КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ТИТАНА.

Атомный номер = 22; атомная масса = 47,9;

Валентность II,III,IV,заряд иона +2,+3,+4;

Электронная структура атома 1s2 2s2 2p⁶ 3s2 3p⁶ 3d2 4s2

Титан-блестящий серебристо-белый Me.

Ниже 882°С существует α-модификация с гексагональной плотноупакованной решеткой(а=0,29504нм с/а = 0,46833).

Выше 882°С существует β-модификация с решеткой ОЦК(а=0,33065 нм).

Титан относится к числу легких(плотность=4,49т/м при 20С)и ту­гоплавких Me.

Тпл = 1668°С; Ткип = 3280С.

 

Наиболее чистый титан(называемый иодидным)получают методом тер-­
мической диссоциации из четырехиодистого титана или методом зонной
плавки).Титан высокой чистоты обладает превосходными механическими свойствами.Прочность(σв=260 МПа)сохраняется в диапазоне от (-180) до +500 °С.

Твердость чистого титана(99,99%Ti = 100 НВ).Он пластичен(ков­кий и вязкий) δ = 70%),легко поддается механической обработке.При нагревании легко вытягивается в тонкие нити или полосы.

Не смотря на высокую Тпл чистый Ti не обладает жаропроч­ностью.Он склонен к ползучести даже при 20°С.(Кислород,азот и ПД повышают его сопротивление ползучести).

Промышленный способ производства титана состоит в обогащении и хло­рировании титановой руды с последующим восстановлением из четыреххло-ристого титана металлическим магнием. Т.о. получают титановую губку.

Титановая губка маркируется по твердости выплавленных из нее образ­цов: ТГ90 (НВ =900 МПа)...ТГ150...ТГ-ТВ(НВ = 1700МПа).

Чем больше твердость - тем меньше чистота металла.

Затем губку дробят,прессуют,спекают и переплавляют.Полученный технический титан маркируется в зависимости от содержания примесей.

Следует отметить,что механические свойства титана в большой сте­пени зависят от содержания примесей,особенно Н,О,N и С(которые об­разуют с титаном твердые растворы внедрения и промежуточные фазы:гид­риды,оксиды,нитриды, карбиды).

Небольшое содержание 0,N и С повышает твердость и прочность тита­на,но при этом значительно уменьшается пластичность,коррозионная стойкость, ухудшается свариемость.Поэтому содержание каждой из этих примесей ограничивается в пределах: 0,02 - 0,06%.

Аналогично, но в меньшей степени влияют примеси Fe и Si.

Особо вредная примесь в титане(и однофазных α-сплавах титана)водород. Он вызывает водородную хрупкость(тонкие хрупкие пластины гидридной фазы выделяются по границам зерен Ti).Допустимое содержание водорода находится в пределах -0,008-0,012%.

Технический Тi обладает высокой прочностью в условиях глубокого холода:

 

 

ПД значительно повышает прочность титана.Для снятия наклепа про­водят рекристаллизационный отжиг(Трекристаллизации зависит от степе­ни предшествующей деформации:Трек.=600°С при предв.ε=10% и снижа­ется до 500°С при увеличении ε до 60%,после чего не меняется).

Наилучшее сочетание механических свойств титан имеет после отжига при 650-750°С(это Т рек. отжига).

При повышении Т титан активно поглощает газы:

начиная с 50-70°С -водород;

свыше 400-500°С -кислород;

с 600- 700°С -азот,окись углерода СО и углекислый газ.

Высокая химическая активность расплавленного титана вызывает необ­ходимость применения при плавке и дуговой сварке вакуума или атмосферы инертных газов.

Хотя благодаря способности к газопоглощению титан нашел применение в радио- и электронной промышленности в качестве геттерного материала.

Элементарный Ti очень активный химический элемент. Причем его активность возрастает с повышением Т.

По своей способности вступать в реакции с другими элементами титан превосходит многие Me.

 

Химическую активность титана представляет данная схема:

 

 

 

Титан обладает высокой коррозионной стойкостью, превосходя в этом отношении нержавеющую сталь. Титан стоек в "царской водке" (3/4 НСl + 1/4HNO3), устойчив во влажном хлоре и его водных соединениях,в соединениях серы, хрома.Хорошую стойкость демонстрирует в щелочах…

Титан не стоек в пероксиде водорода,сухих(без воды)и жидких галлогенах (в плавиковой,соляной,серной,ортофосфорной,щавеле­вой,уксусной кислотах). Самый же страшный разрушитель титана -фтор.В плавиковой кислоте HF титан растворяется буквально на глазах,как сахар в горячем чае.

Стойкость же титана в кислотах зависит от их концентрации.При оп­ределенной концентрации скорость разрушения защитной пленки превышает скорость ее образования и начинается интенсивная коррозия.Добавкой интенсивных окислителей(азотной НNО3,или хромовой кислоты)можно повысить коррозионную стойкость титана.

Тi способен загораться и самопроизвольно(в разбавленной азотной кислоте со взрывом).Погасить его непросто(он горит и без О2,напр.,в азоте;мгновенно разлагает воду на водород и кислород…).Его тушат песком или спец.порошками.

Технический титан хорошо обрабатывается давлением при 20°С(холод­ная прокатка)и повышенных Т.Ковку проводят при 1000-750°С,горячую прокатку при Т на 100 градусов ниже Т ковки.Т прессования 950-1000°С.

Титан хорошо сваривается аргонодуговой и всеми видами контактной сварки.Прочность шва составляет 90% прочности основного Me.

Титан плохо обрабатывается резанием(налипает на инструмент).Ти­тан в 12 раз тверже А1,но из него не делают режущие кромки и его нельзя заточить. Недостатком титана является также низкая антифрикционность.

По склонности к налипанию можно точно определить титан ли у вас в руках.Достаточно провести кусочком металла по мокрому стеклу титан должен оставить серо-белую черту.

Титан-немагнитен,обладает большим электросопротивлением:если электропроводность серебра принять за 100%,электропроводность меди равна 94%, алюминия 55%,железа и ртути - 2%,а титана всего -0,3%.