Rohre aus Titanlegierung und andere Titanmaterialien

1, kleine Dichte, hohe Festigkeit, hohe spezifische Festigkeit

  Die Dichte von Titan beträgt 4,51 g / cm3, was 57% Stahl entspricht, was nur etwas mehr als die Hälfte von Stahl, weniger als doppelt so viel wie Aluminium und dreimal so stark wie Aluminium ist. Die spezifische Festigkeit der Titanlegierung ist die größte unter den üblicherweise verwendeten Industrielegierungen. Die spezifische Festigkeit der Titanlegierung beträgt das 3,5-fache der von Edelstahl, das 1,3-fache der Aluminiumlegierung und das 1,7-fache der Magnesiumlegierung. Daher ist es ein unverzichtbarer Baustoff für die Luft- und Raumfahrtindustrie.

  Die Dichte und spezifische Festigkeit von Titan und anderen Metallen sind in Tabelle 1-1 verglichen.

   Tabelle 1-1 Vergleich von Dichte und spezifischer Festigkeit zwischen Titan und anderen Metallen

Metall Titan (Legierung) Eisen Aluminium (Legierung) Magnesium (Legierung) Hochfester Stahl

Dichte / (g · cm & supmin; ³) Spezifische Festigkeit 4,5 (29) 7,87 - 2,7 (21) 1,74 (16) - 23

 

  2, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit

  Die Passivierung von Titan hängt von der Existenz eines Oxidfilms ab. Seine Korrosionsbeständigkeit in oxidierenden Medien ist viel besser als die in reduzierenden Medien, und in reduzierenden Medien kann Korrosion mit hoher Geschwindigkeit auftreten. Titan ist in einigen korrosiven Medien wie Meerwasser, feuchtem Chlor, Chlorit- und Hypochloritlösungen, Salpetersäure, Chromsäure, Metallchloriden, Sulfiden und organischen Säuren nicht korrodiert. In dem Medium, das mit Titan unter Bildung von Wasserstoff (wie Salzsäure und Schwefelsäure) reagiert, weist Titan jedoch im Allgemeinen eine größere Korrosionsrate auf. Wenn der Säure jedoch eine kleine Menge Oxidationsmittel zugesetzt wird, bildet das Titan einen Passivierungsfilm. Daher ist Titan in einem Gemisch aus Schwefelsäure-Salpetersäure oder Salzsäure-Salpetersäure korrosionsbeständig, selbst in Salzsäure, die freies Chlor enthält. Der schützende Oxidfilm aus Titan wird häufig gebildet, wenn das Metall Wasser berührt, selbst in Gegenwart einer kleinen Menge Wasser oder Wasserdampf. Wenn Titan einer stark oxidierenden Umgebung ohne Wasser ausgesetzt wird, kann es schnell oxidieren und eine heftige, oft spontane Verbrennungsreaktion hervorrufen. Diese Art von Verhalten ist bei der Reaktion von Titan mit rauchender Salpetersäure, die überschüssige Stickoxide enthält, und Titan mit trockenem Chlorgas aufgetreten. Um das Auftreten von Reaktionen in diesem Zustand zu verhindern, ist jedoch eine bestimmte Menge Wasser erforderlich. oft spontane Verbrennungsreaktion. Diese Art von Verhalten ist bei der Reaktion von Titan mit rauchender Salpetersäure, die überschüssige Stickoxide enthält, und Titan mit trockenem Chlorgas aufgetreten. Um das Auftreten von Reaktionen in diesem Zustand zu verhindern, ist jedoch eine bestimmte Menge Wasser erforderlich. oft spontane Verbrennungsreaktion. Diese Art von Verhalten ist bei der Reaktion von Titan mit rauchender Salpetersäure, die überschüssige Stickoxide enthält, und Titan mit trockenem Chlorgas aufgetreten. Um das Auftreten von Reaktionen in diesem Zustand zu verhindern, ist jedoch eine bestimmte Menge Wasser erforderlich.

  3, gute Hitzebeständigkeit

   Im Allgemeinen verliert Aluminium seine ursprünglichen höheren mechanischen Eigenschaften bei 150 ° C und Edelstahl bei 310 ° C, während Titanlegierungen bei etwa 500 ° C immer noch gute mechanische Eigenschaften beibehalten. Wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs das 2,7-fache der Schallgeschwindigkeit erreicht, erreicht die Oberflächentemperatur des Flugzeugmechanismus 230 ° C. Aluminium- und Magnesiumlegierungen können nicht mehr verwendet werden, während Titanlegierungen die Anforderungen erfüllen können. Titan hat eine gute Hitzebeständigkeit. Es ist für die Turbinenscheiben und -schaufeln von Triebwerkskompressoren und die Haut des hinteren Rumpfes von Flugzeugen geeignet.

  4, gute Niedertemperaturleistung

  Die Festigkeit einiger Titanlegierungen (wie Ti-5Al-2.5SnELI) nimmt mit sinkender Temperatur zu, die Plastizität nimmt jedoch nicht wesentlich ab. Es hat immer noch eine gute Duktilität und Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und ist für die Verwendung bei extrem niedrigen Temperaturen geeignet. Es kann in Raketentriebwerken mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff oder als Ultra-Niedertemperatur-Container und Lagertanks in bemannten Raumfahrzeugen eingesetzt werden.

  5, nicht magnetisch

  Titan ist nicht magnetisch. Es wird in U-Boot-Granaten verwendet und verursacht keine Minenexplosionen.

  6, geringe Wärmeleitfähigkeit

  Die Wärmeleitfähigkeit von Titan und anderen Metallen wird in der folgenden Tabelle verglichen:

Metall Ti Al Fe Cu

Wärmeleitfähigkeit / W · (m · K) 17 212 85 255

 

  Die Wärmeleitfähigkeit von Titan ist gering, nur 1/5 Stahl, 1/13 Aluminium und 1/25 Kupfer. Eine schlechte Wärmeleitfähigkeit ist ein Mangel von Titan, aber dieses Merkmal von Titan kann in einigen Situationen verwendet werden.

  In 7 ist der Elastizitätsmodul klein

Metall Ti Al Fe

Elastizitätsmodul / GPa 108 72 196

 

  Der Elastizitätsmodul von Titan beträgt etwa 55% des von Eisen. Bei Verwendung als Strukturmaterial ist der niedrige Elastizitätsmodul ein Nachteil.

   8. Die Zugfestigkeit liegt nahe an der Streckgrenze

  Die Titanlegierung Ti-6Al-4V hat eine Zugfestigkeit von 960 MPa und eine Streckgrenze von 892 MPa. Der Unterschied zwischen den beiden beträgt nur 58 MPa.

  Der Vergleich zwischen der Zugfestigkeit und der Streckgrenze von Titan und anderen Metallen ist in der folgenden Tabelle gezeigt:

Festigkeit Titanlegierung (Ti-6Al-4V) 18-8 Edelstahl Aluminiumlegierung

Zugfestigkeit 960 608 470

Streckgrenze 892 255 294

 

   9. Titan wird bei hohen Temperaturen leicht oxidiert

   Titan hat eine starke Bindungskraft mit Wasserstoff und Sauerstoff, daher muss darauf geachtet werden, Oxidation und Wasserstoffabsorption zu verhindern. Das Titanschweißen sollte unter Argonschutz durchgeführt werden, um eine Kontamination zu vermeiden. Titanrohre und dünne Platten sollten unter Vakuum wärmebehandelt werden, und Titanschmiedeteile sollten während der Wärmebehandlung mit einer mikrooxidierenden Atmosphäre kontrolliert werden.

  10, geringer Dämpfungswiderstand

Verwenden Sie Titan und andere Metallmaterialien (Kupfer, Stahl), um Uhren mit genau derselben Form und Größe herzustellen. Wenn Sie jede Uhr mit der gleichen Kraft schlagen, werden Sie feststellen, dass die Uhr aus Titan schwingt und der Klang lange anhält. Die Energie, die der Glocke durch Schlagen gegeben wird, verschwindet nicht leicht.

  Besondere Funktionen von mit Titan und Titanlegierungen verarbeiteten Materialien:

  11, Formgedächtnisfunktion

  Ti-50% Ni (Atomfraktion) -Legierung hat unter bestimmten Temperaturbedingungen die Fähigkeit, ihre ursprüngliche Form wiederherzustellen, so dass es als Titan-Formgedächtnislegierung bezeichnet wird.

  12, supraleitende Funktion

  NbTi-Legierung Wenn die Temperatur gegen den absoluten Nullpunkt abfällt, verliert der Draht aus der NbTi-Legierung an Widerstand und kann beliebig große Ströme durchlassen. Der Draht erzeugt keine Wärme und verbraucht keine Energie. Daher wird die NbTi-Legierung als supraleitendes Material bezeichnet.

  13 、 Wasserstoffabsorptionsfunktion

  Die Ti-50% Fe-Legierung (Atomfraktion) hat die Fähigkeit, Wasserstoff in einer großen Menge zu absorbieren. Mit dieser Eigenschaft der Ti-Fe-Legierung kann Wasserstoff sicher gespeichert werden, dh Stahl-Hochdruckgasflaschen werden nicht unbedingt zum Speichern von Wasserstoff verwendet. Unter bestimmten Bedingungen kann die Wasserstoffspeicher-Ti-Fe-Legierung auch Wasserstoff freisetzen, so dass sie als Wasserstoffspeichermaterial bezeichnet wird. 

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