Понимание тепловых свойств титана

Титан и его сплавы широко используются для конструкционных применений в аэрокосмической, автомобильной, оборонной, спортивной технике и здравоохранении из-за их высокой прочности, малого веса, отличной коррозионной стойкости и в целом стабильных свойств при высоких и низких температурах. Однако уникальные термические свойства титана делают его непригодным для одних применений, в то время как для других он превосходен.

Титан ведет себя несколько иначе, чем большинство металлов при экстремальных температурах, поэтому важно понимать тепловые свойства титана, прежде чем использовать его в такой среде. Например, хотя титан остается прочным при высоких температурах, он плохо рассеивает тепло, что может привести к его накоплению в металле. Однако некоторые титановые сплавы также могут очень хорошо работать при криогенных температурах.

В этом посте мы рассмотрим термические свойства титана при высоких и криогенных температурах и то, как они влияют на его способность работать в обычных приложениях.

Термические свойства титана при высоких температурах

Титан может хорошо работать в условиях экстремальных температур благодаря своей высокой температуре плавления и многоцикловой усталостной прочности. Он предпочтителен в таких приложениях, как авиационные двигатели, военно-морские корабли, космические корабли, ракеты и трубы для электростанций из-за его превосходной коррозионной стойкости, вызванной защитным процессом окисления, который происходит при воздействии высоких температур. Эта температура окисления снижается в атмосфере чистого кислорода.

Ниже мы более подробно рассмотрим термические свойства технически чистого титана и титановых сплавов.

Коммерчески чистый титан

Коммерчески чистый титан имеет высокое отношение прочности к весу и является отличным выбором для использования в компонентах, работающих при высоких температурах, поскольку он имеет температуру плавления около 3034°F и плотность около 4,5 г/см3. Однако его применение иногда может быть ограничено, так как титан может загореться и нанести серьезный ущерб, если он подвергается воздействию ситуаций, когда он трется о другие металлы при повышенных температурах.

Технически чистый титан устойчив к коррозии, образуя защитное оксидное покрытие при воздействии высоких температур. Это может быть положительным моментом, когда он вступает в реакцию с водой или при температуре окружающей среды в любой точке Земли. Однако титан также реагирует с кислородом и углеродом при высоких температурах, что создает проблемы при получении металлического титана, кристаллов или порошка. Если титановый порошок нагревается в присутствии кислорода, он может стать взрывоопасным в таких процессах, как 3D-печать и металлургия порошкового спекания. Эти свойства превосходны для труб, но не подходят для реактивных двигателей и ракетных двигателей.

Благодаря своей высокой прочности и сопротивлению ползучести технически чистый титан может оставаться стабильным при температурах примерно до 572°F. По сравнению с другими металлами, такими как алюминий, титан имеет низкую тепло- и электропроводность, что может привести к чрезмерному накоплению тепла.

Титан не растворяется в воде, а его растворимость в водороде еще больше снижается при повышенных температурах, что делает его хорошим кандидатом для термоядерных реакторов с магнитным ограничением. Титан также часто используется в ортопедических и зубных имплантатах, однако в большинстве случаев к титану часто добавляют другие металлы для создания более прочных и жестких сплавов.

<я>

Титановые сплавы

Чистый титан часто смешивают с другими металлами для создания сплавов, обеспечивающих повышенную прочность на растяжение и ударную вязкость даже при высоких температурах. Эти сплавы делятся на три категории:альфа, бета и альфа+бета. Краткое описание каждой категории титановых сплавов приведено ниже.

• Альфа-сплавы содержат такие металлы, как алюминий и олово, и обладают исключительным сопротивлением ползучести при температурах до 1100°F. Из-за этого альфа-сплавы часто предпочтительны для высокотемпературных применений. Однако они обладают прочностью от низкой до средней, которую нельзя повысить термической обработкой.
• бета-сплавы , которые содержат такие элементы, как молибден, ванадий и ниобий, обладают отличной прокаливаемостью и легко поддаются термообработке для повышения прочности. Эти сплавы имеют высокую вязкость разрушения и хорошо поддаются ковке. Однако бета-сплавы не могут выдерживать такие высокие температуры, как альфа-сплавы.
• Альфа+бета сплавы также поддаются термообработке и обладают средней и высокой прочностью. Эти сплавы также могут работать при более высоких температурах, чем марки технически чистого титана, и имеют сопротивление ползучести до 500-800°F.

Некоторые титановые сплавы с более высокой сложностью демонстрируют высокую прочность при температурах примерно до 932°F. Титановые сплавы также обычно имеют более низкую теплопроводность, чем технически чистый титан.

Термические свойства титана при криогенных температурах

Титан и его сплавы также отличаются от других металлов тем, что некоторые из них могут невероятно хорошо сохранять свою прочность и пластичность при криогенных температурах. В частности, альфа-сплавы подходят для криогенных применений из-за отсутствия перехода от пластичности к хрупкости, характерного для бета-сплавов. Бета-сплавы обычно не рассматриваются для использования в средах с криогенными температурами из-за этого перехода от пластичности к хрупкости. Однако альфа-бета-сплавы, которые содержат кристаллические структуры как альфа-, так и бета-фазы, также обладают высокими прочностными характеристиками в криогенных средах. В частности, альфа+бета-сплав Ti-6Al-4V можно использовать при криогенных температурах до 800 °F , и он используется для изготовления многих деталей планера и двигателя.

Ваш местный источник титана

Industrial Metal Service поставляет специальные металлы производителям, машинистам и производителям в районе залива Сан-Франциско и по всей стране уже более двух десятилетий, и мы заработали репутацию благодаря профессионализму, надежности и обслуживанию, ориентированному на клиента. Мы предлагаем как новые, так и переработанные остатки металлов, таких как титан, алюминий, сталь и медь, проверенные с помощью рентгенофлуоресцентных анализаторов, чтобы гарантировать качество приобретаемых вами металлов.