Διαφορετικές χρήσεις τιτανίου και κραμάτων τιτανίου-τιτανίου
Το τιτάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο με σύμβολο Ti και ατομικό αριθμό 22. Η πυκνότητα του τιτανίου είναι 4,54 g/cm3, που είναι 43% ελαφρύτερο από τον χάλυβα. Είναι υψηλότερο από το αλουμίνιο, αλλά χαμηλότερο από τον χάλυβα, τον χαλκό και το νικέλιο. Η ειδική του αντοχή κατέχει την πρώτη θέση μεταξύ των μετάλλων.
Είναι ένα γυαλιστερό μέταλλο μετάπτωσης γνωστό για την υψηλή αντοχή, τη χαμηλή πυκνότητα, την καλή αντοχή στη διάβρωση και την καλή πλαστικότητα και συγκολλησιμότητα.
Λόγω των ευνοϊκών ιδιοτήτων του, το τιτάνιο χρησιμοποιείται συνήθως σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία, τα ιατρικά εμφυτεύματα και ο αθλητικός εξοπλισμός.
Το κράμα τιτανίου, από την άλλη πλευρά, είναι ένα υλικό που χρησιμοποιεί τιτάνιο ως βασικό μέταλλο, αλλά αναμιγνύεται με μικρές ποσότητες άλλων στοιχείων για να αλλάξει τις ιδιότητές του. Αυτά τα στοιχεία κραμάτων μπορεί να περιλαμβάνουν στοιχεία όπως αλουμίνιο, βανάδιο, μολυβδαίνιο κ.λπ., ανάλογα με τις επιθυμητές ιδιότητες του κράματος
Σύμφωνα με την περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες, το τιτάνιο χωρίζεται σε τιτάνιο υψηλής καθαρότητας (καθαρότητα έως 99,9%) και σε βιομηχανικό καθαρό τιτάνιο (καθαρότητα έως 99,5%). Υπάρχουν τρεις ποιότητες βιομηχανικού καθαρού τιτανίου, οι οποίες αντιπροσωπεύονται από TA + σειριακούς αριθμούς 1, 2 και 3. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός, τόσο χαμηλότερη είναι η καθαρότητα. Ti: 4,507 g/cm3, Tm: 1688 μοίρες. Έχει αλλοτροπικό μετασχηματισμό, με φάση κλειστής εξαγωνικής δομής σε μικρότερη ή ίση με 882,5 μοίρες και φάση με κυβική δομή με κέντρο το σώμα σε μεγαλύτερη ή ίση με 882,5 μοίρες. Το καθαρό τιτάνιο έχει χαμηλή αντοχή, αλλά υψηλή ειδική αντοχή, καλή πλαστικότητα, καλή ανθεκτικότητα σε χαμηλή θερμοκρασία και υψηλή αντοχή στη διάβρωση. Το τιτάνιο έχει καλή απόδοση επεξεργασίας πίεσης αλλά κακή απόδοση κοπής. Το τιτάνιο μπορεί να καεί όταν θερμαίνεται σε άζωτο, επομένως το τιτάνιο πρέπει να προστατεύεται από αργό κατά τη θέρμανση και τη συγκόλληση.
Σκοπός του καθαρού τιτανίου: Η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες έχει μεγάλη επίδραση στην απόδοση του τιτανίου. Μια μικρή ποσότητα ακαθαρσιών μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αντοχή του τιτανίου. Ως εκ τούτου, η αντοχή του βιομηχανικού καθαρού τιτανίου είναι υψηλή, κοντά στο επίπεδο των κραμάτων αλουμινίου υψηλής αντοχής και χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή πετροχημικών εναλλακτών θερμότητας, αντιδραστήρων, εξαρτημάτων πλοίων, δερμάτων αεροσκαφών κ.λπ. με θερμοκρασίες λειτουργίας κάτω από 350 βαθμούς.
Τα κράματα τιτανίου αναφέρονται σε διάφορα κράματα μετάλλων από τιτάνιο και άλλα μέταλλα. Η πυκνότητα των κραμάτων τιτανίου είναι συνήθως περίπου 4,51 g/cm3, που είναι μόνο το 60% της πυκνότητας του χάλυβα. Τα κράματα τιτανίου έχουν υψηλή αντοχή, καλή αντοχή στη διάβρωση και αντοχή στη θερμότητα. Τα κράματα τιτανίου αντιπροσωπεύουν μόνο το 60% του χάλυβα και η αντοχή ορισμένων κραμάτων τιτανίου υψηλής αντοχής υπερβαίνει την αντοχή πολλών κραματοποιημένων δομικών χάλυβων. Το κράμα τιτανίου κατασκευάζεται με την προσθήκη al, mo, cr, sn και άλλων χημικών ουσιών με βάση καθαρό τιτάνιο. Ακριβώς λόγω αυτών των χημικών ουσιών οι ιδιότητες των δύο μετάλλων τιτανίου είναι διαφορετικές. Τα κράματα χρησιμοποιούνται συχνά σε πιο απαιτητικές ή εξειδικευμένες εφαρμογές όπου το καθαρό τιτάνιο μπορεί να μην έχει τις επιθυμητές ιδιότητες.
Η διαφορά μεταξύ τιτανίου και κραμάτων τιτανίου
Όταν αποφασίζουν να χρησιμοποιήσουν μη κράμα εμπορικά καθαρό τιτάνιο ή ένα από τα κράματά του, οι κατασκευαστές θα εξετάσουν βασικούς παράγοντες όπως η αντοχή και η αντοχή στη διάβρωση. Μηχανικές ιδιότητες όπως η πυκνότητα, ο ρυθμός ανάπτυξης ρωγμών κόπωσης και η ανθεκτικότητα σε θραύση θα καθορίσουν τη σύνθεση του κράματος και την ανάγκη για θερμική επεξεργασία.
Για εφαρμογές διάβρωσης, συνήθως προτιμάται το καθαρό τιτάνιο λόγω της χαμηλότερης αντοχής του. Τέτοιες εφαρμογές μπορούν να περιλαμβάνουν εναλλάκτες θερμότητας, δεξαμενές αποθήκευσης και δοχεία αντίδρασης για μια ποικιλία βιομηχανιών και τομέων, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής ενέργειας, της χημικής επεξεργασίας και της αφαλάτωσης.
Όταν πρόκειται για εφαρμογές υψηλής απόδοσης, χρησιμοποιούνται κράματα τιτανίου υψηλότερης αντοχής. Αυτά χρησιμοποιούνται στην ανάπτυξη αεριοστροβίλων και διάφορων κατασκευών αεροσκαφών, καθώς και υποβρυχίων και εξοπλισμού γεώτρησης. Σήμερα, τα κράματα τιτανίου χρησιμοποιούνται επίσης για την κατασκευή βιοϊατρικών εμφυτευμάτων και εξαρτημάτων ποδηλάτων (πλαισίων).
Χρησιμοποιούνται κράματα όπως Ti-6Al-4V και Ti{2}}Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr σε εφαρμογές υπεράκτιων γεωτρήσεων και γεωθερμικών αγωγών. Άλλα κράματα, συμπεριλαμβανομένων Ti-6V-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo+Si, Ti-10V-2 Fe-3Al, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo+Si, χρησιμοποιούνται σε αεροδιαστημικές εφαρμογές καθώς και σε κινητήρες αεριοστροβίλων.
