Перейти к содержанию

Двоякость свойств металла титан

Содержание

Двоякость свойств металла титан

Многих интересует немного загадочный и не до конца изученный титан — металл, свойства которого отличаются некоторой двоякостью. Металл и самый прочный, и самый хрупкий.

Двоякость титана

Его открыли двое ученых с разницей в 6 лет — англичанин У. Грегор и немец М. Клапрот. Название титана связывают, с одной стороны, с мифическими титанами, сверхъестественными и бесстрашными, с другой стороны, с Титанией — королевой фей.
Это один из самых распространенных в природе материалов, но процесс получения чистого металла отличается особой сложностью.

Свойства титана

22 химический элемент таблицы Д. Менделеева Titanium (Ti) относится к 4 группе 4 периода.

Цвет титана серебристо-белый с выраженным блеском. Его блики переливаются всеми цветами радуги.

Это один из тугоплавких металлов. Он плавится при температуре +1660 °С (±20°). Титан отличается парамагнитностью: он не намагничивается в магнитном поле и не выталкивается из него.
Металл характеризуется низкой плотностью и высокой прочностью. Но особенность этого материала заключается в том, что даже минимальные примеси других химических элементов кардинально изменяют его свойства. При наличии ничтожной доли других металлов титан теряет свою жаропрочность, а минимум неметаллических веществ в его составе делают сплав хрупким.
Эта особенность обуславливает наличие 2 видов материала: чистого и технического.

  1. Титан чистого вида используют там, где требуется очень легкое вещество, выдерживающее большие нагрузки и сверхвысокие температурные диапазоны.
  2. Технический материал применяется там, где ценятся такие параметры, как легкость, прочность и устойчивость к коррозии.

Вещество обладает свойством анизотропности. Это означает, что металл может изменять свои физические характеристики, исходя из приложенных усилий. На эту особенность следует обращать внимание, планируя применение материала.

Свойства титана

Проведенные исследования свойств титана в нормальных условиях подтверждают его инертность. Вещество не реагирует на элементы, находящиеся в окружающей атмосфере.
Изменение параметров начинается при повышении температуры до +400°С и выше. Титан вступает в реакцию с кислородом, может воспламеняться в азоте, впитывает газы.
Эти свойства затрудняют получение чистого вещества и его сплавов. Производство титана основано на применении дорогостоящей вакуумной аппаратуры.

Титан и конкуренция с другими металлами

Этот металл постоянно сравнивают с алюминием и сплавами железа. Многие химические свойства титаназначительно лучше, чем у конкурентов:

  1. По механической прочности титан превосходит железо в 2 раза, а алюминий в 6 раз. Прочность его увеличивается при снижении температуры, чего не отмечается у конкурентов.
    Антикоррозионные характеристики титана значительно превышают показатели других металлов.
  2. При температурах окружающей среды металл абсолютно инертен. Но при повышении температуры свыше +200°С вещество начинает поглощать водород, изменяя свои характеристики.
  3. При более высоких температурах титан вступает в реакции с другими химическими элементами. Он обладает высокой удельной прочностью, что в 2 раза превосходит свойства лучших сплавов железа.
  4. Антикоррозионные свойства титана значительно превышают показатели алюминия и нержавеющей стали.
  5. Вещество плохо проводит электричество. Титан имеет удельное электросопротивление в 5 раз выше, чем у железа, в 20 раз, чем у алюминия, и в 10 раз выше, чем у магния.
  6. Титан характеризуется низкой теплопроводностью, это обусловлено низким коэффициентом температурного расширения. Она меньше в 3 раза, чем у железа, и в 12, чем у алюминия.

Какими способами получают титан?

Материал занимает 10 место по распространению в природе. Существует около 70 минералов, содержащих титан в виде титановой кислоты или его двуокиси. Наиболее распространенные из них и содержащие высокий процент производных металла:

  • ильменит;
  • рутил;
  • анатаз;
  • перовскит;
  • брукит.

Основные залежи титановых руд находятся в США, Великобритании, Японии, большие месторождения их открыты в России, Украине, Канаде, Франции, Испании, Бельгии.

Как добывают титан

Получение металла из них стоит очень дорого. Ученые разработали 4 способа производства титана, каждый из которых рабочий и эффективно используется в промышленности:

  1. Магниетермический способ. Добытое сырье, содержащее титановые примеси, перерабатывают и получают диоксид титана. Это вещество подвергается хлорированию в шахтных или солевых хлораторах при повышенном температурном режиме. Процесс очень медленный, ведется в присутствии углеродного катализатора. При этом твердый диоксид переводится в газообразное вещество – тетрахлорид титана. Полученный материал восстанавливается магнием или натрием. Сплав, образовавшийся при реакции, подвергают нагреванию в вакуумной установке до сверхвысоких температур. В результате реакции происходит испарение магния и его соединений с хлором. В конце процесса получают губкоподобный материал. Его плавят и получают титан высокого качества.
  2. Гидридно-кальциевый способ. Руду подвергают химической реакции и получают гидрид титана. Следующий этап – разделение вещества на составляющие. Титан и водород выделяют в процессе нагревания в вакуумных установках. По окончании процесса получают оксид кальция, который отмывают слабыми кислотами. Первые два способа относятся к промышленному производству. Они позволяют получать в кратчайшие сроки чистый титан с относительно небольшими издержками.
  3. Электролизный метод. Титановые соединения подвергают воздействию током большой силы. В зависимости от исходного сырья, соединения разделяются на составляющие: хлор, кислород и титан.
  4. Йодидный способ или рафинирование. Полученный из минералов диоксид титана обдают парами йода. В результате реакции образуется йодид титана, который нагревают до высокой температуры – +1300…+1400°С и воздействуют на него электрическим током. При этом из исходного материала выделяются составляющие: йод и титан. Металл, полученный данным способом, не имеет примесей и добавок.

Области применения

Применение титана зависит от степени его очистки от примесей. Наличие даже небольшого количества других химических элементов в составе сплава титана кардинально меняет его физико-механические характеристики.

Титан с некоторым количеством примесей называется техническим. Он имеет высокие показатели коррозийной стойкости, это легкий и очень прочный материал. От этих и других показателей зависит его применение.

  • В химической промышленности из титана и его сплавов изготавливают теплообменники, различного диаметра трубы, арматуру, корпуса и детали для насосов различного назначения. Вещество незаменимо в местах, где требуются высокая прочность и стойкость к кислотам.
  • На транспорте титан используют для изготовления деталей и агрегатов велосипедов, автомобилей, железнодорожных вагонов и составов. Применение материала уменьшает вес подвижных составов и автомобилей, придает легкость и прочность велосипедным деталям.
  • Большое значение титан имеет в военно-морском ведомстве. Из него изготавливают детали и элементы корпусов для подводных лодок, пропеллеры для лодок и вертолетов.
  • В строительной промышленности применяется сплав цинк-титан. Он используется как отделочный материал для фасадов и кровель. Этот очень прочный сплав имеет важное свойство: из него можно изготавливать архитектурные детали самой фантастической конфигурации. Он может принимать любую форму.
  • В последнее десятилетие титан широко применяют в нефтедобывающей отрасли. Сплавы его применяют при изготовлении оборудования для сверхглубокого бурения. Материал используется для изготовления оборудования для добычи нефти и газа на морских шельфах.

Где применяют титан

Чистый титан имеет свои области применения. Он нужен там, где необходима стойкость к высоким температурам и при этом должна сохраняться прочность металла.

Его применяют в:

  • авиастроении и космической отрасли для изготовления деталей обшивки, корпусов, элементов крепления, шасси;
  • медицине для протезирования и изготовления сердечных клапанов и других аппаратов;
  • технике для работы в криогенной области (здесь используют свойство титана – при снижении температуры усиливается прочность металла и не утрачивается его пластичность).

В процентном соотношении использование титана для производства различных материалов выглядит так:

  • на изготовление краски используется 60 %;
  • пластик потребляет 20 %;
  • в производстве бумаги используют 13 %;
  • машиностроение потребляет 7 % получаемого титана и его сплавов.

Сырье и процесс получения титана дорогостоящие, затраты на его производство компенсируются и окупаются сроком службы изделий из этого вещества, его способностью не менять свой внешний вид за весь период эксплуатации.

Он вдвое легче, но и вдвое прочнее железа, в 6 раз прочнее алюминия

Двоякость свойств металла титан

В народе ходит очень много легенд по поводу невиданной прочности и легкости, например титана, но никто не знает, что титановая рама при огромной цене будет иметь тот же вес, что и алюминиевая. Также титан может легко треснуть и очень тяжело поддается сварке и обработке. Давайте разберемся, где уместен каждый вид материала и расставим все точки.

Самое осмысленное решение для с точки зрения экономии веса, прочности и удобства для гоночных рам любого назначения – это карбон. Под любым назначением я подразумеваю: кросскантри, шоссе, циклокросс, BMX race, MTB race, 4X, DH. Карбон это прочный и легкий композитный материал, получаемый путем переплетения тонких нитей графита и резины. Направленные под индивидуальным углом нити скрепляются эпоксидными смолами и формуются в листы. Эти листы наносятся на каркас, который изготавливается по разным технологиям. Карбон не накапливает усталость, поглащает вибрации и имеет низкий удельный вес в купе с высокой прочностью. Уязвимых мест у карбоновых деталей два. Первое это точечные попадания камней, что ведут к трещинам и сколам. Второе это технология изготовления и длительное время производства каждой детали, что сказываются на цене. Из карбона делают шатуны, рамы, вилки, рули, выноса, седла, подседельные штыри, обода, корпуса втулок, ручки тормозов, педали и некоторые другие запчасти. Карбон не ржавеет.

Самое разумное с точки зрения цены решение – это алюминий. 6000 и 7000 серии. Эти сплавы обладают низким весом и хорошей прочностью. Алюминиевым трубам можно придать любую форму, благодаря распросранению технологии гидроформинга. Если упростить, то гидроформинг это когда трубу кладут в специальную форму, которую нагревают, а в саму трубу под давлением подают жидкость, которая распирает трубу изнутри, заставляя принять нужную форму. Обратной стороной алюминиевой рамы и других изделий является накопление усталости. Алюминий склонен к появлению трещин, особенно в местах сварных соединений. Разумеется речь идет об активной езде и прыжках. Вторая обратная сторона алюминия весьма спорная – это жесткость. Алюминиевая рама очень “хорошо едет”, имеет хороший накат. В чем же минус спросите вы? В том, что трясет! Сильно трясет! Снизить эту жесткость можно придавая трубам форму с большим количеством изгибов. Однако, разумеется в ущерб накату. Некоторые считают, что все эти хитрости с изгибами или гидроформингом просто маркетинговые уловки производителей и гонять можно на чем угодно. Тут можно спорить долго, суть в том, что хорошему спортсмену под силу показать результат хоть на Аисте, однако никто не участвует в кубке мира на простых велосипедах. Технологии развиваются не забавы ради и современные велосипеды гораздо легче, прочнее, красивее и эффективней, как средства достижения спротивных результатов, чем их собраться из недалекого прошлого. Благодаря жесткости и низкому удельному весу из алюминия делают рамы, рули, обода, выноса, корпуса педалей, подседельные штыри, корпуса и барабаны втулок, шатуны, вилки, звездочки. Алюминий поддается сварке, однако часто трескается повторно и являтся трудно свариваемым материалом. Используют его во всех дисциплинах, от кросскантри до дерта. Однако в BMX и MTB freestyle (я говорю не о race, 4x) чаще выбирают стальные рамы. Алюминий никак не поглощает удары и передает все вибрации райдеру, что с одной стороны делает велосипед отзывчивее, а с другой доставляет массу дискомфорта при трюках. Также алюминий быстрее трескается. Справедливо это в основном к стриту и парку. Алюминий не ржавеет.

Самое же не разумное решение в любой дисциплине это титан. Раскрученный школьниками в интернете материал, который тяжело найти, тяжело сварить и невозможно купить. Титан очень дорогой, а сварить его мало кто может. Из титана есть смысл делать только: оси педалей, валы шатунов, болты, драйверы и барабаны. Титан тяжело поддается обработке, запрещен к открытой продаже и вследствии всего этого стоит бешенных денег, а весить изделие будет также, как алюминиевое. Однако благодаря свойствам некоторых марок титана, его целесообразно использовать в вышеперечисленных запчастях. Титан не склонен к быстрой коррозии.

Сталь используется в вело индустрии давно и имеет репутацию надежную, неприхотливую и увесистую. Существует масса премиальных сплавов на основе всем известного cro-mo 4130, он же хромоль, хромо, хроммолибден, 30ХМА, 30ХГСА, Reynolds, Columbus и многие другие марки стали, которые легированы хромом и молибденом. Эти сплавы легко свариваются, достаточно прочные и поддаются термообработке, а также относительно дешевы. Минусы тоже есть: сталь имеет высокий удельный вес и она гибче алюминия и титана. Первое делает изделие тяжелее, а второе с одной стороны добавляет амортизации, а с другой убивает накат. Также сталь без термообработки склонна к деформациям и гнется. Сталь применяют в строении рам, вилок, рулей, шатунов, осей педалей, втулок, звездочек. Везде, где нужна максимальная прочность и гибкость в купе с приемлемой ценой. Есть и плохая марка стали – hi-ten. Этот сплав в 2-3 раза уступает по всем показателям cro-mo и применятеся в изготовлении дешевых велосипедов. Если вы используете велосипед активно, прыгаете и делаете трюки – hi-ten запчастей на нем быть не должно! Сталь склонна к коррозии и это часто ломает запчасти, незаметно ослабляя их.

Какие свойства отличают титан от алюминия и стали?

В сравнении со стальными и алюминиевыми сплавами титан имеет несколько отличительных преимуществ. Специалисты «МТК «МАЗПРОМ» вкратце изложили суть этих особенностей.
Так, разница между этими материалами проявляется в следующих физико-механических параметрах.

  • Температура плавления. У титана она втрое выше, чем у алюминия, и примерно на 120–150 ˚С выше, чем у стали.
  • Вес. Титановый сплав тяжелее алюминиевого, но легче стального.
  • Прочность. По данному показателю титан превосходит и сталь, и алюминий.
  • Теплопроводность. В этом отношении титан лишь незначительно отличается от аустенитной хромоникелевой стали.
  • Электросопротивление. Всё зависит химического состава и температуры. Чистый титановый сплав имеет примерно такое же удельное электросопротивление, что и хромоникелевая аустенитная сталь. Другое дело — технический титан. При температуре +800 ˚С его удельное электросопротивление в 1,5 раза выше, чем у стали. При температуре +20˚С — в 1,5 раза меньше.
  • Упругость. Чтобы загнуть лист титана, его нужно нагреть до 400–500 ˚С. Работать с алюминием проще.
  • Коррозионная стойкость. Поверхность титанового проката покрыта защитной пленкой из окислов и нитридов титана. При температуре ниже +600 ˚С материал не окисляется. Сочетание легирующих добавок делает его еще более стойким к коррозии. В этом заключается одно из ключевых отличий от стали.

Посмотреть все физическо-механические свойства титана Вы можете прямо сейчас в разделе «Справочник» на сайте.

Сплавы против металлов

Двоякость свойств металла титан
Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.
Чем выше прочность сплава — тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.

А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.

Основное отличие — титан против нержавеющей стали

Металлы и металлические сплавы являются очень важными веществами в промышленности и строительстве. Титан является известным металлом для его применения в космической промышленности. Сталь — это металлический сплав. Он состоит из железа и некоторых других элементов. Сталь широко используется во всем мире по нескольким причинам, таким как низкая стоимость, простота производства, прочность и т. Д. Существуют различные сорта стали в зависимости от их свойств. Нержавеющая сталь — это такой тип стали. Основное отличие титана от нержавеющей стали состоит в том, что титан — это металл, а нержавеющая сталь — это металлический сплав.

Кея Области Покрыты

1. Что такое титан — Определение, свойства, использование 2. Что такое нержавеющая сталь — определение, разные типы, химический состав 3. В чем разница между титаном и нержавеющей сталью — Сравнение основных различий

Основные термины: аустенитная нержавеющая сталь, биосовместимость, коррозия, дуплексная нержавеющая сталь, ферритная нержавеющая сталь, мартенситная нержавеющая сталь, металл, металлический сплав, нержавеющая сталь, закаливающаяся в осадках, нержавеющая сталь, сталь, титан

Двоякость свойств металла титан

Осмий

Двоякость свойств металла титан
Этот «крепкий орешек» в мире металлов относится к платиновой группе и обладает высокой плотностью. Фактически это самый плотный природный элемент на Земле (22,61 г/см3). По этой же причине осмий не плавится до 3033 ° C.
Когда он легирован другими металлами платиновой группы (такими как иридий, платина и палладий), он может использоваться во многих различных областях, где необходимы твердость и долговечность. Например, для создания емкостей для хранения ядерных отходов.

Что такое титан

Титан — это химический элемент, обозначаемый символом «Ti». Атомный номер Титана равен 22. Это означает, что один атом Титана имеет 22 протона в своем ядре. Это металл серебристо-серого цвета. Атомный вес этого металла составляет 47,87. Это указывает на то, что один моль титана имеет вес 47 г. Следовательно, молярная масса титана составляет 47,87 г / моль.

Титан — это элемент d-блока в периодической таблице элементов. Поскольку его атомный номер равен 22, электронная конфигурация титана равна [Ar] 3d. 2 4s 2 , При комнатной температуре и давлении титан находится в твердой фазе. Температура плавления этого металла составляет около 1668 ° C. Температура кипения составляет около 3287 ° С.

Титан имеет высокое отношение прочности к весу. Это означает, что этот металл обладает высокой прочностью по сравнению с его весом. Он также обладает отличной коррозионной стойкостью и высокой эффективностью теплообмена. Эти специфические свойства делают титан превосходным металлом для строительных целей.

Рисунок 1: Титан используется для изготовления двигателей и планеров космических кораблей.

Одним из основных применений металлического титана является аэрокосмическая промышленность. Поскольку это легкий металл с высокой прочностью, титан используется для производства деталей космических аппаратов, таких как двигатели, планеры и т. Д. Титан также используется для производства труб для транспортировки химикатов из-за его устойчивости к коррозии.

Согласно последним исследованиям, титан обладает высокой биосовместимостью. Это означает, что он игнорируется иммунной системой человека. Поэтому титан можно использовать для замены поврежденных костей бедра или колена. Свойство коррозионной стойкости также полезно в этой заявке.

Рисунки на стекле

Это наиболее доступный метод, как отличить титан в домашних условия, но им нужно овладеть и иметь опыт работы с титаном. Металл оставляет характерные несмываемые следы на стекле, кафеле. Достаточно провести заостренным краем металла по одному из указанных материалов. Это именно следы, а не царапины. Подобным способом часто разрисовывают окна общественного транспорта. Отмыть титановую графику на кафеле можно раствором плавиковой кислоты, связываться с ней следует предельно осторожно.

Это метод отличается простотой и эффективностью. Титан, вопреки бытующему мнению, оставляет след даже на загрязненном стекле. Так что обезжиривать его поверхность не обязательно. Напротив, любые марки стали и алюминия способны разве что едва поцарапать стекло. Это отличный метод, чтобы определить титан.

Что такое нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь — это металлический сплав, состоящий из железа и хрома, а также некоторых других элементов, таких как никель, молибден, титан и медь. Нержавеющая сталь — это разновидность стали. Содержание хрома в нержавеющей стали составляет около 10-30%.

Наиболее желательным свойством нержавеющей стали является ее коррозионная стойкость. В отличие от обычной стали, она не подвергается коррозии; следовательно, ржавчина отсутствует. Это свойство делает его полезным при производстве кухонных и медицинских изделий, поскольку его можно безопасно использовать во влажной среде. Нержавеющая сталь выдерживает высокие температуры. Поэтому для изготовления кухонных предметов используется нержавеющая сталь. В отличие от обычной стали, нержавеющая сталь имеет блестящий внешний вид, что очень привлекательно.

Двоякость свойств металла титан

Рисунок 2: Нержавеющая сталь используется для изготовления кухонных предметов.

Существует пять видов нержавеющей стали. Они есть;

  • аустенитный
  • ферритные
  • мартенситные
  • дуплексный
  • Отверждение осадков

Аустенитная нержавеющая сталь это самая сварная нержавеющая сталь. Это способствует большей части нержавеющей стали на рынке стали. Ферритная нержавеющая сталь состоит из следовых количеств никеля, хрома и углерода. Эта сталь обладает хорошей пластичностью и пластичностью. Мартенситная нержавеющая сталь это другой тип нержавеющей стали, который содержит около 20% хрома. Дуплекс из нержавеющей стали в основном используется в приложениях трубопроводов. Отверждение осадков хромоникелевая нержавеющая сталь Этот сплав позволяет упрочнять нержавеющую сталь растворами и термической обработкой старением.

Абразивный круг

Идеальный способ как отличить титан от нержавейки для владельцев точильного станка (что, на самом деле, совсем не обязательно). Впрочем, подойдет практически любая абразивная поверхность, даже асфальт. Контакт титана с абразивом сопровождается россыпью искр насыщенно-белого цвета. Взаимодействие стали с абразивной поверхностью характеризуется желтым или красным оттенком. Искр при этом существенно меньше.

Нержавеющие марки стали – пожаробезопасны. Обработка определенных марок нержавейки происходит вообще без искр. Это свойство используется на пожароопасных производствах. Там допускаются исключительно инструменты из нержавеющей стали. Аналогичная методика применяется в вопросе как отличить титан от алюминия. Стачивание последнего на абразивном круге также происходит практически без искр.

Этот способ определения титана можно назвать самым эффективным — цвет искры действительно будет отличным от других металлов. Вообще, тест на искру является одним из самых популярных и правильных для определения и распознования разных металлов.

Видео — как отличить титан от магния и алюминия:

Разница между титаном и нержавеющей сталью

Определение

Титан: Титан — это металл, обозначенный символом «Ti».

Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь — это металлический сплав, состоящий из железа и хрома, а также некоторых других элементов.

биосовместимость

Титан: Титан является биосовместимым.

Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь не является биосовместимой.

Титан: Титан имеет небольшой вес по сравнению с прочностью.

Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь имеет большой вес.

плотность

Титан: Титан более плотный, чем нержавеющая сталь.

Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь менее плотная, чем титан.

Приложения

Титан: Титан используется в аэрокосмической промышленности и используется для замены тазобедренного и коленного суставов.

Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь используется для производства кухонной и медицинской продукции.

Заключение

Титан является хорошо известным металлическим веществом благодаря высокому соотношению прочности и веса. Он имеет множество применений в аэрокосмической промышленности. Нержавеющая сталь известна своей коррозионной стойкостью, которая отсутствует у других видов стали. Основное различие между титаном и нержавеющей сталью заключается в том, что титан — это металл, а нержавеющая сталь — это металлический сплав.

Рений

Двоякость свойств металла титан
Это очень редкий и дорогой металл, который хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно идет «довеском»-примесью к молибдениту.
Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдержать температуру в 2000 ° C без потери прочности. О том, что стало бы с самим Железным человеком внутри костюма после такого «фаер-шоу» мы умолчим.

Россия — третья страна в мире по природным запасам рения. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также для создания двигателей самолетов и ракет.

Прочность титана в сравнении со сталью

Многих интересует немного загадочный и не до конца изученный титан — металл, свойства которого отличаются некоторой двоякостью. Металл и самый прочный, и самый хрупкий.

Двоякость свойств металла титан

Его открыли двое ученых с разницей в 6 лет — англичанин У. Грегор и немец М. Клапрот. Название титана связывают, с одной стороны, с мифическими титанами, сверхъестественными и бесстрашными, с другой стороны, с Титанией — королевой фей. Это один из самых распространенных в природе материалов, но процесс получения чистого металла отличается особой сложностью.

Двоякость свойств металла титан
Это естественное радиоактивное вещество очень широко распространено в земной коре, но сконцентрировано в определенных твердых скальных образованиях.
Один из самых твердых металлов в мире имеет два коммерчески значимых применения — ядерное оружие и ядерные реакторы. Таким образом, конечной продукцией урановой промышленности являются бомбы и радиоактивные отходы.

Свойства титана

22 химический элемент таблицы Д. Менделеева Titanium (Ti) относится к 4 группе 4 периода.

Цвет титана серебристо-белый с выраженным блеском. Его блики переливаются всеми цветами радуги.

Это один из тугоплавких металлов. Он плавится при температуре +1660 °С (±20°). Титан отличается парамагнитностью: он не намагничивается в магнитном поле и не выталкивается из него. Металл характеризуется низкой плотностью и высокой прочностью. Но особенность этого материала заключается в том, что даже минимальные примеси других химических элементов кардинально изменяют его свойства. При наличии ничтожной доли других металлов титан теряет свою жаропрочность, а минимум неметаллических веществ в его составе делают сплав хрупким. Эта особенность обуславливает наличие 2 видов материала: чистого и технического.

  1. Титан чистого вида используют там, где требуется очень легкое вещество, выдерживающее большие нагрузки и сверхвысокие температурные диапазоны.
  2. Технический материал применяется там, где ценятся такие параметры, как легкость, прочность и устойчивость к коррозии.

Вещество обладает свойством анизотропности. Это означает, что металл может изменять свои физические характеристики, исходя из приложенных усилий. На эту особенность следует обращать внимание, планируя применение материала.

Двоякость свойств металла титан

Проведенные исследования свойств титана в нормальных условиях подтверждают его инертность. Вещество не реагирует на элементы, находящиеся в окружающей атмосфере. Изменение параметров начинается при повышении температуры до +400°С и выше. Титан вступает в реакцию с кислородом, может воспламеняться в азоте, впитывает газы. Эти свойства затрудняют получение чистого вещества и его сплавов. Производство титана основано на применении дорогостоящей вакуумной аппаратуры.

Титан и конкуренция с другими металлами

Этот металл постоянно сравнивают с алюминием и сплавами железа. Многие химические свойства титаназначительно лучше, чем у конкурентов:

  1. По механической прочности титан превосходит железо в 2 раза, а алюминий в 6 раз. Прочность его увеличивается при снижении температуры, чего не отмечается у конкурентов. Антикоррозионные характеристики титана значительно превышают показатели других металлов.
  2. При температурах окружающей среды металл абсолютно инертен. Но при повышении температуры свыше +200°С вещество начинает поглощать водород, изменяя свои характеристики.
  3. При более высоких температурах титан вступает в реакции с другими химическими элементами. Он обладает высокой удельной прочностью, что в 2 раза превосходит свойства лучших сплавов железа.
  4. Антикоррозионные свойства титана значительно превышают показатели алюминия и нержавеющей стали.
  5. Вещество плохо проводит электричество. Титан имеет удельное электросопротивление в 5 раз выше, чем у железа, в 20 раз, чем у алюминия, и в 10 раз выше, чем у магния.
  6. Титан характеризуется низкой теплопроводностью, это обусловлено низким коэффициентом температурного расширения. Она меньше в 3 раза, чем у железа, и в 12, чем у алюминия.

Чистая математика

В этом подходе идентификация металлов производится по весу. Недостаток метода проявляется, когда в наличии только один тип металла. Определить в руках, что тяжелее уже не получится, приходится прибегнуть к математическим вычислениям. Способствует этому существенные отличия в плотности металлов:

  • титан – 4.5;
  • железа – 7.8;
  • алюминия и дюрали – 2.7.

Двоякость свойств металла титан

Для такого способа определения титана в своем хозяйстве нужно иметь точные весы

Значения параметра приведены в г/куб.см. Остается добавить, что плотность стали зависит от конкретной марки металла. Однако в абсолютных величинах эти отличия несущественны. Поэтому за плотность стали можно смело принимать значение аналогичной характеристики у железа.

Остается только уточнить объем и вес детали или куска металла. Далее, несложные вычисления, покажут, это алюминий, сталь или искомый металл — титан. Как определить объем детали сложной формы? Тут лучший вариант – закон Архимеда. Масса вытолкнутой жидкости, при погружении металлической конструкции, позволяет установить ее объем. Ситуацию упрощает плотность воды, эквивалентная 1 кг/куб.дм. Соответственно каждый грамм вытолкнутой жидкости равен одному кубическому сантиметру объема.

Конечно же — это муторный, сложный и неточный способ, но для того, чтобы определить титан дома он имеет место быть.

Двоякость свойств металла титан

Так выглядит металл титан

Какими способами получают титан?

Материал занимает 10 место по распространению в природе. Существует около 70 минералов, содержащих титан в виде титановой кислоты или его двуокиси. Наиболее распространенные из них и содержащие высокий процент производных металла:

Основные залежи титановых руд находятся в США, Великобритании, Японии, большие месторождения их открыты в России, Украине, Канаде, Франции, Испании, Бельгии.

Двоякость свойств металла титан

Получение металла из них стоит очень дорого. Ученые разработали 4 способа производства титана, каждый из которых рабочий и эффективно используется в промышленности:

  1. Магниетермический способ. Добытое сырье, содержащее титановые примеси, перерабатывают и получают диоксид титана. Это вещество подвергается хлорированию в шахтных или солевых хлораторах при повышенном температурном режиме. Процесс очень медленный, ведется в присутствии углеродного катализатора. При этом твердый диоксид переводится в газообразное вещество — тетрахлорид титана. Полученный материал восстанавливается магнием или натрием. Сплав, образовавшийся при реакции, подвергают нагреванию в вакуумной установке до сверхвысоких температур. В результате реакции происходит испарение магния и его соединений с хлором. В конце процесса получают губкоподобный материал. Его плавят и получают титан высокого качества.
  2. Гидридно-кальциевый способ. Руду подвергают химической реакции и получают гидрид титана. Следующий этап — разделение вещества на составляющие. Титан и водород выделяют в процессе нагревания в вакуумных установках. По окончании процесса получают оксид кальция, который отмывают слабыми кислотами. Первые два способа относятся к промышленному производству. Они позволяют получать в кратчайшие сроки чистый титан с относительно небольшими издержками.
  3. Электролизный метод. Титановые соединения подвергают воздействию током большой силы. В зависимости от исходного сырья, соединения разделяются на составляющие: хлор, кислород и титан.
  4. Йодидный способ или рафинирование. Полученный из минералов диоксид титана обдают парами йода. В результате реакции образуется йодид титана, который нагревают до высокой температуры — +1300…+1400°С и воздействуют на него электрическим током. При этом из исходного материала выделяются составляющие: йод и титан. Металл, полученный данным способом, не имеет примесей и добавок.

Самые прочные металлы в мире: топ-10

Двоякость свойств металла титан

Можете ли вы представить, что произошло, если бы наши предки не обнаружили важные металлы, такие как серебро, золото, медь и железо? Наверное, мы бы до сих пор жили в хижинах, используя камень в качестве основного инструмента. Именно крепость металла сыграла важную роль в формировании нашего прошлого и теперь работают как основа, на которой мы строим будущее.

Некоторые из них очень мягкие и буквально тают в руках, как самый активный металл в мире. Другие — настолько твердые, что их невозможно согнуть, поцарапать или сломать без применения спецсредств.

А если вам интересно, какие металлы самые твердые и прочные в мире, мы ответим на этот вопрос, учитывая различные оценки относительной твердости материалов (шкала Мооса, метод Бринелля), а также такие параметры как:

  • Модуль Юнга: учитывает эластичность элемента при растяжении, то есть способность объекта к сопротивлению при упругой деформации.
  • Предел текучести: определяет максимальный предел прочности материала, после которого он начинает проявлять пластичное поведение.
  • Предел прочности при растяжении: предельное механическое напряжение, после которого материал начинает разрушаться.

Области применения

Применение титана зависит от степени его очистки от примесей. Наличие даже небольшого количества других химических элементов в составе сплава титана кардинально меняет его физико-механические характеристики.

Титан с некоторым количеством примесей называется техническим. Он имеет высокие показатели коррозийной стойкости, это легкий и очень прочный материал. От этих и других показателей зависит его применение.

  • В химической промышленности из титана и его сплавов изготавливают теплообменники, различного диаметра трубы, арматуру, корпуса и детали для насосов различного назначения. Вещество незаменимо в местах, где требуются высокая прочность и стойкость к кислотам.
  • На транспорте титан используют для изготовления деталей и агрегатов велосипедов, автомобилей, железнодорожных вагонов и составов. Применение материала уменьшает вес подвижных составов и автомобилей, придает легкость и прочность велосипедным деталям.
  • Большое значение титан имеет в военно-морском ведомстве. Из него изготавливают детали и элементы корпусов для подводных лодок, пропеллеры для лодок и вертолетов.
  • В строительной промышленности применяется сплав цинк-титан. Он используется как отделочный материал для фасадов и кровель. Этот очень прочный сплав имеет важное свойство: из него можно изготавливать архитектурные детали самой фантастической конфигурации. Он может принимать любую форму.
  • В последнее десятилетие титан широко применяют в нефтедобывающей отрасли. Сплавы его применяют при изготовлении оборудования для сверхглубокого бурения. Материал используется для изготовления оборудования для добычи нефти и газа на морских шельфах.

Резюме

Как видно, даже в домашних условиях, отличить титан от алюминия и стали вполне реально. Наиболее практичные варианты – искра и стекло. Для первого случая достаточно любой абразивной поверхности, даже асфальта или застывшего бетона. Яркое искрение титана успешно используют байкеры, устанавливая на обувь подковы из этого металла. След на стекле – выгоден тем, что металл не повреждается. Относительный недостаток – некоторые титановые сплавы рисунка не оставляют. Но для чистого метала это оптимальный вариант.

Проверка на гальваническую реакцию

Для проведения этого теста потребуется источник постоянного тока с напряжением около 12 В. Это может быть автомобильный аккумулятор или преобразующий трансформатор. Соедините через провод плюс батареи с исследуемым образцом, а минус с металлическим стержнем, на конце которого намотана вата, марля или кусок хлопчатобумажной ткани. Намочите вату слабым раствором соляной кислоты или обычной кока-колой.

Если это титан, то при прикосновении к металлу его поверхность будет окрашиваться в результате образования оксидной пленки. Цветовой оттенок зависит от величины напряжения, концентрации кислоты в растворе и времени воздействия. Нержавеющие сплавы и алюминий данной реакции не подвержены.

Определение по следу на стекле

Данный способ самый легкий и основан на способности титана налипать на стекло при трении, то есть им можно рисовать. Такой же эффект наблюдается и при проведении острым краем по гладкому кафелю, что обусловлено высоким коэффициентом трения чистого титана. Если нержавейка царапает стеклянную поверхность, то к большому удивлению этот твердый металл не повреждает стекло, а оставляет на нем характерный металлический след, смыть который можно только при помощи очень сильной плавиковой кислоты. Алюминием же нельзя ни повредить стекло, ни рисовать на нем. Следует также учесть, что некоторые титановые сплавы тоже не оставляют рисунка.

Как определить титан и отличить его от других металлов?

искра титана

Идентификация определенных металлов – точный и простой процесс только при наличии специального лабораторного оборудования, спектрометра в частности. В домашних условиях задача существенно усложняется. Особенно трудно отличать материалы, схожие по цвету и магнитным свойствам. Впрочем, даже в такой ситуации существуют проверенные на практике способы, как отличить титан от других металлов. Наибольший интерес для сравнения представляют алюминий и сталь, включая нержавейку. Тут, даже опытные мастера, регулярно работающие с металлами, и принимающие лом титана, не всегда способны четко идентифицировать, что у них конкретно в руках.

Как отличить титан от стали, алюминия

Первая пара – цветной и черный металлы. Большинство сталей обладают магнитным свойствами. Исключение составляют легированные металлы аустенитного класса. Яркий пример – нержавейка с высоким содержанием никеля. Эта марка стали, как и титан – парамагнетик. Поэтому стандартный вариант с использованием магнита тут неприемлем.

  • Лом нержавейки – разновиды, описание и цены;
  • Никелевый лом.

Остаются три надежных способа как определить титан в домашних условиях:

  • математический;
  • графический;
  • абразивный;
  • гальванический.

Обозначения достаточно условны, далее раскроем каждый из вариантов подробно.

Чистая математика

В этом подходе идентификация металлов производится по весу. Недостаток метода проявляется, когда в наличии только один тип металла. Определить в руках, что тяжелее уже не получится, приходится прибегнуть к математическим вычислениям. Способствует этому существенные отличия в плотности металлов:

  • титан – 4.5;
  • железа – 7.8;
  • алюминия и дюрали – 2.7.

Для такого способа определения титана в своем хозяйстве нужно иметь точные весы

Для такого способа определения титана в своем хозяйстве нужно иметь точные весы

Значения параметра приведены в г/куб.см. Остается добавить, что плотность стали зависит от конкретной марки металла. Однако в абсолютных величинах эти отличия несущественны. Поэтому за плотность стали можно смело принимать значение аналогичной характеристики у железа.

Остается только уточнить объем и вес детали или куска металла. Далее, несложные вычисления, покажут, это алюминий, сталь или искомый металл – титан. Как определить объем детали сложной формы? Тут лучший вариант – закон Архимеда. Масса вытолкнутой жидкости, при погружении металлической конструкции, позволяет установить ее объем. Ситуацию упрощает плотность воды, эквивалентная 1 кг/куб.дм. Соответственно каждый грамм вытолкнутой жидкости равен одному кубическому сантиметру объема.

Конечно же – это муторный, сложный и неточный способ, но для того, чтобы определить титан дома он имеет место быть.

Так выглядит металл титан

Так выглядит металл титан

Рисунки на стекле

Это наиболее доступный метод, как отличить титан в домашних условия, но им нужно овладеть и иметь опыт работы с титаном. Металл оставляет характерные несмываемые следы на стекле, кафеле. Достаточно провести заостренным краем металла по одному из указанных материалов. Это именно следы, а не царапины. Подобным способом часто разрисовывают окна общественного транспорта. Отмыть титановую графику на кафеле можно раствором плавиковой кислоты, связываться с ней следует предельно осторожно.

Это метод отличается простотой и эффективностью. Титан, вопреки бытующему мнению, оставляет след даже на загрязненном стекле. Так что обезжиривать его поверхность не обязательно. Напротив, любые марки стали и алюминия способны разве что едва поцарапать стекло. Это отличный метод, чтобы определить титан.

Абразивный круг

Идеальный способ как отличить титан от нержавейки для владельцев точильного станка (что, на самом деле, совсем не обязательно). Впрочем, подойдет практически любая абразивная поверхность, даже асфальт. Контакт титана с абразивом сопровождается россыпью искр насыщенно-белого цвета. Взаимодействие стали с абразивной поверхностью характеризуется желтым или красным оттенком. Искр при этом существенно меньше.

Нержавеющие марки стали – пожаробезопасны. Обработка определенных марок нержавейки происходит вообще без искр. Это свойство используется на пожароопасных производствах. Там допускаются исключительно инструменты из нержавеющей стали. Аналогичная методика применяется в вопросе как отличить титан от алюминия. Стачивание последнего на абразивном круге также происходит практически без искр.

Этот способ определения титана можно назвать самым эффективным – цвет искры действительно будет отличным от других металлов. Вообще, тест на искру является одним из самых популярных и правильных для определения и распознования разных металлов.

Видео – как отличить титан от магния и алюминия:

Гальванический подход

Другой верный способ как узнать титан, доступен прямо в гараже. Методика основана на окрашивании этого металла посредством анодирования. Простейшая конструкция «лабораторной установки» представляет автомобильный аккумулятор, плюс которого соединен с титановой пластиной. К минусу источника постоянного тока подключают металлический стержень, обмотанный ватой смоченной в кока-коле. Идеальный вариант – любой соляной раствор.

Если провести ватой по титану, металл окрасится в течение нескольких секунд. Цвет, получаемый в процессе формирования оксидной пленки, зависит от приложенного напряжения и времени обработки поверхности. Впрочем, если задача стоит как определить титан от нержавейки, то тональность окраски не важна. Главный критерий – изменение цвета.

Видео – как отличить титан от стали данным способом:

Прочие методики

Существует ряд альтернативных способов, как определить титан в руках или алюминий, например. Один из вариантов – тонкая стружка. В случае титана она легко воспламеняется и ярко горит. Напротив, алюминиевая стружка плавится. При помещении «металлических опилок» дюралюминия в щелочной раствор наблюдается активное выделение водорода.

Следующий способ как отличить металл титан от стали и алюминия – теплопроводность. Численные значения параметра Вт/(м·K) для указанных металлов составляют:

  • титан – 14;
  • сталь низкоуглеродистая – 55;
  • нержавейка – 16;
  • алюминий – 250.

Титановые изделия более теплые в руках. Конечно, подход не характеризуется высокой точностью, а для отличия титана от нержавеющей стали – вообще непригоден.

Резюме

Как видно, даже в домашних условиях, отличить титан от алюминия и стали вполне реально. Наиболее практичные варианты – искра и стекло. Для первого случая достаточно любой абразивной поверхности, даже асфальта или застывшего бетона. Яркое искрение титана успешно используют байкеры, устанавливая на обувь подковы из этого металла. След на стекле – выгоден тем, что металл не повреждается. Относительный недостаток – некоторые титановые сплавы рисунка не оставляют. Но для чистого метала это оптимальный вариант.

Источник https://ometallah.com/svojstva/dvoyakost-titana.html

Источник https://miminonino.ru/stali/titan-legche.html

Источник https://xlom.ru/vidy-metalloloma/kak-opredelit-titan-i-otlichit-ego-ot-drugix-metallov

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.