Титан – химический элемент, отличающийся легким весом, высокой прочностью и отменным характеристикам. Кроме этого, он малом подвержен коррозии, благодаря чему имеет широкое распространение в авиастроении. Титан распространен в земной коре и содержится практически во всех породах, песках, глине и других почвах.
Как и все остальные металлы, его используют для плавки различных элементов. При этом важное значение имеет то, при какой температуре плавится титан, так как в разных материалах она разная. Этот показатель необходимо учитывать для того чтобы изготовить качественное и высокопрочное изделие, при этом не изменив физические и химические свойства металла. У титана он следующий: 1668°С.
Этапы плавки титана
В первую очередь, стоит указать о том, что плавка титана – довольно сложный и трудоемкий процесс, для которого необходимо создать определенные условия. Связано это с тем, что в чистом виде металл настолько нестабилен, что самопроизвольно реагирует с кислородом с образованием защитного слоя оксида. При повышении температуры расплавленный титан вступает в реакцию даже с минимальным количеством кислорода, что усложняет задачу плавки.
Выплавил ТИТАН из белого красителя. Слиток титана своими руками.
Существуют три наиболее распространенных способа литья титана, которые сейчас широко используются во всем мире:
- плавка с набивных графитом, предусматривающее собой изготовление литейных форм из графита – химического инертного материала. Графитовый песок сперва смешивают с водой и смоляным сиропом, утрамбовывают, сушат и обжигают для того чтобы избавиться от связующих материалов. После этого получается чистая оболочка, куда заливают расплавленный титан. Ему дают остыть и затем избавляются от графитовой оболочки;
- плавка под действием центробежной силы: тонко измельченный титановый порошок смешивают с соответствующими легирующими порошками и с термопластичным связующим при повышенных температурах, а затем отправляют в соответствующее оборудование. Благодаря этому связующему, а также высокой скорости вращения плавление титана происходит быстро;
- плавление по выплавляемым моделям. Процесс начинается с этапа изготовления точной восковой модели, покрытой керамическим материалом. Форма помещается в электродуговую печь, где воск плавится и сливается, оставляя после себя пустую полость. Следующий этап – помещение оболочки в вакуумную камеру, где нет кислорода. В такой среде сплав заливается в форму, ему дают время охладиться и далее разрушают оболочку, оставляя только полученный слиток.
Теперь вы знаете, как плавят титан и какие особенности имеет каждый из способов. Выбор наиболее подходящего зависит от того, что именно вы хотите в итоге получить, а также как в дальнейшем будете использовать металл (сварка с незначительным вылетом электрода, обработка, покрытие). В любом случае, каждый из них эффективный.
Сфера использования
Многие металлы нашли широкое применение в разных сферах деятельности. Благодаря своим химическим и физическим свойствам, титан не является исключением. Хоть производство литых компонентов и вызывает сложности, существуют множество вариантов, как избежать проблем и создать высокопрочные и качественные изделия.
Процесс выплавки титана используется для аэрокосмической, оборонной, подводной, строительной и других сфер. Учитывая значительный прорыв в науке и современных технологиях, сейчас можно без проблем сделать любую титановую деталь всевозможной формы и размера при помощи плавки. Это могут быть рамки сканеров, корпуса линз, проушины, тормозные накладки, хвостовые крылья, задние части ракет и др.
Источник: metallurgist.pro
При какой температуре плавится титан
Технологии
Автор Сварщик На чтение 4 мин Просмотров 514 Опубликовано 28.05.2019
Титан считается самым прочным тугоплавким металлом, сохраняющим пластичность. Он прочнее железа и алюминия. Впервые сплав был получен русским ученым в 1875 году. В 1925-м голландскому химику удалось получить чистый 99,9% металл. Благодаря высокой температуре плавления, титан незаменим в космической отрасли, авиастроении.
Легкий, химически нейтральный, он используется и в других отраслях.
Характеристики титановых сплавов
Для легирования титана используют несколько компонентов:
- Алюминий – самая распространенная добавка. Он повышает удельную прочность, упругость, сопротивление ползучести.
- Олово замедляет окисление при нагреве, повышает пластичность, свариваемость.
- Благодаря цирконию, Ti-Al-Zr деформируется при комнатной температуре.
- Марганец повышает способность к деформации.
- Кремний улучшает трещиностойкость.
- Ванадий – свариваемость.
- Система Ti-Al-Mo-Cr-Fe-Si – высокопрочная. Это металл мартенситного класса.
- Молибден увеличивает жаропрочность титана.
Чистый титан имеет предел прочности до 450 МПа, легирующие добавки способны повысить ее до 2000 МПа. При охлаждении у титана повышается прочность на изгиб. При комнатной температуре составляет 700 МПа, около -200°С возрастает до 1100 МПа.
Физические свойства
Основные характеристики титана:
- температуры: плавления 1668 градусов Цельсия, кипения – 3227;
- предел текучести: от 250 до 380 МПа;
- упругость – 110 Гпа, различается в разных направлениях;
- средняя твердость сплавов по НВ – 103;
- плотность: при комнатной температуре 4500 кг/м 3 , при температуре плавления – 4120 кг/м 3 ;
- теплоемкость – 531 Дж на один килограмм при нагреве на градус;
- теплопроводность – 18 Вт/(м·град);
- удельное сопротивление – 42,1·10 -6 Ом·см.
При охлаждении до 3,8°К (-270°С) металл становится сверхпроводником.
Химические свойства
В твердом состоянии Тi химически устойчив, не окисляется при высокой влажности, морской атмосфере, при контакте с агрессивными средами. При нагреве до температуры плавления становится активным. Взаимодействует со всеми компонентами воздуха:
- кислородом, образуются твердые оксиды;
- азотом, он упрочняет структуру, повышает предел прочности, критическая концентрация 0,2%, выше этого показателя металл становится хрупким;
- водород ухудшает технологические свойства;
- углерод повышает температуру фазовых изменений.
При нагреве до температуры плавления металл необходимо изолировать.
Область применения
Титан и сплавы на основе его применяются во многих областях: химической, металлургической. Это конструкционный материал космонавтики, оборонной промышленности, авиации. Из него делают медицинские инструменты, насадки оборудования. Пластины вшивают в бронежилеты, делают из него защитные экраны.
Литье титана
Во время нагрева до температуры плавления титан активно реагирует с компонентами воздуха.
Чтобы этого не происходило, воздух в печах откачивали, создавали вакуум. Остатки воздуха стали вытеснять инертными газами: смесью аргона и гелия. На промышленных литейных установках остаточное давление инертных газов колеблется от 1,33 до 0,13 Па.
Разработано несколько технологий:
В вакуумной камере металл расплавляют, разливают по формам. Охлаждают до температуры, когда металл теряет химическую активность, образует кристаллическую структуру.
Метод вакуумного литья (МВЛ) по выплавляемым моделям заключается в использовании выплавляемых или выжигаемых форм. На поверхности модели создают огнеупорную оболочку. Отливки получаются максимально приближенной формы.
Технология оболочечного литья предусматривает использование тонкостенных разъемных форм. Их устанавливают на разогретую модельную плиту, чтобы покрыть термоактивной смолой. Заливка производится вертикально и горизонтально.
Специально разрабатывается температурный режим остывания отливок. Предусмотрено равномерное структурирование по всему объему, чтобы в литье не возникали внутренние напряжения.
Применяемое оборудование и материалы
Титан при нагревании становится активным восстановителем, он способен реагировать с огнеупорной футеровкой. Для плавки металла обычно используют вакуумную гарнисажную печь с электродуговым разогревом. Это камера с охлаждающим водяным контуром, опоясывающим тигель. Мощные насосы откачивают воздух до нужного значения разряжения. В электрододержатель устанавливают расходуемый электрод-гарнисаж. Плавка производится при плотности тока 10—30 А/см 2 .
Электрод – это пруток из спрессованной титановой крошки (порошка) или шихтовый слиток. При розжиге дуги между электродом и дном тигля металл начинает нагреваться до температуры плавления, расплав заполняет тигель, держатель постепенно опускается, чтобы размер дуги оставался стабильным.
Гарнисажем называют слой затвердевшего металла на охлаждаемых стенках тигля, сделанного из токопроводящей меди или графита. Гарнисаж выполняет функцию футеровки, не давая тиглю нагреваться под действием дуги до температуры плавления.
Во время плавления электрода предусмотрено вращение плавильной установки для равномерного разогрева расплава. Отливочные столы с подготовленными формами расположены рядом с тиглем, в камере. При повороте установки расплавленный металл выливается из тигля, формируются отливки. Пресс-формы делают из графита или огнеупора, покрытого тугоплавкими термосмолами.
Отливки из титана полностью повторяют форму будущей детали, ее не нужно долго обтачивать. Снижается процент отходов. Литье производят промышленным способом. Дорогие установки обслуживает подготовленный персонал. Кустарным способом, в домашних условиях титан не плавят.
Источник: svarkaprosto.ru
Титан (химический элемент)
Тита́н(Тitanium), Ti, химический элемент IV группы короткой формы (4-й группы длинной формы) периодической системы , атомный номер 22, атомная масса 47,867. В природе пять стабильных изотопов : 46 Ti (8,25 %), 47 Ti (7,44 %), 48 Ti (73,72 %), 49 Ti (5,41 %), 50 Ti (5,18 %). Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами 38–58.
Историческая справка
Открыт в 1791 г. английским химиком-любителем У. Грегором и независимо в 1795 г. М. Клапротом , который дал элементу название в честь титанов – детей Урана и Геи в греческой мифологии.
Распространённость в природе
Содержание титана в земной коре 0,63 % по массе. Важнейшие минералы рутил , ильменит , титаномагнетит, перовскит и титанит ; см. также Титановые руды . Образец титана. Образец титана.
Свойства
Конфигурация внешних электронных оболочек атома титана 3d 2 4s 2 ; cтепень окисления +4, реже +3 и +2; энергии последовательной ионизации 6,82, 13,58, 27,47, 43,24 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,5; атомный радиус 149 пм, ионные радиусы Ti 4+ при координационных числах 4, 5, 6 и 8 равны соответственно 56, 65, 74 и 88 пм.
Титан – серебристо-белый металл, при 882 °С гексагональная α-модификация ( плотность 4508 кг/м 3 ) переходит в кубическую β-модификацию; tпл1670 °С, tкип3280 °С; теплопроводность 21,9 Вт/(м·К). Обладает высокими механическими характеристиками, сравнительно слабо зависящими от температуры и сильно – от содержания примесей Н, N, C и О. Для титана высокой степени чистоты предел прочности при растяжении 240–260 МПа, предел текучести 140–170 МПа, относительное удлинение 55–70 %, модуль упругости 96–106 ГПа, твёрдость по Бринеллю 175 МПа.
Стандартный электродный потенциал Ti 0 /Ti 3+ 1,63 В, Ti 3+ /Ti 4+ 0,20 В. Поверхность титана покрывается защитной плёнкой, обеспечивающей устойчивость к дальнейшему окислению на воздухе до 500 °С, а также в морской воде, разбавленных растворах кислот и щелочей. Реагирует с концентрированными щелочами и кислотами, с водными растворами, содержащими ионы фтора. Порошок и стружка титана загораются на воздухе и в азоте. Взаимодействует с галогенами , образует твёрдые растворы и гидриды с водородом, несколько оксидов с кислородом (в том числе диоксид титана ), соединения переменного состава с азотом и с углеродом, бориды , силициды , халькогениды. Известны многочисленные титанаты (соединения высших оксидов Ti с более оснoвными оксидами), а также титанорганические соединения . Титан образует сплавы со всеми металлами, кроме щелочных и щёлочноземельных.
Получение
Для получения титана ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи и полученный шлак перерабатывают хлоридным или сульфатным способом. По хлоридному способу из шлака получают тетрахлорид TiCl4, который очищают и восстанавливают металлический Mg c получением титановой губки. Губку переплавляют в вакуумных дуговых печах в слитки титана или его сплавы. По сульфатному способу концентраты разлагают H2SO4, выщелачивают полученные оксисульфаты водой, гидролизуют их до гидроксида титана, который сушат и прокаливают до TiO2. Рафинирование титана ведут электролитическим или иодидным способом, а также вакуумной переплавкой. В 2013 г. мировое производство концентратов титана составляло 7,55 млн т, титановой губки – более 220 тыс. т.
Применение
Металлический титан используют главным образом для получения прочных лёгких сплавов, которые применяют в авиа-, ракето- и судостроении, химической, газовой, нефтяной и пищевой промышленности, криогенной технике, медицине и других отраслях.
Раков Эдуард Григорьевич . Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2016.
в 11:55 (GMT+3) Обратная связь
Информация
Области знаний: Общие вопросы химии Символ: Ti Атомный номер: 22 Группа элементов: Переходные металлы Относительная атомная масса: 47,867 а. е. м. Радиус атома: 149 пм Электроотрицательность: 1,5 ед. по шкале Полинга Агрегатное состояние: Твёрдое Плотность при н. у.: 4,508 г/см³ Температура плавления: 1670 °C Температура кипения: 3280 °C
Источник: bigenc.ru