Титан и его сплавы

1.

Титан и его сплавы

2.

Титан – металл
серебристого
цвета с
голубоватым
отливом; имеет
невысокую
плотность 4,507
г/см³, плавится
при температуре
1660 °С.

3.

Титан имеет две аллотропические модификации:
До 882 °С существует α-титан,
имеющий гексагональную
решетку с параметрами а =
0,259 нм и с = 0,468 нм.
И при более высоких
температурах – β-титан с
кубической объемно
центрированной решеткой
с параметром а = 0,304
нм.

4.

Механические свойства титана изменяются
от содержания в нем примесей.
Чистый титан ковок, имеет
невысокую твердость (НВ
70)
Технический титан хрупок и
тверд (НВ 180-280)

5.

Вредные примеси титана:
Азот и кислород резко снижают его пластичность;
Углерод при содержании более 0,15% снижает
ковкость, затрудняет обработку титана резанием и резко
ухудшает свариваемость;
Водород в большой степени повышает чувствительность
титана к надрезу, поэтому этот эффект называют
водородной хрупкостью.

6.

На поверхности титана образуется
стойкая оксидная пленка,
вследствие чего титан обладает
высокой сопротивляемостью
коррозии в некоторых кислотах,
морской и пресной воде. На
воздухе титан устойчив и мало
изменяет свои механические
свойства при нагреве до 400 °С. При
более высоком нагреве он начинает
поглощать кислород, ухудшаются
его механические свойства, а выше
450 °С – становится хрупким. При
нагреве выше 800 °С титан
энергично поглощает кислород,
азот и водород, что используется в
металлургии при производстве
легированной стали.

7.

Титан образует ряд
оксидов. Из них
наиболее изучены
TiO2 Ti2O3. Двуокись
титана TiO2 –
амфотерный
порошок белого
цвета, практически не
растворимый в воде
и разбавленных
кислотах. Двуокись
титана является
основным продуктом
переработки
титанового сырья.

8.

За последние десятилетия после
промышленного освоения ковкого
титана его стали широко
использовать как прочный,
относительно легкий коррозионностойкий и жаропрочный
конструкционный материал в
самолетостроении,
ракетостроении, при производстве
реактивных двигателей. Он получил
признание и в судостроении
благодаря его устойчивости против
воздействия морской воды.

9.

Титановые руды

10.

По распространенности в земной
каре титан занимает десятое место
среди других элементов (0,61%).
Известно примерно 60 минералов
титана, из них наибольшее
промышленное значение имеют
ильменит, рутил, сфен.

11.

Ильменит FeO-TiO2
Впервые был найден на Урале в
Ильменских горах, откуда и получил свое
название. Это блестящий минерал бурочерного цвета, измельчающийся при
выветривании и поэтому часто встречается
в россыпях. Важным источником ильменита
тктаномагнетитовые железные руды –
смеси ильменита с магнетитом Fe3O4 и
частично с гематитом Fe2O3. В этих рудах
содержание двуокиси титана достигает
иногда 20%. Титаномагнетитовые руды
можно подвергать гравитационному и
магнитному обогащению, в результате чего
удается получать концентрат содержащий
более 40% TiO2, ~ 50% оксидов железа и ~ 8%
других оксидов.

12.

Рутил TiO2
Прозрачен,
обладает алмазнометаллическим
блеском, бывает
окрашен в
различные цвета
(краснокоричневый,
желтый, синий,
черный). Крупные
месторождения
рутила встречаются
редко.

13.

Сфен (титанит) CaC-TiO2-SiO2
Титаносиликат кальция
встречается вместе с
другими полезными
минералами –
апатитом и нефелином
и при условии
комплексной
переработки может
быть перспективным
сырьем, хотя он и
беднее, чем ранее
рассмотренные
минералы.

14.

Известно несколько различных
способов получения титана из его руд,
причем во всех случаях
металлургической переработке всегда
предшествует обогащение руды и
получение концентрата.

15.

Титановые сплавы

16.

Для повышения механических свойств
титана его почти всегда легируют
алюминием, который повышает
температуру аллотропического
превращения титана α<->β, поэтому
алюминий часто называют α–
стабилизатором титана. Наоборот,
элементы, понижающие эту температуру,
называют β–стабилизаторами. К ним
относятся: молибден, ванадий, хром,
марганец, железо и некоторые другие
металлы.

17.

В промышленности применяют
титановые сплавы либо со структурой
α–твердого раствора, либо
смешанной структурой (α+β)-твердого
раствора.

18.

Алюминий, образуя с титаном
твердый раствор, замещая и
стабилизируя α–фазу,
увеличивает прочность титана,
жаропрочность и
сопротивляемость окислению
при высоких температурах, хотя
и понижает пластичность.
Поэтому алюминий является
наиболее важной составляющей
титановых сплавов и всегда
входит в их состав (сплав ВТ5 и
др.).

19.

Сплавы смешанной структуры (α+β)
обладают почти удвоенной прочностью по
сравнению с чистым титаном. Однако эта
повышенная прочность сохраняется до
температуры 430° С. Большинство этих
сплавов обладают хорошей пластичностью
даже при низких температурах и поэтому
легче куются, штампуются и прокатываются,
чем однофазные титановые сплавы. Сварка
этих сплавов затруднена, так как они при
сварке теряют пластичность, а швы
приобретают хрупкость.

20.

Наиболее технологичным,
дешевым и поэтому
широко
распространённым в этой
группе является сплав ВТЗ-1.
Он обладает термической
стабильностью, не
становится хрупким при
длительном нагреве (до 10
000ч) до 400 °С, а при
кратковременной работе –
до 450 °С.

21.

Сплав ВТ9 можно применять при
изготовлении конструкций и деталей,
длительно работающих при нагреве
до температуры 450 °С. Эти сплавы
штампуются и кусаются, из них
прокатываются и прессуются прутки и
фасонные профили.

22.

Сплавы, содержащие в основном
алюминий и поэтому –структурой,
хорошо свариваются, устойчивы против
коррозии в атмосферной среде,
загрязненной газами до температуры
1090 °С, сохраняют высокую прочность
при нагреве до 650 °С. Однако их
пластичность ниже пластичности
двухфазных сплавов, имеющих α– и β–
фазу. Все деформируемые сплав
титана можно применять и для
фасонного литья, но делают это редко,
так как титан легко взаимодействует с
газами и формировочными
материалами.

23.

Сплавы титана со структурой, имеющей
одну β–фазу, в промышленности почти не
применяют, хотя они обладают отличной
пластичностью. Причиной служит их
чувствительность к загрязнению
атмосферными газами при нагреве,
неизбежному в процессе производстве.

24.

Спасибо
за
внимание