El titanio es un elemento con un número atómico de 22 en la tabla periódica. Es un elemento de subgrupo del cuarto período, es decir, la bandera IVB. Además del titanio, este grupo de elementos también incluye circonio y hafnio. Su característica común es que tiene un alto punto de fusión y está en su superficie a temperatura ambiente. Se forma una película de óxido estable....
El titanio es un elemento con un número atómico de 22 en la tabla periódica. Es un elemento de subgrupo del cuarto período, es decir, la bandera IVB. Además del titanio, este grupo de elementos también incluye circonio y hafnio. Su característica común es que tiene un alto punto de fusión y está en su superficie a temperatura ambiente. Se forma una película de óxido estable.
1. Diez características del titanio
(1) Baja densidad, alta resistencia y alta resistencia específica
La densidad del titanio es de 4,51 g/cm3, que es el 57% del acero. El titanio es menos del doble más pesado que el aluminio y tres veces más fuerte que el aluminio. La resistencia específica (relación resistencia/densidad) de la aleación de titanio es la mayor en las aleaciones industriales comunes (véase la Tabla 2-1). La resistencia específica de la aleación de titanio es 3,5 veces mayor que la del acero inoxidable; 1,3 veces mayor que la aleación de aluminio; 1.7 veces el de la aleación de magnesio, por lo tanto, es un material estructural indispensable para la industria aeroespacial.
Tabla 2-1 Comparación de la densidad y la resistencia específica entre el titanio y otros metales
(2) Excelente resistencia a la corrosión
La pasivación del titanio depende de la presencia de una película de óxido, y su resistencia a la corrosión en un medio oxidante es mucho mejor que en un medio reductor. Se producen altas tasas de corrosión en los medios reductores. El titanio no se corroe en algunos medios corrosivos, como el agua de mar, el cloro húmedo, las soluciones de clorito e hipoclorito, el ácido nítrico, el ácido crómico, los cloruros metálicos, los sulfuros y los ácidos orgánicos. Sin embargo, en los medios que reaccionan con el titanio para producir hidrógeno (como el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico), el titanio generalmente tiene una mayor tasa de corrosión. Sin embargo, si se agrega una pequeña cantidad de oxidante al ácido, se formará una película de pasivación en la superficie de titanio. Por lo tanto, el titanio es resistente a la corrosión en mezclas fuertes de ácido sulfúrico-ácido nítrico o ácido clorhídrico-ácido nítrico, incluso en ácido clorhídrico que contiene cloro libre. La película protectora de óxido de titanio a menudo se forma cuando el metal se encuentra con agua, incluso en pequeñas cantidades de agua o vapor de agua. Si el titanio se expone a un ambiente oxidante fuerte sin agua en absoluto, se oxidará rápidamente y reaccionará violentamente, a menudo incluso encendiéndose espontáneamente. Tales fenómenos han ocurrido en la reacción del titanio con ácido nítrico humeante que contiene exceso de óxido de nitrógeno y con cloro seco. Entonces, para prevenir tales reacciones, debe haber una cierta cantidad de agua.
(3) Buena resistencia al calor
Por lo general, el aluminio pierde sus propiedades originales a 150 ° C, el acero inoxidable pierde sus propiedades originales a 310 ° C y las aleaciones de titanio aún mantienen buenas propiedades mecánicas a alrededor de 500 ° C. Cuando la velocidad de la aeronave alcanza 2.7 veces la velocidad del sonido, la temperatura de la superficie de la estructura de la aeronave alcanza los 230 ° C, la aleación de aluminio y la aleación de magnesio ya no se pueden usar, y la aleación de titanio puede cumplir con los requisitos. El titanio tiene una buena resistencia al calor y se utiliza en los discos y palas de los compresores de motores aeronáuticos y en la piel del fuselaje trasero de los aviones.
(4) Buen rendimiento a baja temperatura
La resistencia de algunas aleaciones de titanio (como Ti-5AI-2.5SnELI) aumenta con la disminución de la temperatura, pero la plasticidad no disminuye mucho, y todavía tiene buena ductilidad y tenacidad a baja temperatura, que es adecuada para su uso a temperatura ultrabaja. Se puede utilizar en motores de cohetes de hidrógeno líquido seco y oxígeno líquido, o como contenedores de temperatura ultrabaja y tanques de almacenamiento en naves espaciales tripuladas.
(5) No magnético
El titanio no es magnético, se utiliza en cascos submarinos y no causará la explosión de minas.
(6) Pequeña conductividad térmica
La comparación de conductividad térmica entre el titanio y otros metales se muestra en la Tabla 2-2.
Tabla 2-2 Comparación de la conductividad térmica entre titanio y otros metales
La conductividad térmica del titanio es pequeña, solo 1/5 de acero, 1/13 de aluminio y 1/25 de cobre. La conductividad térmica deficiente es una desventaja del titanio, pero esta característica del titanio se puede explotar en ciertas aplicaciones.
(7) Módulo elástico bajo
La comparación del módulo elástico del titanio y otros metales se muestra en la Tabla 2-3.
Tabla 2-3 Comparación del módulo elástico entre titanio y otros metales
El módulo elástico del titanio es solo el 55% del del acero. Cuando se utiliza como material estructural, el módulo elástico bajo es una desventaja.
(8) La resistencia a la tracción y el límite elástico están muy cerca
La resistencia a la tracción de la aleación de titanio Ti-6AI-4V es de 960MPa y el límite elástico es de 892MPa, la diferencia entre los dos es de solo 58MPa, consulte la Tabla 2-4.
Tabla 2-4 Comparación del resistencia a la tracción y el límite elástico entre el titanio y otros metales
(9) El titanio se oxida fácilmente a alta temperatura
El titanio tiene una fuerte fuerza de unión con el hidrógeno y el oxígeno, por lo que se debe prestar atención a la prevención de la oxidación y la absorción de hidrógeno. La soldadura de titanio debe llevarse a cabo bajo protección de argón para evitar la contaminación. Los tubos y láminas de titanio deben tratarse térmicamente al vacío, y se debe controlar una atmósfera microoxidante durante el tratamiento térmico de las forjas de titanio.
(10) Bajo rendimiento anti-amortiguación
Las campanas están hechas de titanio y otros materiales metálicos (cobre, acero) con exactamente la misma forma y tamaño. Si golpea cada campana con la misma fuerza, encontrará que la campana hecha de titanio oscila durante mucho tiempo, es decir, a través De la energía dada a la campana no se disipa fácilmente por el golpeo, por lo que decimos que el rendimiento de amortiguación del titanio es bajo.
