Επιρροή και εφαρμογή του τιτανίου στον χάλυβα

Ο χάλυβας και το τιτάνιο είναι μέταλλα που χρησιμοποιούνται συνήθως στην κατασκευή λόγω της εξαιρετικής αντοχής, σκληρότητας και άλλων φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων τους.

Ο χάλυβας είναι ένα κράμα σιδήρου και άνθρακα, με περιεκτικότητα σε άνθρακα που κυμαίνεται από 0,2% έως 2,1% κατά βάρος. Ενώ ο σίδηρος και ο άνθρακας είναι τα κύρια συστατικά, μπορεί να υπάρχουν μικρές ποσότητες άλλων στοιχείων όπως το μαγγάνιο, το πυρίτιο και ο φώσφορος. Υπάρχουν διάφοροι τύποι χάλυβα, που κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την περιεκτικότητα σε άνθρακα, τα στοιχεία κράματος και τις διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας. Σε αυτά περιλαμβάνονται ο μαλακός χάλυβας, ο ανοξείδωτος χάλυβας και ο χάλυβας χαμηλής κραματοποίησης υψηλής αντοχής. Ο χάλυβας είναι γνωστός για την αντοχή, την ανθεκτικότητα και την ευελιξία του, γεγονός που το καθιστά κατάλληλο για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Οι χρήσεις του καλύπτουν τα πάντα, από κατασκευές και αυτοκίνητα μέχρι εργαλεία και μαχαιροπίρουνα.

Το τιτάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο με σύμβολο Ti και ατομικό αριθμό 22. Είναι ένα λαμπερό μέταλλο μετάπτωσης με ασημί χρώμα, χαμηλή πυκνότητα και υψηλή αντοχή. Αν και είναι τόσο ισχυρό όσο ο χάλυβας, είναι σημαντικά λιγότερο πυκνό, καθιστώντας το το μέταλλο της επιλογής για εφαρμογές όπου η αναλογία αντοχής προς βάρος είναι κρίσιμη.

Στην μη κράμα του, το τιτάνιο είναι τόσο ισχυρό όσο ορισμένοι χάλυβες αλλά λιγότερο πυκνό. Όταν είναι κράμα με άλλα στοιχεία όπως αλουμίνιο και βανάδιο, μπορεί να ενισχυθεί σημαντικά. Οι δύο κύριες χρήσεις του τιτανίου είναι η αεροδιαστημική (αεροπλάνα, διαστημόπλοια και πύραυλοι) και οι βιομηχανικές εφαρμογές επειδή είναι ελαφρύ, ισχυρό και ανθεκτικό στη διάβρωση ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες.

I. Το τιτάνιο στη μικροδομή του χάλυβα και την επίδραση της θερμικής επεξεργασίας

① τιτάνιο και το άζωτο, το οξυγόνο, ο άνθρακας έχουν ισχυρή συγγένεια, είναι ένα καλό αποξειδωτικό και σταθερό άζωτο, άνθρακα αποτελεσματικά στοιχεία.

② τιτανίου και ενώσεων άνθρακα (TiC) η δύναμη σύνδεσης είναι πολύ ισχυρή, υψηλή σταθερότητα, μόνο που θερμαίνεται σε περισσότερο από 1000 βαθμούς θα διαλύεται αργά στο στερεό διάλυμα του σιδήρου, τα σωματίδια TiC πρέπει να αποτρέψουν την ανάπτυξη κόκκων χάλυβα και την τραχύτητα του ρόλου.

(iii) Το τιτάνιο είναι ένα από τα ισχυρά στοιχεία που σχηματίζουν φερρίτη, έτσι ώστε η περιοχή της φάσης του ωστενίτη να στενεύει. Το τιτάνιο σε στερεό διάλυμα για τη βελτίωση της σκληρυνσιμότητας του χάλυβα, ενώ η παρουσία σωματιδίων TiC μειώνει τη σκληρυνσιμότητα του χάλυβα.

④ η περιεκτικότητα σε τιτάνιο φθάνει σε μια ορισμένη τιμή, λόγω της διάχυτης καθίζησης του TiFe2, μπορεί να παράγει αποτέλεσμα σκλήρυνσης καθίζησης.

Δεύτερον, η επίδραση του τιτανίου στις μηχανικές ιδιότητες του χάλυβα

① Όταν το τιτάνιο υπάρχει σε στερεό διάλυμα σε φερρίτη, η ενισχυτική του δράση είναι υψηλότερη από το αλουμίνιο, το μαγγάνιο, το νικέλιο, το μολυβδαίνιο κ.λπ., ακολουθούμενο από το βηρύλλιο, τον φώσφορο, τον χαλκό, το πυρίτιο.

② Η επίδραση του τιτανίου στις μηχανικές ιδιότητες του χάλυβα εξαρτάται από τη μορφή στην οποία υπάρχει, την αναλογία της περιεκτικότητας σε Ti και C και τη μέθοδο θερμικής επεξεργασίας. Το κλάσμα μάζας τιτανίου από {{0}},03% έως 0,1% της αντοχής διαρροής μπορεί να βελτιωθεί, αλλά όταν η αναλογία περιεκτικότητας σε Ti και C είναι μεγαλύτερη από 4, η αντοχή και η σκληρότητά του μειώνονται απότομα.

(iii) Το τιτάνιο βελτιώνει τη διαρκή αντοχή και την αντίσταση ερπυσμού.

④ τιτάνιο για τη σκληρότητα του χάλυβα, ιδιαίτερα χαμηλής θερμοκρασίας αντοχή κρούσης έχει βελτιωθεί.

Τρίτον, το τιτάνιο στις φυσικές, χημικές και διεργασιακές ιδιότητες της επιρροής του χάλυβα

① Βελτιώστε τη σταθερότητα του χάλυβα σε υψηλή θερμοκρασία, υψηλή πίεση, υδρογόνο.

② το τιτάνιο μπορεί να βελτιώσει την αντίσταση στη διάβρωση του ανοξείδωτου ανθεκτικού στα οξέα χάλυβα, ειδικά την αντίσταση στη διακοκκώδη διάβρωση.

③ Στον χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, όταν η αναλογία περιεκτικότητας σε Ti και C φθάνει το 4,5 ή περισσότερο, έχει καλή αντοχή στη διάβρωση των τάσεων και στην ευθραυστότητα των αλκαλίων, επειδή το οξυγόνο, το άζωτο και ο άνθρακας είναι όλα σταθερά.

④ Η προσθήκη τιτανίου σε χάλυβα με κλάσμα μάζας χρωμίου 4%-6% βελτιώνει την αντίσταση στην οξείδωση του χάλυβα σε υψηλές θερμοκρασίες.

⑤ Η προσθήκη τιτανίου στον χάλυβα μπορεί να προωθήσει το σχηματισμό στρώματος νιτροποίησης και η απαιτούμενη επιφανειακή σκληρότητα μπορεί να επιτευχθεί πιο γρήγορα. Οι χάλυβες που περιέχουν τιτάνιο ονομάζονται «χάλυβες γρήγορης νιτρώσεως» και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή βιδών υψηλής ακρίβειας.

Βελτιώστε τη συγκολλησιμότητα του χάλυβα μαγγανίου χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και του ανοξείδωτου νατρίου με υψηλή περιεκτικότητα σε κράμα.

Εφαρμογή τιτανίου σε χάλυβα

① κλάσμα μάζας τιτανίου μεγαλύτερο από 0,025% μπορεί να θεωρηθεί ως στοιχείο κράματος.

② τιτάνιο ως στοιχείο κράματος σε συνηθισμένο χάλυβα χαμηλού κράματος, κράμα δομικό χάλυβα, κράμα χάλυβα εργαλείων, χάλυβα εργαλείων υψηλής ταχύτητας, ανοξείδωτο χάλυβα, ανθεκτικό στα οξέα χάλυβα, ανθεκτικό στη θερμότητα χάλυβα χωρίς δέρμα, κράματα μόνιμου μαγνήτη και χυτό χάλυβα χρησιμοποιούνται ευρέως.

③ Το τιτάνιο έχει χρησιμοποιηθεί ως μια ποικιλία προηγμένων υλικών, έχει γίνει σημαντικό στρατηγικό υλικό, η χρήση περισσότερων από το ήμισυ της αεροδιαστημικής βιομηχανίας, όπως διαστημόπλοια αεροπορίας, μηχανήματα ισχύος.