Sammanfattning av kunskap relaterad till titanmetall

Titanmetall upptäcktes först 1791 av en brittisk amatörminerolog vid namn Gregor. År 1795 döpte den tyske kemisten Klaprus detta okända metalliska ämne efter den grekiska guden Titans. Den kinesisk-engelska översättningen är "titanium". Titan är rikligt på jorden. Det finns mer än 140 kända titanmineraler, men de huvudsakliga industriella tillämpningarna är ilmenit och rutil. Bland dem står Kinas ilmenitreserver för 28 % av de globala reserverna, och rankas först i världen.

Titan är ett icke-giftigt grundämne som är känt över hela världen, men dess kostnader för gruvdrift och produktion är höga och dyra. Eftersom den har en rad kvalifikationer som hög- och lågtemperaturbeständighet, stark syra- och alkalibeständighet, hög hållfasthet och låg densitet, har den blivit ett speciellt material för NASA-raketer och satellitmodeller. Den har också använts i mitt lands Yutu, J-20, Shandong hangarfartyg och andra superprojekt. Efter att ha gått in på det civila området på 1980-talet blev det "hedersmetallkungen" i livsmedelsindustrin på grund av dess naturliga antibakteriella och biofila egenskaper.
mitt lands titanindustri startade på 1950-talet. I mitten av-1960-talet hade mitt land byggt titansvamp och titanbearbetnings- och produktionsanläggningar i Zunyi respektive Baoji, vilket betyder att mitt land har blivit en av världens titanindustrimakter. Mitt lands titanindustri har gått in i 2000-talet och gått in i en ny period av accelererad utveckling, med titanproduktionskapaciteten rankad bland de bästa i världen.

Rent titan
Även känd som industriellt rent titan eller kommersiellt rent titan, är det graderat efter innehållet av föroreningselement. Den har utmärkt präglingsprocessprestanda och svetsprestanda, är inte känslig för värmebehandling och strukturtyp och har en viss styrka under tillfredsställande plasticitetsförhållanden. Dess styrka beror främst på innehållet av mellanliggande element syre och kväve. Egenskaperna för 99,5 % industriellt rent titan är: densitet P=4.5g/cm3, smältpunkt 1800 grader, värmeledningsförmåga λ=15.24W/(MK), draghållfasthet σb=539 MPa, förlängning: δ=25%, areakrympning Hastigheten ψ=25%, elasticitetsmodulen E=1.078×105MPa och hårdheten HB195.
Titanlegering
Titanlegering är en legering baserad på titan och tillsatt med andra grundämnen. Det är en relativt ung metall, bara sextio eller sjuttio år gammal sedan upptäckten. Titanlegeringsmaterial har egenskaperna för låg vikt, hög hållfasthet, låg elasticitet, hög temperaturbeständighet och korrosionsbeständighet. De används främst i flygmotorer, raketer, missiler och andra komponenter. Titan har två isomorfa kristaller. Titan är en isomer med en smältpunkt på 1720 grader. Den har en tätpackad hexagonal gitterstruktur under 882 grader och kallas titan; den har en kroppscentrerad struktur över 882 grader . Den kubiska gitterstrukturen, kallad beta-titan, drar fördel av de olika egenskaperna hos de ovanstående två strukturerna av titan, lägger till lämpliga legeringselement och ändrar gradvis dess fasomvandlingstemperatur och fasinnehåll för att erhålla titanlegeringar (titaniumlegeringar) med olika strukturer.
Titanlegeringselement kan delas in i tre kategorier efter deras inverkan på fasövergångstemperaturen: ① Element som stabiliserar fasen och ökar fasövergångstemperaturen är stabila element, såsom aluminium, magnesium, syre, kväve, etc. Bland dem, aluminium är det huvudsakliga legeringselementet i titanlegeringen. Det har uppenbara effekter på att förbättra legeringens normala och höga temperaturhållfasthet, minska den specifika vikten och öka elasticiteten. ②Element som stabiliserar fasen och sänker fasövergångstemperaturen är -stabiliserande element. Det kan delas in i två typer: isomorf och eutektoid. Den förra inkluderar molybden, niob, vanadin, etc.; det senare inkluderar krom, mangan, koppar, kisel, etc. ③ Grundämnen som har liten effekt på fasövergångstemperaturen är neutrala grundämnen, inklusive zirkonium, tenn, etc.

TA1 (amerikansk standard Gr1)
Gr1 titan är den första av fyra kvaliteter av industriellt rent titan. Det är den mjukaste och mest formbara av dessa kvaliteter. Den erbjuder maximal formbarhet, utmärkt korrosionsbeständighet och hög slagseghet. Klass 1 är det material som väljs för alla applikationer som kräver enkel formning och används vanligtvis som titanplåt och titanrör.
TA2 (amerikansk standard Gr2) klass
Grad 2 titan är känd som "arbetshästen" för den kommersiella rena titanindustrin på grund av dess mångsidighet och breda tillgänglighet. Den har många av samma kvaliteter som titan av klass 1, men är något starkare. Båda har lika korrosionsbeständighet. Denna kvalitet har god svetsbarhet, styrka, duktilitet och formbarhet. Detta gör titanstavar och plattor av grad 2 till förstahandsvalet för många applikationer inklusive konstruktion, kraftproduktion och medicinsk industri.
TA3 (amerikansk standard Gr3) klass
Denna kvalitet använder åtminstone en kommersiellt ren titankvalitet, men det gör den inte mindre värdefull. Gr3 kvalitet är starkare än Gr1 och Gr2 kvaliteter och har liknande formbarhet men endast liten formbarhet. Men den har högre mekaniska egenskaper än sin föregångare. Klass Gr3 används i applikationer som kräver måttlig styrka och primär korrosionsbeständighet, såsom flyg, kemisk bearbetning, marin industri, etc.
TA4 (amerikansk standard Gr4) klass
Graden Gr4 anses vara den starkaste av de fyra typerna av kommersiellt rent titan. Den är också känd för sin utmärkta korrosionsbeständighet, goda formbarhet och svetsbarhet. Används i vissa flygskrovskomponenter, kryogena kärl, värmeväxlare och andra applikationer som kräver hög upplösning.
TA9 (amerikansk standard Gr7) klass
Grad Gr7 är mekaniskt och fysiskt identisk med Grad 2 förutom att det interstitiella elementet palladium har tillsatts för att göra det till en legering. Grad 7 erbjuder utmärkt svetsbarhet och prestanda och är den mest korrosionsbeständiga av alla titanlegeringar. Det är faktiskt den mest korrosionsbeständiga av de reducerande syrorna. Nivå 7 används för kemiska process- och produktionsutrustningskomponenter. Gr7 är extremt korrosionsbeständig, speciellt för att reducera sura miljöer.
TA9-1 (amerikansk standard Gr11) betyg
Gr11-kvalitet är mycket lik Gr1-kvalitet förutom att en liten mängd palladium tillsätts för att förbättra korrosionsbeständigheten, vilket gör den till en legering. Denna korrosionsbeständighet kan användas för att förhindra spaltkorrosion och minska syror i kloridmiljöer. Andra användbara egenskaper inkluderar optimal duktilitet, kallformbarhet, användbar hållfasthet, slagseghet och utmärkt svetsbarhet. Denna legering kan användas i samma applikationer som grad 1 titan, speciellt där korrosion krävs.
Ti 6Al-4V (nationell standard TC4, amerikansk standard Gr5) klass
Ti6Al-4V eller grad 5 titan är känd som "arbetshästen" för titanlegeringar och är den vanligaste av alla titanlegeringar. Står för 50 % av världens totala titanförbrukning. Dess användbarhet ligger i dess många fördelar. Ti6Al-4V kan värmebehandlas för att öka dess styrka. Den kan användas på svetsade strukturer med arbetstemperaturer upp till 600 grader F. Legeringen kombinerar hög hållfasthet, låg vikt, god formbarhet och hög korrosionsbeständighet. Tillgängligheten av Ti6AI-4V gör den till den bästa legeringen för flera industrier, inklusive flyg-, medicin-, marin- och kemisk processindustri. Det kan användas för att skapa tekniskt innehåll som:

flygplans turbin
motor delar
flygplans konstruktionsdelar
Fästelement för flygindustrin
Högpresterande automationsdelar
Marina applikationer
Sportutrustning
Ti 6AL-4V ELI (nationell standard TC4ELI, amerikansk standard Gr23) nivå
Ti 6AL-4V ELI eller Gr23 klass är en form av högre renhet av Ti 6Al-4V. Den kan göras till spolar, trådar, tråd eller platt tråd. Det är förstahandsvalet för alla tillfällen som kräver hög hållfasthet, låg vikt, bra korrosionsbeständighet och hög seghet. Den har utmärkt skadetolerans mot andra legeringar. Dessa fördelar gör Gr23 till den ultimata dentala och medicinska titankvaliteten. På grund av dess biokompatibilitet, goda utmattningshållfasthet och låga modul kan den användas i biomedicinska applikationer som implanterbara komponenter. Den kan också användas för detaljerade kirurgiska ingrepp som:
Ortopedisk kabel
Ortopediska stift och skruvar
ligering
vid ledproteskirurgi
kryogen behållare
Ortodontiska apparater
kirurgiska implantat
benfixeringsanordning
TA10 (amerikansk standard Gr12) klass
Gr12 titanlegeringar får betyget "Utmärkt" på grund av deras högkvalitativa svetsbarhet. Det är en mycket hållbar legering som ger stor styrka vid höga temperaturer. Gr12 titan har liknande egenskaper som 300-serien av rostfritt stål. Legeringen kan vara varm- eller kallformad med hjälp av pressformning, hydroformning, sträckformning eller droppviktsmetoden. Dess förmåga att formas på en mängd olika sätt gör den användbar i många applikationer. Legeringens höga korrosionsbeständighet gör den också ovärderlig för tillverkning av utrustning där spaltkorrosion är ett problem. Klass Gr12 kan användas i följande industrier och applikationer:
Hus och värmeväxlare
Hydrometallurgiska tillämpningar
Hög temperatur kemisk tillverkning
Marine och flygkomponenter
Titan 5Al-2.5Sn
Ti 5Al-2.5Sn är en icke värmebehandlingsbar legering som möjliggör god svetsbarhet och stabilitet. Den har också hög temperaturstabilitet, hög hållfasthet, bra korrosionsbeständighet och god krypbeständighet. Krypning är ett plastiskt stamfenomen som uppstår vid höga temperaturer under lång tid. Ti 5Al-2.5Sn används huvudsakligen i flygplan och flygplansapplikationer samt kryogena applikationer.

Även om titan och titanlegeringsmaterial är rikligt med reserver, är de mycket dyra. Detta beror på att titan har mycket liten kemisk aktivitet under höga temperaturer, och dess smältteknik och driftsmiljö är mycket hård. Det måste smältas under höga temperatur- och vakuumförhållanden, och temperaturen når ofta över 800 grader, vilket är mycket svårare att smälta än stål. Därför, när det kommer till titanlegering, tror folk att det är ett high-end metallmaterial med låg effekt, högt pris och få applikationer.
För närvarande, på grund av de utmärkta egenskaperna hos titanlegeringar som lätt vikt, hög hållfasthet och hög temperaturbeständighet, används titan och titanlegeringsmaterial i stor utsträckning vid tillverkning av banbrytande vapen och nationella vapen i olika länder, och är särskilt lämplig för användning inom flyg- och rymdområdet. Exempel på applikationsområden är:

kemisk industri
⑴Sodaindustrin
Framväxten av titankylskåp i alkaliproduktionsindustrin kan effektivt lösa problemet med okvalificerad klorgas orsakad av orimliga traditionella kylningsprocesser. Samtidigt har det förändrat klor-alkaliindustrins produktionsansikte. Livslängden för det investerade kylskåpet i titanlegering kan vara så lång som 20 år.
⑵ Saltindustrin
För närvarande är den mer avancerade saltproduktionsprocessen vakuumsaltproduktion. Den högtemperaturkoncentrerade saltlösningen som produceras genom denna process kommer att orsaka allvarlig skada på kolstålstrukturen och få utrustning att droppa. Värmekammaren och förångningskammaren antar en titanstålkompositstruktur, som effektivt kan förhindra saltskala och förbättra kvaliteten på saltproduktionen. Samtidigt kan det minska korrosionen av högkoncentrerat saltvatten på rörväggen under förångningsprocessen och förlänga underhållscykeln.
Flygfält
⑴ Flygindustrin
Användningen av titanlegeringar inom flyget är uppdelad i titanlegeringar för flygplanskonstruktioner och titanlegeringar för motorkonstruktioner. De huvudsakliga applikationsdelarna för flygplans strukturella delar av titanlegering inkluderar landningsställsdelar, ramar, balkar, flygkroppar, värmesköldar, etc. Det ryska IL{{0}}-flygplanet använder höghållfast BT22 titanlegering för att tillverka nyckel komponenter såsom landställ och last - bärande balk; Boeing 747:s huvudlandningsställs transmissionsbalkmaterial är Ti-6Al-4V. Smidet är 6,20 meter långt, 0,95 meter brett och har en massa på 1 545 kilogram; nyckeldelarna i den horisontella stabilisatoraxeln på C-17-flygplanet är gjorda av höghållfast och hög seghet Ti-62222S titanlegering. I flygmotorer används titanlegeringar i kompressorskivor, blad, trummor, högtryckskompressorrotorer, kompressorhöljen, etc. De främre kanterna och spetsarna på Boeing 747-8GENX motorfläktblad använder skyddshylsor av titanlegering, som bara kan bytas ut tre gånger inom ett 10-års livslängd.
⑵ Flygindustrin
Arbetsförhållandena för flygfordon är mycket extrema. Förutom den suveräna tekniken som krävs för den strukturella designen av material, är även själva materialens utmärkta prestanda och funktioner viktiga. Därför sticker titanlegeringar ut bland många material. När det gäller flygutrustning, på 1960-talet, gjordes dubbelkabinen och lufttäta kabinvingar och ribbor i det amerikanska Apollo-programmet av Ti-5Al-2.5Sn, och innerfodret var gjord av rent titan; utarbetad av tyska MT Aerospace Company Bränsletanken för framdrivningssystem i legerat Ti-15V-3Cr-legering med hög hållfasthet används på den europeiska Alpha-kommunikationsatellitplattformen; Ryska titanlegeringar har många tillämpningar inom flygteknik. Till exempel använder energiuppskjutningsfordonet BT23 titanlegering stora formsmide som väger 3,5 ton och smide. Dessutom används titanlegeringar också i bränsletankar för raketmotorer för flytande bränsle, kryogena vätskelagringstankar, pumphjul för överföring av flytande väte, etc.
På liknande sätt, i den snabba utvecklingen av inhemsk flygteknik, har titanlegeringar också använts i stor utsträckning. Från Vostok-1-satelliten 1970 till den nuvarande rymdfarkosten i Shenzhou-serien, Chang'e-sond, etc., har titanlegeringar använts. Dessutom används titanlegeringar i flytande vätemiljöer utvecklade i vårt land. Lågtemperatur Ti-5Al-2.5Sn ELI-gascylindrar av titanlegering har använts i Long March-serien av bärraketer; Harbin Institute of Technology använder Gr5 titanlegering för att förbereda lunar rover fälgar; Dessutom använder mitt land också höghållfasta titanlegeringar som BT20 för att tillverka missilmotorhus och munstycken Rör och andra komponenter.
Skeppsfält
Titan och titanlegeringar används i stor utsträckning i atomubåtar, djupa dränkbara båtar, atomisbrytare, bärplansbåtar, svävare, minsvepare, propellrar, piskantenner, havsvattenledningar, kondensorer, värmeväxlare, akustiska anordningar, brandsläckningsutrustning etc. Övervägande. Till exempel är den amerikanska djupa dränkbara "Haiya" utrustad med en observationshytt av titanlegering och kontrollhytt, med ett dykdjup på upp till 6100m; motorbåten "Morris Sky 2" helt i titan, byggd gemensamt av Japans Toho Titanium Company och Fuji New Shipbuilding. Den har varit mycket populär i USA under en tid; mitt lands första egendesignade och självintegrerade bemannade dränkbara, "Jiaolong", använde också titanlegering. Operationsomfattningen för "Jiaolong" täcker 99,8 % av världens havsyta.

Även om titan och titanlegeringar har gjort betydande framsteg har även befintliga problem avslöjats, och utvecklingen av titanlegeringar står också inför stora utmaningar. Huvudsakligen återspeglas i följande tre aspekter:
1) Ur produktionens perspektiv
Även om vårt land är ett stort land inom titanindustrin, producerar det inte många högkvalitativa produkter och har färre typer av titanprodukter med speciella egenskaper. För det andra är mitt land fortfarande oförmöget att stabilt massproducera titanremsor och titanextruderade profiler, vilket begränsar användningen av titan och titanlegeringar inom flyg- och rymdområdet. , utveckling och användning inom marina och andra områden. Det är fortfarande mycket svårt att ytterligare öka titanförbrukningen för flygmotorer till cirka 50 %.
2) Prestanda
Eftersom titanmetall är mycket kemiskt aktiv och lätt förorenad av andra element, är bearbetnings- och tillverkningstekniken för titanlegeringar mycket krävande. Samtidigt måste de bearbetade högpresterande produkterna överväga deras mekaniska, fysikaliska, kemiska och processegenskaper. När befintliga titanlegeringar är över 600 grader sjunker deras krypmotstånd och oxidationsmotstånd vid hög temperatur kraftigt, vilket är två stora hinder som begränsar den utökade användningen av titanlegeringar.
3) Kostnadsaspekt
För närvarande arbetar olika länder hårt för att minska applikationskostnaderna för titanlegeringar och har uppnått många resultat. Men att döma av den rådande situationen i vårt land har vårt lands ledning och tekniska nivå ännu inte nått den ideala nivån. Priserna på inhemska titanlegeringsprodukter är relativt konkurrenskraftiga internationellt. Dålig och inte gynnsam för ytterligare utökad användning.
För närvarande är de huvudsakliga användningsområdena för titanlegeringar flyg och andra militära områden. Utvecklingen av nya användningsområden, såsom bilar, tåg, höghastighetståg och civila områden som vanligtvis används i det dagliga livet, har fortfarande breda tillämpningsmöjligheter. Dessutom är att ersätta dyra legeringselement med billigare element och att minska kostnaderna för titanlegeringsdelar genom tekniska medel viktiga ämnen i framtida titanlegeringsforskningsarbete. Efter att lågkostnadstillverkning av titanlegeringar för avancerade applikationer uppnås i framtiden, kommer titanlegeringar att användas inom olika områden.