Přestože titan a jeho slitiny mají výhody vysoké měrné pevnosti, dobrého výkonu při vysokých a nízkých teplotách, odolnosti proti korozi atd.; pokud nejsou správně používány, nevyužívají své silné stránky a vyhýbají se svým slabým stránkám, stále nedosahují očekávaných výsledků, ale místo toho způsobí nepřiměřené ztráty. Jak správně používat titan? Při výběru titanových materiálů je třeba pečlivě zvážit následující kategorie:
1. Korozní prostředí Průmyslově čistý titan a další slitiny titanu v neutrálním, oxidativním prostředí, má vynikající odolnost proti korozi. Ve slabém redukčním prostředí také udržuje pasivní stav. Zkorodované silnými redukčními kyselinami; ale dobrá korozní odolnost v redukčních prostředích koexistujících s antikorozními prostředky, dokonce i pro aqua regia. Je odolný proti korozi v korozivních prostředích, jako jsou vysokoteplotní soli, mokrý plynný chlór, kyselina dusičná a různá bělící činidla. Titan je pasivní jako anoda pod několika volty, takže se používá při anodické úpravě, elektrolýze a galvanickém pokovování. Nevytváří důlkovou a štěrbinovou korozi v mořské vodě. Má větší odolnost proti roztržení korozí pod napětím, kontaktní korozi a oděru. Má dobrou korozní odolnost vůči organickým kyselinám kromě mravenčí kyseliny (neodvzdušněné) atd. Svařování téměř nesnižuje korozní odolnost titanu. Ačkoli má titan vynikající odolnost proti korozi ve výše uvedených korozivních médiích; ale při výběru titanu jako korozivzdorného materiálu je třeba stále věnovat pozornost následujícím bodům:
(1) průmyslově čistý titan ve statické vysoké teplotě, vysoká rozpustnost roztoku kyseliny dusičné v odolnosti proti korozi je lepší; ale v toku roztoku kyseliny dusičné je často způsobena nedostatkem korozní inhibice role čtyřmocných titanových iontů a koroze. Proto by měl být v tomto prostředí použit titan, měla by být vybrána slitina Ti-5Ta.
(2) titan v mořské vodě a roztoku chloridu nedochází k důlkové korozi; ale obsahuje chlorid hořečnatý, chlorid hlinitý, chlorid měďnatý, chlorid zinečnatý a chlorid vápenatý vroucí roztok s důlkovou tvorbou. Průmyslově čistý titan při teplotě vyšší než 90 stupňů mořské vody existuje možnost štěrbinové koroze, proto je v tomto prostředí doporučená volba slitiny Ti-0.2Pb.
(3) průmyslově čistý titan v uhlovodících obsahujících chlor, fluorované uhlovodíky nekorodují. Ale v případě vody, hydrolýzy a kyseliny chlorovodíkové a kyseliny fluorovodíkové, korozi titanu. Když se uhlovodíky rozkládají při vysokých teplotách a produkují vodík, může titan absorbovat vodík a způsobit vodíkové křehnutí.
(4) Titan nepodléhá korozi vlhkým plynným chlorem (obsahujícím více než 1 % vody) a plyny, jako je oxid siřičitý, oxid uhličitý, sirovodík atd.; v suchém plynném chloru však trpí korozí; a způsobuje požár a samovznícení. V teplotním rozsahu -253 ~ 93 stupňů je odolnost titanu vůči peroxidu vodíku a dusíku vynikající; ale v plynném kyslíku, kapalném kyslíku a určitém vysokém parciálním tlaku kyslíku ve vodném roztoku mohou také způsobit samovznícení titanového ohně. Při použití titanu v tomto prostředí je třeba postupovat opatrně.
(5) průmyslově čistý titan obecně nedochází k prasknutí korozí; ale obsahuje stopy kyseliny chlorovodíkové v methanolu, organických rozpouštědlech na bázi etanolu a v dýmavé kyselině dusičné je náchylná ke korozi pod napětím, prasknutí nebo samovznícení.
(6) titan a kontakt kovu s nízkým potenciálem, koroze kovu s nízkým potenciálem. Stupeň koroze závisí na podílu plochy povrchu kovu v kontaktu s titanem.
(7) Ačkoli má titan také dobrou odolnost proti korozi pro alkálie s hodnotou pH vyšší než 9; titan se však používá v louhu pouze při nízkých teplotách kvůli tendenci k vodíkovému křehnutí při vyšších teplotách. Když louh obsahuje volný chlor, zlepší se korozní odolnost titanu vůči louhu. Naopak, když louh obsahuje kyslík a čpavek, louhová koroze titanu se zhoršuje.
2. Chemické, fyzikální a mechanické vlastnosti prvků titanu
Titan a slitiny titanu a další kovy, stejně jako chemické, fyzikální a mechanické vlastnosti s vlastními charakteristikami. Některé vlastnosti se liší od uhlíkové oceli, nerezové oceli a jiných železných kovů; liší se také od běžně používaných neželezných kovů - hliníku, olova a tak dále. Proto při použití titanu je třeba věnovat pozornost následujícím vlastnostem:
(1) Titan je chemicky velmi aktivní kov, při vyšších teplotách může reagovat s mnoha prvky a sloučeninami, zejména s dusíkem, kyslíkem, vodíkem a dalšími plyny ve vzduchu, což zhoršuje vlastnosti titanu. To je problém, který je třeba pečlivě zvážit při tavení, zpracování, výrobě a použití titanu.
(2) Koeficient lineární roztažnosti titanu je asi dvě třetiny uhlíkové oceli; ekvivalentní polovině nerezové oceli. Při použití titanu k výrobě uhlíkové oceli nebo obložení nádoby z nerezové oceli; nebo použít titan k výrobě plášťů a trubek výměníků tepla, zatímco plášť s uhlíkovou ocelí nebo výrobou nerezové oceli, vážně zvážit zařízení v procesu stoupajících a klesajících teplot, obložení a trubek, aby vydržely tepelné namáhání.
(3) Tepelná vodivost titanu je 4,5krát menší než u uhlíkové oceli a mírně nižší než u nerezové oceli. Proto titanové zařízení používané při vysokých teplotách ve stěně pláště snadno vytváří vysokoteplotní gradient, což má za následek větší tepelné namáhání nebo namáhání tepelnou únavou. Tato nevýhoda je však kompenzována nižším koeficientem lineární roztažnosti. Proto, ačkoli koeficient tepelné vodivosti titanu je nízký; neovlivňuje účinnost přenosu tepla. Je to proto, že titan má lepší schopnost proti znečištění; ne plyn je filmová kondenzace a kondenzace kapek; může odolat vyšší průtokové rychlosti odírací koroze, může způsobit, že stěna zařízení nebo stěna potrubí bude mít velmi tenké, vysoce pevné a další vlastnosti. Proto má titan lepší přenos tepla.
(4) Titan má vysokou teplotu tání, obvykle 1668 ± 4 stupně. Asi o 130 stupňů vyšší než uhlíková ocel, než nerezová ocel asi 243 stupňů. Spolu s jeho nízkou tepelnou vodivostí. Proto je svarový kov ve vysokoteplotní zóně doby zdržení o něco delší, je vhodné způsobit hrubozrnnost, snížení plasticity a svařováním snadno vzniká velké zbytkové napětí. To je při návrhu svařované konstrukce nutno pečlivě zvážit.
(5) Titan má špatnou elektrickou vodivost. Pokud je vodivost mědi 100%, pak titan je pouze 3,1%. Ale blíží se vodivosti nerezové oceli. To je třeba vzít v úvahu při konstrukci titanových elektrod.
(6) Titan má nízký modul pružnosti, přibližně polovinu uhlíkové oceli nebo nerezové oceli. Proto je třeba věnovat zvláštní pozornost konstrukci ohybu odolných součástí.
(7) titan má výrazné odrazové vlastnosti, jeho odrazová kapacita je nerezová ocel tvářená za studena 2 až 3 krát. To je způsobeno mezí kluzu titanu a poměr modulu pružnosti velkého a poměru meze kluzu je také větší, takže při tváření je uvnitř součásti velké napětí. Titanové zařízení tedy obecně není vhodné pro proces lisování za studena; a je třeba použít ortopedický proces tvarování za tepla nebo lisování za studena.
(8) titan a nerezová ocel, snadno se přilepí. Proto není snadné vyrobit obrobky s třecím ložiskem pro titan bez speciální úpravy; jinak budou rychle vyřazeny z důvodu oděru nebo okluze. Při použití titanu jako pohyblivého prvku je nutné zvolit, aby titan mohl nést třecí materiál (jako je plast) vyrobený z třecího dílu; nebo povrchové zpevnění; nebo použijte různé třídy titanové slitiny vyrobené z třecí podložky. Ve spirálovém třecím svěráku by měl být použit ve spirálovém uložení s velkou mezerou nebo mazivem.
(9) Pevnost titanu v tahu klesá s rostoucí teplotou. Když teplota dosáhne 250 stupňů, jeho pevnost v tahu je pouze poloviční oproti pokojové teplotě. A tahová křivka titanu nemá žádný fyzický limit výnosu, pouze podmíněný limit výnosu. Proto při výpočtu pevnosti titanového zařízení je třeba zvolit mez pevnosti při návrhové teplotě.
(10) odolnost proti tečení titanu je špatná, a to nejen při vysokých teplotách, dokonce i při pokojové teplotě dochází k tečení. Jeho mez tečení obvykle nejprve s teplotou stoupá a klesá; ale na 120 stupňů se hranice tečení začala znovu zvyšovat, o 200 stupňů, kdy byla maximální hodnota. Poté se mez tečení stále zvyšuje s teplotou a klesá. Obvykle v teplotním rozsahu 200 ~ 300 stupňů pro dodržení stabilních charakteristik tečení. Proto při výpočtu pevnosti titanového zařízení není třeba počítat pouze podle meze pevnosti při návrhové teplotě; ale také je třeba kalibrovat podle meze tečení.
(11) Plastičnost průmyslového čistého titanu má zvláštní vztah k teplotě. Od pokojové teploty do 200 stupňů se relativní prodloužení titanu zvyšuje. Při pokračující teplotě začíná klesat. Relativní prodloužení dosahuje minima při 450~500 stupních a poté výrazně stoupá. Proto je nejlepší používat teplotu nepřesahující 350 stupňů.
(12) Rázová houževnatost domácího průmyslového čistého titanu je nízká, některé z nich jsou pouze 8.0 kg-m/cm2 při pokojové teplotě. ale zvyšuje se s rostoucí teplotou. Když teplota překročí 200 stupňů, rázová pevnost se rychle zvyšuje. Při 550 stupních může rázová pevnost dosáhnout asi 18 kg-m/cm2. A jeho hodnota dopadu klesá s rostoucím obsahem nečistot. Proto by se při navrhování titanového zařízení mělo co nejvíce vyhnout koncentraci napětí, aby se zabránilo nadměrnému lokálnímu špičkovému napětí.
(13) Tvrdost a pevnost titanu roste se stupněm deformace za studena. Například stupeň deformace za studena 80% meze pevnosti vzorku než u zcela vyžíhaného vzorku 1krát větší. Se zvyšujícím se stupněm deformace za studena hodnota prodloužení rychle klesá. Když stupeň deformace za studena překročí 50 %, prodloužení klesne na 10 % a poté již dále neklesá. Navíc mechanické vlastnosti titanu souvisejí s rychlostí deformace. Když se rychlost natahování zvýší z 0,01 minuty na 1,5 minuty, jeho mez pevnosti se zvýší z 36,5 kg síly/mm2 na 42,5 kg síly/mm2; míra prodloužení výrazně klesá a poté opět stoupá. Proto, když je titan lisován za studena, stupeň deformace a rychlost deformace by měly být přísně kontrolovány.
(14) Titan má vynikající odolnost proti únavě; je však citlivější na vrubování. V experimentu s rotačním ohybem je poměr jeho únavové pevnosti k pevnosti v tahu asi 60 procent; zatímco obecná uhlíková ocel má pouze asi 45 procent pevnosti v tahu. Povrchová úprava má také velký vliv na únavovou pevnost. Zkušební tyče s vysoce leštěným povrchem mají vyšší únavovou pevnost než ty s opracovanými povrchy. Proto by se při navrhování titanového zařízení mělo vyvarovat strukturálních nespojitostí a svary by měly být co nejhladší.
15) Titan nelze tavně svařovat s jinými kovy. Je to proto, že bod tání titanu je vyšší než u jiných kovů; a vytvořil křehkou intermetalickou sloučeninu, která způsobuje křehnutí svaru. Zvláštní pozornost by měla být věnována provedení křižovatky při částečném obložení plavidla. Lepení, pájení natvrdo, výbušné svařování a šroubování lze použít, když je požadováno spojení s jinými kovy.
16) Konstrukce svarových spojů pro titanová zařízení je podobná tvaru spojů používaných pro jiné kovy; avšak kvůli větší tekutosti roztaveného titanu. Proto je sestaven těsněji než jiné kovy. Při svařování tenkých plechů natupo se u rovnostranných tupých spojů obvykle neponechává žádná vůle na tupém okraji. Tyto svary mohou být provedeny bez přídavného drátu, pokud je uliční montáž uspokojivá. Když tloušťka plechu přesáhne 1,5 mm, použije se tupá okrajová mezera nebo jednoduchá V-zkosení k zajištění průniku svaru. Pro tyto spoje je zapotřebí další drát. Pro tlusté plechy nebo tlusté profily použijte jednoduchý V-typ nebo dvojitý V-typ úkosu. V těchto případech by spoje měly být navrženy tak, aby vyžadovaly minimální průchody svarem a aby se usnadnila ochrana svaru kořenem.
17) Při navrhování titanových odlitků je třeba mít na paměti, že titan má úzkou čáru kapalné fáze - teplotní interval čáry pevné fáze. Tato tendence k rychlému tuhnutí podporuje směrové tuhnutí odlitku; často však vede k prasklinám a smršťování, kde se koncentruje teplo. U všech sousedních částí titanových odlitků je třeba se vyvarovat ostrých změn tloušťky řezů a ostrých rohů. Tam, kde se jim nelze vyhnout, by měly mít jak změny tloušťky, tak ostré rohy zaoblené přechody s dostatečným poloměrem. Rozhraní odlitku by mělo být jednotného průřezu s kuželem. Na všech svislých plochách je třeba počítat s velkým sklonem ponoru; a je třeba vzít v úvahu umístění nálitků a skutečnost, že po odstranění těchto nálitků není potřeba žádné jemné broušení.
18) Odpichování titanu je složitější proces. To je způsobeno omezenými drážkami pro třísku v závitníku a silnou přilnavostí titanu, což obojí vede k poškození závitu. Když řezání končí, titan má tendenci se zablokovat na kohoutku, což způsobuje jeho prasknutí. Proto je třeba se při konstrukci titanového zařízení vyhnout slepým otvorům a příliš dlouhým průchozím otvorům; současně by měly být vhodně uvolněny tolerance stupně uložení.
(19) Prodloužení domácí titanové trubky kolísá v rozmezí 28~40%; zatímco tažnost nerezové oceli je v rozmezí 50~60%. Proto by expanzní mezera titanového pláště a trubkového výměníku tepla měla být menší než u nerezové oceli; jinak je trubka kolony náchylná k praskání během expanze.
(20) titan v procesu řezání, v důsledku plastické deformace a při vysokých teplotách řezání, titan snadno absorbuje atmosférický kyslík, dusík k vytvoření tvrdé a křehké kůže a jev zpevňování. Výsledkem je nejen snížení únavové pevnosti dílů; a zvýší opotřebení nástroje a přinese potíže při budoucím zpracování. Proto při řezání titanu obecně volte nižší řeznou rychlost, větší hloubku řezu a posuv. A použití vhodného chladicího maziva, vysokotlakého chlazení. Chcete-li snížit teplotu řezání, zlepšit kvalitu obráběného povrchu a trvanlivost nástroje.
