойства:

• Магний чрезвычайно легкий : он на 75% легче стали, на 50% легче титана и на 33% легче алюминия.
• Он имеет наивысшую известную демпфирующую способность из любого конструкционного металла, способного выдерживать в 10 раз больше, чем у алюминия, титана или стали.
• Это очень легко обрабатывать и может быть отлит под давлением.
• Магний полностью биосовместим, не представляет опасности токсичности.

С другой стороны, у него есть несколько хорошо известных недостатков, которые ограничивают его более широкое применение.

• Металл химически очень активен, поэтому химическая и коррозионная стойкость обычно низкая.
• Низкая твердость поверхности, как у алюминия, затрудняет использование в трибологических целях без покрытия.
• Многолетние опасения по поводу воспламеняемости иногда исключают использование магния, иногда безосновательно.Тем не менее, этот аспект следует рассматривать как часть целостного процесса выбора материала.

Начиная с соглашения ACEA 1998 года, законодательство, ограничивающее выбросы углерода, побудило автомобильную промышленность исследовать способы, с помощью которых можно сделать чрезвычайно легкий магний пригодным для использования. До этого всплеска интереса магний казался непригодным для использования во многих промышленных условиях:

• Высокая реакционная способность магния сделала его восприимчивым к коррозии.Однако недавно обнаруженные сплавы и варианты традиционных сплавов с более высокой степенью чистоты обладают гораздо большей устойчивостью к коррозии, а новые методы нанесения покрытия, такие как плазменное электролитическое окисление (ПЭО), делают из металлической подложки полностью стойкий нейтральный оксид.
• Низкое сопротивление ползучести магния делало его непригодным для высоких температур, но недавно обнаруженные сплавы, такие как ZE41 и ZWO8203, обладают термостойкостью при экстремальных температурах (около 400 F). Покрытия PEO также делают магний чрезвычайно термостойким.
• Низкая прочность магния на растяжение сделала его непригодным для использования в строительстве, но новые сплавы и покрытия означают, что это уже не так.

В результате этих разработок магний все чаще используется в различных средах:

• Автокресла, электроинструменты, багаж и камеры — все это сделано с учетом максимального использования легкого и прочного магния.
• Военные инженеры начали использовать магний в редукторах вертолетов и корпусах генераторов в качестве средства обеспечения легкого сопротивления экстремальным температурам.
• Высокопроизводительные рамы и колеса горных велосипедов все чаще изготавливаются из легкого, устойчивого к коррозии магния.
• Авиационная и автомобильная промышленность все чаще ищут способы повышения эффективности использования топлива и сокращения выбросов парниковых газов с помощью магния.
• Сложные, легкие и прочные компоненты , такие как компоненты двигателей, можно легко отлить из магния.

Захватывающие разработки в области магниевых сплавов, методов производства и технологий нанесения покрытий делают магний все более жизнеспособным кандидатом на прочные, легкие и экономичные решения.

Титан

Титан значительно прочнее , чем алюминий и магний, хотя его более высокая плотность означает, что отношения прочности к весу для трех металлов, как правило, схожи. Часто инженеры, желающие заменить сталь в упражнении по облегчению нагрузки на компоненты, подвергающиеся нагрузке, в первую очередь обращаются к нему. Он имеет дополнительное преимущество: обладает высокой коррозионной стойкостью , а также обладает очень высокой биосовместимостью .

К сожалению, высокая стоимость при добыче и производстве может исключить его использование на обычном потребительском рынке.

В промышленности титан встречается:

• На корпусах судов, подводных лодок и других конструкциях, подверженных воздействию морской воды , из-за их высокой коррозионной стойкости
• В протезы тазобедренного сустава и дентальные имплантаты , благодаря своей высокой биосовместимости и прочности.
• В самолетах, космических аппаратах и ​​ракетах .

Если деньги не проблема, титан — отличный выбор в качестве прочного и легкого материала. Благодаря развитию технологий нанесения покрытий и недавно исследованным сплавам экономичный магний становится все более легким решением.Эти три металла часто рассматриваются одновременно в упражнениях на легковесность, наряду с композитными материалами и даже высокопрочными сталями.

Еще одно соображение, которое часто упускают из виду, — это вопрос жесткости. Создание компонента из стали или легкого сплава (например, алюминия) аналогичной прочности во многих случаях потребует использования большей толщины стенки для алюминиевого компонента по сравнению со стальным компонентом. Одним из положительных последствий этого является то, что алюминиевый компонент может быть более жестким, чем его стальной аналог.Это заметно, например, в автомобильных кузовных панелях, где алюминиевый монокок может быть жестче, чем его стальной аналог. В этом случае есть преимущество, например, в управляемости автомобиля, а также в сопротивлении столкновению.

Сталь Vs. Титан | Дорсетное ПО

Сталь и титан являются широко используемыми прочными металлами. Но какой из них лучше и для чего они нужны? Компания по производству металлических покрытий Dorsetware намерена помочь вам ответить на эти вопросы с помощью полезного руководства по двум металлам.

При легировании другими металлами, такими как алюминий или ванадий, титан становится значительно прочнее многих сталей. С точки зрения прочности на сдвиг, лучшие титановые сплавы превосходят нержавеющую сталь низкого и среднего классов. Однако нержавеющая сталь высшего сорта прочнее титановых сплавов. Если вам нужна прочность, мы рекомендуем использовать обычный титановый сплав.