Mengapa titanium boleh menjadi peneraju di kalangan logam?

Oleh kerana ketumpatan relatifnya yang rendah, rintangan haba dan kakisan yang sangat baik, dan kekuatan struktur yang tinggi, titanium dan aloinya telah menjadi subjek penyelidikan dan aplikasi yang meluas sejak ia ditemui pada awal abad ke-20. Logam yang berbeza dan tidak dicampur, sebatian titanium mempunyai sifat yang lebih dan lebih baik, jadi ia digunakan dalam situasi yang berbeza. Tambahan pula, dengan kemajuan sains dan inovasi, gabungan titanium telah bertukar menjadi bahan penting untuk kemajuan baharu, peralatan baharu dan kitaran baharu, dan usaha niaganya yang berkaitan telah meletakkan satu lagi masa perubahan yang tulen.
Sifat dan aplikasi titanium

Titanium ialah logam perak-putih yang dikelaskan sebagai logam ringan yang jarang ditemui dalam pengelasan logam. Takat leburnya ialah 1668 darjah, dan titik peralihan fasa ialah 882 darjah daripada fasa kekisi padu berpusat badan kepada fasa kekisi heksagon padat rapat, atau dari fasa ke fasa. Berbanding dengan logam lain, titanium mempunyai sifatnya yang tersendiri dari segi bahan kimia dan sifat mekanikal.

1. Ketumpatan rendah dan kekuatan spesifik yang tinggi

Ketebalan logam titanium ialah 4.51g/cm³, yang lebih tinggi daripada aluminium dan lebih rendah daripada keluli, kuprum dan nikel, namun kekuatan khususnya lebih tinggi daripada sebatian aluminium dan keluli amalgam berkekuatan tinggi. Kekuatan tidak jelas yang tinggi menunjukkan bahawa bahan logam adalah ringan dan berkekuatan tinggi, jadi titanium juga merupakan bahan asas logam ringan dan berkekuatan tinggi. Kekuatan Titanium yang tidak jelas menjadikannya digunakan secara meluas dalam memajukan kemajuan terkini seperti penerbangan, penerbangan, roket dan senjata. Keseluruhan perusahaan, komposit titanium dan titanium digunakan dalam gelang pemegang penjana putar pantas, tepi pemotong besar turbin stim, basikal berkualiti sangat baik, kayu golf, aci untuk lompatan tinggi, dan sebagainya.

2. Modulus keanjalan rendah[i]

Modulus elastik titanium ialah 106.4GMPa pada suhu bilik, iaitu 57% daripada keluli. Ini menunjukkan bahawa keupayaan titanium untuk menahan ketegangan biasa adalah lebih rendah daripada keluli, jadi penggunaan titanium adalah terhad dan ia tidak sesuai untuk komponen struktur tegar. Walau bagaimanapun, dalam penukar haba berkas tiub panjang titanium, reka bentuk penyekat mengatasi kekurangan kekakuan yang sangat lemah dan berfungsi dengan baik walaupun dalam keadaan getaran.

3. Kekonduksian haba yang kecil

Mekanisme pemindahan haba logam titanium adalah terutamanya pengaliran haba elektronik, diikuti oleh pengaliran haba kekisi. Keputusan ujian sebenar menunjukkan bahawa kekonduksian terma titanium ialah 0.1507J, iaitu satu perlima keluli karbon rendah dan satu-25kuprum, yang serupa dengan keluli tahan karat. Walaupun titanium mempunyai kekonduksian terma yang kecil, ia boleh digunakan untuk membuat piton panjat tebing. Piton titaniumnya bukan sahaja ringan tetapi juga tidak mengalirkan geseran dan haba, menjadikannya bahan yang sesuai untuk pendaki gunung.

4. Kekuatan tegangan adalah hampir dengan kekuatan alahnya

Nisbah kekuatan alah (kekuatan tegangan/kekuatan hasil) titanium adalah tinggi, mengakibatkan ubah bentuk plastik bahan logam titanium yang lemah semasa pembentukan. Di samping itu, had hasil titanium lebih besar daripada modulus elastik, jadi titanium mempunyai daya tahan yang lebih besar semasa pengacuan.

Ciri titanium ini membolehkan kita mencari keadaan pemprosesan dan pembentukan yang terbaik - pembentukan hangat, yang mengelakkan tekanan dan retak tekanan yang disebabkan oleh daya tahan tinggi titanium dan nisbah hasil yang tinggi, dan mengelakkan kerosakan hidrogen yang disebabkan oleh titanium. penyerapan hidrogen melebihi 400 darjah. Ini adalah salah satu sebab mengapa suhu ambien yang dinyatakan tidak melebihi 315 darjah apabila menggunakan peralatan titanium dalam industri am.

5. Bukan magnet dan tidak toksik

Titanium ialah logam bukan magnet dan tidak akan dimagnetkan dalam medan magnet yang besar. Perentak jantung titanium tidak terjejas oleh ribut petir dan mempunyai keserasian yang baik dengan tisu dan darah manusia, jadi ia digunakan oleh komuniti perubatan.

6. Prestasi anti-redaman yang kuat[ii]

Selepas logam titanium tertakluk kepada getaran mekanikal dan getaran elektrik, masa pengecilan getarannya sendiri adalah yang paling lama berbanding dengan logam keluli dan tembaga. Sifat titanium ini boleh digunakan sebagai garpu tala, komponen getaran penumbuk ultrasonik perubatan, dan filem getaran pembesar suara audio mewah.

7. Rintangan haba yang baik

Aloi titanium baharu boleh digunakan untuk jangka masa yang lama pada suhu 600 darjah atau lebih tinggi. Dengan perkembangan industri penerbangan dan aeroangkasa, aloi titanium tahan haba digunakan dalam cakera enjin, bilah, fiuslaj belakang, pemandu, selekoh pengambilan udara dan komponen lain.

8. Rintangan suhu rendah yang baik

Aloi titanium suhu rendah yang diwakili oleh aloi titanium TA7 (Ti-5Al-2.5Sn), TC4 (Ti-6Al-4V) dan Ti-2 .5Zr-1.5Mo mempunyai kekuatannya meningkat apabila suhu menurun, tetapi keplastikan tidak berubah. besar. Ia mengekalkan kemuluran dan keliatan yang baik pada suhu rendah -196-253 darjah, mengelakkan kerapuhan sejuk logam. Ia adalah bahan yang sesuai untuk bekas kriogenik, kotak penyimpanan dan peralatan lain.

9. Prestasi sedutan yang kuat

Titanium adalah logam yang sangat reaktif secara kimia yang boleh bertindak balas dengan banyak unsur dan sebatian pada suhu tinggi. Pernafasan titanium terutamanya merujuk kepada tindak balas dengan karbon, hidrogen, nitrogen, dan oksigen pada suhu tinggi.

10. Rintangan kakisan yang kuat

Titanium ialah logam yang sangat aktif dengan potensi keseimbangan yang sangat rendah dan kecenderungan kakisan termodinamik yang tinggi dalam medium. Namun, pada hakikatnya, titanium adalah stabil sepenuhnya dalam pelbagai media. Sebagai contoh, titanium adalah selamat untuk hakisan dalam pengoksidaan, media yang tidak memihak dan pengurangan yang lemah. Ini adalah atas alasan bahawa titanium mempunyai kesukaan yang luar biasa dengan oksigen. Filem oksida yang padat, sangat pelekat dan lengai terbentuk pada permukaan titanium dalam media yang mengandungi oksigen atau udara, melindungi matriks titanium daripada kakisan. Malah, walaupun kerana haus mekanikal, ia akan pulih atau pulih dengan cepat, yang menunjukkan bahawa titanium adalah logam dengan kecenderungan pepejal untuk pasif.

Setakat ini, titanium telah menjadi salah satu bahan logam utama untuk usaha mengambil kitaran baharu, kemajuan baharu, dan skop yang besar, berkomputer, dilindungi, boleh dipercayai dan perkakasan penciptaan jarak jauh.