Hva slags metall er titan?

Titan er et overgangsmetallelement i det periodiske systemet, med atomnummer 22 og symbol Ti. Det er kategorisert som et ildfast metall, noe som betyr at det har et høyt smeltepunkt og er motstandsdyktig mot varme og slitasje.Titaniumhar en unik kombinasjon av styrke, lav tetthet og korrosjonsbestandighet som gjør det til et viktig strukturelt metall.

På det periodiske systemet tilhører titan gruppe 4 sammen med andre overgangsmetaller inkludert zirkonium, hafnium og rhenium. Den har fire naturlig forekommende isotoper. Den elektroniske konfigurasjonen er [Ar] 4s2 3d2. Titan har en atomradius på 176 pm, atomvekt på 47,9 g/mol og tetthet på 4,5 g/cm3.

Er titan et metallisk metall?

Ja, titan er et skinnende overgangsmetall med definitive metalliske egenskaper:

Det er en utmerket leder av varme og elektrisitet, som andre metalliske elementer. Den elektriske ledningsevnen er omtrent 2 prosent IACS (International Annealed Copper Standard).

Den har et typisk sølvgrå metallisk utseende når den er polert, men kan være mørkegrå til svart avhengig av overflateoksidasjon.

Titan er formbart og formbart, slik at det kan smides, rulles, trekkes inn i tråd og maskineres til forskjellige former.

Den fester seg godt til andre metaller når den er sveiset eller loddet. Oksydlaget kan trenge fjerning før sammenføyning.

Titanlegeringer herder betydelig under kalddeformasjonsbehandling som platemetallforming, i likhet med andre metalliske materialer.

I pulverform,titan metallviser sinterbarhet under pulvermetallurgiske teknikker som varm isostatisk pressing.

Så titan viser alle egenskapene til et ekte metallisk element, om enn med noen unike egenskaper sammenlignet med andre overgangsmetaller. Det inntar en viktig plass i det periodiske systemet mellom de reaktive metallene og edle metaller.

Er titan et hardt eller mykt metall?

På Mohs hardhetsskala scorer kommersielt rent titan rundt 6, noe som kvalifiserer det som et hardt metall. I legerte former kan titan nå en hardhet på over 400 HV på Vickers-skalaen, og nærme seg hardhetsnivåene til mye tyngre metaller som stål.

Noen viktige fakta om titans hardhet:

Den sekskantede tettpakkede krystallstrukturen av titan bidrar til relativt høy hardhet for et lett metall.

Legeringstilsetninger som aluminium, vanadium og molybden øker hardheten ytterligere gjennom fast løsning og forsterkning av nedbør.

Arbeidsherdende effekter under kaldbearbeiding gir en hardhetspiss nær overflaten av titanprodukter.

Varmebehandlingsprosesser som aldring kan brukes til å selektivt herde titanlegeringer ved å manipulere fasetransformasjoner.

I gjennomsnitt er titanlegeringer omtrent dobbelt så harde som aluminiumslegeringer, men litt mykere enn jernbaserte legeringer som stål.

Så selv om titan ikke er på toppen av hardhetsvurderinger, har titan tilstrekkelig hardhet for konstruksjonstekniske applikasjoner, samtidig som den opprettholder god duktilitet og seighet - en ønskelig kombinasjon.

Hva er titanmetall laget av?

Titanmetall består utelukkende av titanatomer. Den har en atomvekt på 47,9 amu og atomnummeret 22. Noen nøkkelfakta om sammensetningen av titanmetall:

I sin rene form inneholder kommersielt titan 99,5-99,9 vektprosent titanatomer. Oksygen, nitrogen, karbon og jern utgjør resten.

Legeringskvaliteter inneholder andre elementer som aluminium, vanadium, molybden og krom tilsatt for å forbedre egenskapene.

Titan har fem naturlig forekommende isotoper, men bare Ti-48 og Ti-50 er kommersielt viktige. Ti-48 utgjør 73 prosent mens Ti-50 utgjør 5,5 prosent.

Det er fem allotropiske krystallformer av titan, men den sekskantede tettpakkede alfafasen er stabil ved romtemperatur.

Under smelting forvandles rent titan fra en HCP alfa-struktur til en høyere temperatur BCC betafase ved 1668 grader F (825 grader).

Legeringselementer som molybden, vanadium og krom stabiliserer betafasen, slik at den kan eksistere ved romtemperatur.

Så i hovedsak består kommersielt rent titanmetall hovedsakelig av titanatomer i et sekskantet arrangement. Legeringskvaliteter skreddersyr mikrostrukturen og egenskapene ved tilsetning av andre metalliske elementer.

Er titan et sterkt metall?

Ja, titan er et usedvanlig sterkt metall i forhold til dets lave tetthet. På styrke-til-vekt-basis oppnår titanlegeringer styrker som kan sammenlignes med middels karbonstål, men er nesten 50 prosent lettere.

Noen nøkkelfakta om titans styrke:

Kommersielt rent titan har strekkstyrkenivåer rundt 63,000 psi. Legeringer forbedrer dette betydelig til 160,000 psi eller mer.

Den ultimate strekkfastheten til titanlegeringer er høyere enn aluminiumslegeringer, magnesiumlegeringer og kobberlegeringer.

Titan opprettholder sin høye styrke ved høye temperaturer mye bedre enn andre lette legeringer som aluminium.

Når det brukes til strukturelle deler, muliggjør titan større nyttelastkapasitet og drivstoffbesparelser sammenlignet med tyngre metalliske alternativer.

Styrken til titanlegeringer kan skreddersys ved varmebehandlingsprosesser, slik at en materialingeniør kan designe den optimale balansen.

Så titan rangerer klart blant de sterkeste i klassen av lette strukturelle metaller. Dens unike egenskaper muliggjør ytelsesgevinster i kritiske applikasjoner som fly, missiler og kraftproduksjonsturbiner.

Referanser:

C. Leyens og M. Peters, red. (2003). Titan og titanlegeringer. Wiley-VCH.

M. Niinomi, red. (2008). Metaller for biomedisinsk utstyr. Woodhead Publishing.

M. Donachie Jr. (2000). Titanium: En teknisk veiledning. ASM International.

G. Lütjering og J. Williams (2007). Titanium. Springer Science & Business Media.

ASM Handbook, Vol 2 - Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials (1990). ASM International.