Hvilken type metal er titanium?

Titanium er et overgangsmetalelement i det periodiske system med atomnummer 22 og symbol Ti. Det er kategoriseret som et ildfast metal, hvilket betyder, at det har et højt smeltepunkt og er modstandsdygtigt over for varme og slid.Titanhar en unik kombination af styrke, lav densitet og korrosionsbestandighed, der gør det til et vigtigt strukturelt metal.

På det periodiske system tilhører titanium gruppe 4 sammen med andre overgangsmetaller, herunder zirconium, hafnium og rhenium. Den har fire naturligt forekommende isotoper. Den elektroniske konfiguration er [Ar] 4s2 3d2. Titanium har en atomradius på 176 pm, en atomvægt på 47,9 g/mol og en massefylde på 4,5 g/cm3.

Er titanium et metallisk metal?

Ja, titanium er et skinnende overgangsmetal med definitive metalliske egenskaber:

Det er en fremragende leder af varme og elektricitet, ligesom andre metalliske elementer. Den elektriske ledningsevne er omkring 2 procent IACS (International Annealed Copper Standard).

Den har et typisk sølvgrå metallisk udseende, når den er poleret, selvom den kan være mørkegrå til sort afhængig af overfladeoxidation.

Titanium er formbart og formbart, så det kan smedes, rulles, trækkes ind i tråd og bearbejdes i forskellige former.

Det klæber godt til andre metaller, når det svejses eller loddes. Oxidlaget skal muligvis fjernes før sammenføjning.

Titaniumlegeringer hærder betydeligt under kolddeformationsbehandling som metalpladeformning, svarende til andre metalliske materialer.

I pulverform,titanium metaludviser sintringsevne under pulvermetallurgiske teknikker som varm isostatisk presning.

Så titanium udviser alle karakteristika af et ægte metallisk grundstof, omend med nogle unikke egenskaber sammenlignet med andre overgangsmetaller. Det indtager en vigtig plads i det periodiske system mellem de reaktive metaller og ædelmetaller.

Er titanium et hårdt eller blødt metal?

På Mohs hårdhedsskala scorer kommercielt rent titanium omkring 6, hvilket kvalificerer det som et hårdt metal. I legerede former kan titanium nå en hårdhed på over 400 HV på Vickers-skalaen, og nærme sig hårdhedsniveauet for meget tungere metaller som stål.

Nogle nøglefakta om titaniums hårdhed:

Den sekskantede tætpakkede krystalstruktur af titanium bidrager til relativt høj hårdhed for et let metal.

Legeringstilsætninger som aluminium, vanadium og molybdæn øger hårdheden yderligere gennem fast opløsning og udfældningsforstærkning.

Arbejdshærdningseffekter under koldbearbejdning frembringer en hårdhedsspids nær overfladen af ​​titaniumprodukter.

Varmebehandlingsprocesser som ældning kan bruges til selektivt at hærde titanlegeringer ved manipulation af fasetransformationer.

I gennemsnit er titanlegeringer omkring dobbelt så hårde som aluminiumslegeringer, men lidt blødere end jernbaserede legeringer som stål.

Så selvom titanium ikke er i den øverste ende af hårdhedsvurderinger, har titanium tilstrækkelig hårdhed til konstruktionstekniske applikationer, mens det stadig opretholder god duktilitet og sejhed - en ønskværdig kombination.

Hvad er titaniummetal lavet af?

Titaniummetal består udelukkende af titaniumatomer. Den har en atomvægt på 47,9 amu og atomnummeret 22. Nogle nøglefakta om titaniummetals sammensætning:

I sin rene form indeholder kommercielt titanium 99,5-99,9 vægtprocent titaniumatomer. Ilt, nitrogen, kulstof og jern udgør resten.

Legeringskvaliteter indeholder andre elementer som aluminium, vanadium, molybdæn og chrom tilsat for at forbedre egenskaberne.

Titanium har fem naturligt forekommende isotoper, men kun Ti-48 og Ti-50 er kommercielt vigtige. Ti-48 udgør 73 procent, mens Ti-50 udgør 5,5 procent.

Der er fem allotropiske krystalformer af titanium, men den hexagonale tætpakkede alfafase er stabil ved stuetemperatur.

Under smeltning omdannes rent titanium fra en HCP alfa-struktur til en højere temperatur BCC beta-fase ved 1668 grader F (825 grader).

Legeringselementer som molybdæn, vanadium og chrom stabiliserer betafasen, så den kan eksistere ved stuetemperatur.

Så i det væsentlige består kommercielt rent titaniummetal overvejende af titaniumatomer i et sekskantet arrangement. Legeringskvaliteter skræddersy mikrostrukturen og egenskaberne ved tilsætning af andre metalliske elementer.

Er titanium et stærkt metal?

Ja, titanium er et usædvanligt stærkt metal i forhold til dets lave densitet. På en styrke-til-vægt-basis opnår titanlegeringer styrker, der kan sammenlignes med mellemkulstofstål, men er næsten 50 procent lettere.

Nogle nøglefakta om titaniums styrke:

Kommercielt rent titanium har trækstyrkeniveauer omkring 63,000 psi. Legeringer forbedrer dette betydeligt til 160,000 psi eller mere.

Den ultimative trækstyrke af titanlegeringer er højere end aluminiumlegeringer, magnesiumlegeringer og kobberlegeringer.

Titanium bevarer sin høje styrke ved høje temperaturer meget bedre end andre letvægtslegeringer som aluminium.

Når det bruges til strukturelle dele, muliggør titanium større nyttelastkapacitet og brændstofbesparelser sammenlignet med tungere metalliske alternativer.

Styrken af ​​titanlegeringer kan skræddersyes ved varmebehandlingsprocesser, hvilket giver en materialeingeniør mulighed for at designe den optimale balance.

Så titanium er klart blandt de stærkeste i klassen af ​​lette strukturelle metaller. Dens unikke egenskaber muliggør ydelsesgevinster i kritiske applikationer som fly, missiler og turbiner til energiproduktion.

Referencer:

C. Leyens og M. Peters, red. (2003). Titanium og Titanium legeringer. Wiley-VCH.

M. Niinomi, red. (2008). Metaller til biomedicinske anordninger. Woodhead Publishing.

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

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

ASM Handbook, bind 2 - Egenskaber og udvalg: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials (1990). ASM International.