2010-03-28

Tytan

Tytan



(Ti, łac. titanium) jest srebrzystobiałym

metalem odkrytym przez Williama

Gregora w 1791 r oraz niezależnie przez

Martina Heinricha Klaprotha w 1795 r.



Jego komercyjna produkcja ruszyła jednak

dopiero w latach 50 dwudziestego wieku.

Dzięki doskonałemu stosunkowi

wytrzymałości do ciężary właściwego oraz

dużej odporności na korozję otrzymał

zasłużone miano „metalu ery

kosmicznej”.

Typowe właściwości

Typowe właściwości



Gęstość: 4510 kg /
m

3



Temperatura topnienia: 1668

O

C



Moduł sprężystości: 100-120
Gpa
Współczynnik Poissona: 0,33



Wytrzymałość na rozciąganie: 550 MPa



Granica plastyczności: 138 Mpa



Wydłużeni: 54%

Porównanie Ti, Al, Fe:

Porównanie Ti, Al, Fe:

Właściwości

Ti

Al

Fe

Gęstość

4507 [kg/m

3

]

2700 [kg/m

3

]

7874 [kg/m

3

]

Temp.

topnienia

1667

o

C

660



C

1534,85



C

Ciepło

właściwe

520 J/(kg*K)

900 J/(kg*K)

440 J/(kg*K)

Przewodność

cieplna

21,9 W/(m*k)

237 W/(m*k)

80,2 W/(m*k)

Elektroujemno

ść

1,54

(Paulinga)

1,61

(Paulinga)

1,83

(Paulinga)

Granica

plastyczności

138 MPa

20-40 MPa

150 MPa

Wytrzymałość

na rozciąganie

550 MPa

70-120 MPa

250 MPa

Zalety

Zalety

Mała gęstość metalu – półtora raz

mniejsza niż od gęstość żelaza,
wysoka odporność na korozję(dzięki
bardzo szczelnej warstewce tlenkowej),
oraz wyśmienite właściwości
mechaniczne stawią ten pierwiastek na
czele przyszłych zastosowań w
konstrukcji maszyn i urządzeń -
lotniczych, medycznych, chemicznych

Dlaczego właśnie tytan

Dlaczego właśnie tytan



- Wysoka wytrzymałość mechaniczna w stosunku do

ciężaru.



- Niska gęstość przekładająca się na niską masę

wyrobów.



- Odporność na korozje oraz substancje agresywne o

niskich i wysokich pH.



- Niski współczynnik modułu Young’a - sprężystość

materiału



- Stosunkowa łatwość w obróbce i spawaniu bez

konieczności użycia specjalistycznych narzędzi.



- Odporność na ścieranie, pękanie, zmęczenie materiału

oraz inne uszkodzenia mechaniczne.



- Niskie ogólne koszty materiałów z tytanu, jako stosunek

ceny do jakości, dłuższego okresu eksploatacji,

bezobsługowej pracy.



- Biokompatybilność implantów i łączników z tytanu

przyśpiesza procesy gojenia oraz powrót chorego do

zdrowia



- Walory estetyczne oraz wysoka użyteczność biżuterii

oraz sprzętu sportowego.

Otrzymywanie

Otrzymywanie

Wytwarza się go różnymi metodami.

Najbardziej popularne:
1. Metoda jodowa – uzyskujemy
metal o dużej czystości (99,9%) ale
duże koszta
2. Metoda redukcji czterochlorku
tytanu za pomocą magnezu
stosowana na skalę przemysłową.
Otrzymujemy gąbkę tytanową

Odmiany

Odmiany

Tytan posiada dwie odmiany

alotropowe:

α - sieć heksagonalna – A3
β - sieć regularna – A2

Temperatura przemiany alotropowej

wynosi 882

o

C, temperatura

topnienia 1668

o

C i wrzenia 3260

o

C.

Głównymi dodatkami stopowymi

tytanu są: Al, Sn, Mo, V, Mn, Fe, Cr.

Pierwiastki stopowe rozpuszczają się w

tytanie, zwiększając jego
wytrzymałość.

Wpływają również na położenie

temperatury przemiany alotropowej.

W zależności od składu stopy

tytanu mogą mieć strukturę:

- jednofazową α

-

jednofazową β

-

mieszaną α+ β

1.

Stopy α nie wykazują zbyt dobrej

plastyczności. Należą do tej grupy tytan

technicznie czysty i stopy tytanu z

aluminium

2.

Stopy β mają dobrą plastyczność, ale

niższą wytrzymałość. W wysokich

temperaturach łatwo pochłaniają tlen i

stają się kruche. Stopów o takiej

strukturze nie stosuje się.

3.

Stopy α+ β mają wyższą wytrzymałość

od stopów jednofazowych. Są

wystarczająco plastyczne do

przeprowadzania obróbki plastycznej,

mogą być poddawane obróbce cieplnej.

Strukturę można również osiągnąć przez

obróbkę cieplną (przesycanie)

wykorzystywane są najeczęściej.

Gatunki

Gatunki



Istnieje pięć gatunków tzw. handlowo

czystego tytanu lub niestopowego.



Każdy gatunek ma inną ilość zanieczyszczeń.



Grade I jest najbardziej czysty



Wytrzymałość różni się od 172 MPa dla Grade

1 do 483 MPa dla klasy Grade 4.

TYTAN GRADE 5 (Ti6Al4V)

TYTAN GRADE 5 (Ti6Al4V)



Jest najczęściej używanym stopem tytanu(ok.

70% wszystkich wytapianych gatunków).

Posiada bardzo wysoką wytrzymałość

mechaniczną, przy stosunkowo niskie

ciągliwości. Stopy tytanu Grade 5 są dobrze

spawalne, choć obróbka termiczna może

osłabiać mikrostrukturę dwufazowa alfa-beta

w wyniku wysokich temperatur.



Typowe zastosowania

Główne zastosowany w samolotach, statkach

kosmicznych, przemyśle morski.

Wykorzystywany w tarczach i pierścieniach w

silnikach odrzutowych, w częściach

samolotów, zbiornikach ciśnieniowych.

Skład stopu Ti6Al4V

α+ β

Przykładowe stopy

Przykładowe stopy

Zastosowanie tytanu i jego stopów

Zastosowanie tytanu i jego stopów



- Przemysł chemiczny - reaktory, zbiorniki,

wymienniki ciepła oraz pozostała aparatura

procesowa.



- Petrochemia - instalacje oraz aparatura w

rafineriach, rury oraz pozostałem elementy

systemu przesyłu paliw płynnych.



- Energetyka - skraplacze, kondensatory pary,

wymienniki ciepła oraz turbiny parowe w

elektrowniach i elektrociepłowniach.



- Inżynieria morska - pompy wody morskiej,

śruby okrętowe i zawory, statków badawczych,

kadłuby okrętów podwodnych i batyskafów.



- Przemysł zbrojeniowy /  lotniczy -

konstrukcje samolotów, śmigłowców, silniki (ten

w  Airbus A380 zawiera 11 ton tytanu), pokrycia

kadłubów, podwozia, elementy głowic wirników w

śmigłowcach, elementy rakiet, wahadłowców, a

nawet pocisków, lufy dział i pistoletów.



- Motoryzacyjny - wydechy i elementy zawieszenia w

samochodach sportowych i motocyklach,  w tym korbowody,

wały napędowe, sprężyny, wahacze oraz inne części

szczególnie zarażone na obciążenia.



- Materiały spawalnicze - elektrody do spawania metodami

TIG i MIG.



- Ochrona środowiska - instalacje w

oczyszczalniach ścieków,  zakładach przetwarzania odpadów.



- Medycyna - implanty w protetyce dentystycznej oraz

ortopedii, łącznik kości, wszczepy, narzędzia chirurgiczne,

aparatura badawcza, wózki inwalidzkie, kule.



- Architektura i sztuka - pokrycie z paneli tytanowych  w

Muzeum Guggenheima w Bilbao i Cerritos Millennium Library



- Wyroby jubilerskie - pierścionki, łańcuszki, kolczyki, zegarki,

oprawki okularów.



- Barwniki - powszechnie używany biały pigment powstaje w

dużej mierze z tlenku tytanu (TiO2)



- Zastosowanie komercyjne - ramy rowerowe, wsporniki,

kierownice, korby , kije golfowe i hokejowe, sprzęt

alpinistyczny, rakiety tenisowe, osprzęt żeglarski i wiele innych.



- Narzędzia skrawające - pokrycie krawędzi tnących twardym

i wytrzymałym węglikiem tytanu i azotkiem tytanu.



- Części maszyn wymagające niskiej wagi oraz dużej

wytrzymałości.



- Metalurgia - składnik uszlachetniający oraz poprawiający

właściwości wielu gatunków stali.

Pytania:

Pytania:

1.

Czy tytan możemy zaliczyć do

metali lekkich? (tak)

2.

Czy tytan posiada mniejszą gęstość

niż żelazo? (tak)

3.

Czy tytan jest podatny na korozję

(nie)

4.

Czy pierwiastki stopowe wpływają

na położeni temperatury przemiany

alotropowej w tytanie? (tak)

5.

Aluminium jest głównym

dodatkiem stopowym? (tak)