Stopy tytanu
Tytan (Ti)
– pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych w układzie okresowym o liczbie atomowej 22.
-Jest lekki, ma wysoką wytrzymałość mechaniczną, odporny na korozję , metal o szarawym kolorze.
-Tytan jest dodawany jako dodatek stopowy do żelaza, aluminium, wanadu, molibdenu i innych.
-Stopy tytanu są wykorzystywane w przemyśle lotniczym, militarnym, procesach metalurgicznych, motoryzacyjnym, medycznym, sportów ekstremalnych i innych.
-Dwie najbardziej użyteczne własności tytanu to jego odporność na korozję oraz najwyższy stosunek wytrzymałości mechanicznej do jego ciężaru
-Do produkcji wyrobów medycznych wykorzystuje się czysty tytan oraz jego stopy.
-Czysty tytan jest produkowany w 4 gatunkach, które różnią się zawartością węgla, żelaza, azotu, wodoru i tlenu.
-Czysty tytan ma gorsze właściwości mechaniczne w porównaniu z jego stopami.
-Czysty tytan charakteryzuje się wyższą odpornością na korozje wżerową, międzykrystaliczną i naprężeniową oraz ma zdolność do samopasywacji w roztworze soli fizjologicznej.
-W medycynie stosujemy głównie tytan techniczny o strukturze dwufazowej o czystości 98,8-99,8%.
Właściwości tytanu:
Fizyczne:
wysokiej wytrzymałości mechanicznej w stosunku do niskiego ciężaru
gęstość 4507 kg/m³ (stosunkowo lekki)
duża wytrzymałość mechaniczna
przy wysokiej czystości jest ciągliwy
wysoka temperatura topnienia: 1649 °C
Jest błyszczący, posiada biały, metaliczny kolor
wysoka twardość, trudno się obrabia mechanicznie
Metal ma dwie odmiany alotropowe:
Ti-α – krystalizujący w układzie heksagonalnym do temperatury 882,5 °C;
Ti-β – krystalizujący w układzie regularnym przestrzennie centrowanym, wysokotemp.>882,5°C
Jest paramagnetykiem oraz wykazuje stosunkowo niską przewodność elektryczną i cieplną
Chemiczne:
doskonała odporność na korozję
wytrzymałość na rozciąganie
wytrzymałość zmęczeniowa
metaliczny tytan jest drogi ze względu na duże zużycie energii i surowców w procesie otrzymywania
odporny na działanie rozcieńczonych kwasów np. siarkowego, solnego i większości kwasów organicznych,
Czysty tytan roztwarzają stężone kwasy
gwałtownie reagują z czystym azotem, reakcja przebiega powyżej temperatury 800 °C, z wytworzeniem azotku tytanu
Zastosowanie tytanu:
-pigmenty, powłoki
-Stale mikrostopowe o podwyższonej wytrzymałości
-Stale maraging
-Architektura i zastosowania konsumenckie
-Inżynieria biomedyczna
-lotnictwo
-biżuteria
Występowanie:
Tytan zawsze występuje w rudach innych pierwiastków.
Jest dziewiąty pod względem występowania na Ziemi (0,63%) i siódmy jako metal.
Najczęściej występuje w skałach magmowych oraz skałach osadowych.
Jest szeroko rozpowszechniony, występuje głównie pod postacią minerałów:
Stopy na osnowie fazy międzymetalicznych
zalety (w porównaniu do tradycyjnych stopów Ti):
mniejsza gęstość,
większa wytrzymałość na pełzanie,
większa odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze;
wady:
mniejsza ciągliwość w temperaturze pokojowej,
mniejsza odporność na pękanie,
problemy technologiczne;
Stale austenityczne
Stale austenityczne
stale kwasoodporne, które są najszerzej stosowane w medycynie.
odporne na korozję.
Najbardziej popularnym przedstawicielem tych stopów jest stal 316l. Jest to materiał, w którego skład wchodzą przede wszystkim chrom (16-25%) nikiel (powyżej 8%) i molibden (ok 3 %) oraz mangan i azot w mniejszych ilościach.
Zawartość węgla w stalach austenitycznych jest minimalna (C<0,003%)
wytrzymałość nawet do 1850 MPa
charakteryzują się strukturą paramagnetyczną
Chrom zmienia potenchał elektrochemiczny stali z ujemnego (-0,6 V) na dodatni (0,2 V) przy zawartości tego pierwiastka większej niż 13%. Powoduje to wzrost odporności korozyjnej w ośrodkach utleniających.
Nikiel jest pierwiastkiem który stabilizuje fazę austenitu i podwyższa energia błędów ułożenia, przez co warstwa pasywna jest trwalsza. Wraz ze wzrostem jego stężenia obserwuje się wzrost odporności na korozję naprężeniową i międzykrystaliczną.
Molibden zwiększa odporność na korozję wżerową, natomiast tytan na międzykrystaliczną.
Azot zwiększa wytrzymałość i odporność na korozję.
Stopy austenityczne występują w strukturze regularnej ściennie centrowanej
Właściwości:
wysoko odporność na korozję,
wzrost granicy plastyczności poprzez obróbkę za zimno,
wyższa skłonność do umocnienia za zimno w porównaniu ze stalami ferrytycznymi,
wysoka zdolność do wydłużenia,
gatunku zawierające N i o podwyższonej zawartości Ni charakteryzują się niższą przenikalnością magnetyczną
Obróbka cieplna:
wyżarzanie w temperaturach 1000ºC-1150ºC z chłodzeniem w celu nie utworzenia się wytrąceń,
struktura austenityczna bez wydzielenia węglików, co zapobiega korozji międzykrystalicznej,
brak możliwości hartowania.
Zastosowanie:
-lotnictwo
-budownictwo
-architektura
-przemysł spożywczy
-ochrona środowiska
-sprzęcie AGD
-przemyśle chemicznym; papierniczym; motoryzacji; farmaceutycznym
-W medycynie stosuje się je to produkcji:
*igieł śródszpikowych,
*narzędzi chirurgicznych
*płytek kostnych
*śrub i drutów kostnych,
* igieł,
*stentów
*elementów endoprotez