Ανάλυση απόδοσης μετάλλου τιτανίου

Γενικά, το αλουμίνιο χάνει τις αρχικές του ιδιότητες στους 150 βαθμούς, ο ανοξείδωτος χάλυβας χάνει τις αρχικές του ιδιότητες στους 310 βαθμούς και τα κράματα τιτανίου εξακολουθούν να διατηρούν καλές μηχανικές ιδιότητες στους περίπου 500-600 βαθμούς. Όταν η ταχύτητα του αεροσκάφους φτάσει τα 2,7 Mach, η θερμοκρασία επιφάνειας της δομής του αεροσκάφους φτάνει τους 230 βαθμούς. Τα κράματα αλουμινίου και τα κράματα μαγνησίου δεν είναι πλέον διαθέσιμα, αλλά τα κράματα τιτανίου μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις. Το τιτάνιο έχει καλή αντοχή στη θερμότητα και χρησιμοποιείται στους δίσκους και τις λεπίδες των συμπιεστών κινητήρων αεροσκαφών και στο δέρμα των πίσω ατράκτων των αεροσκαφών.

Η αντοχή ορισμένων κραμάτων τιτανίου (όπως το Ti-5Al-2.5SnELI) αυξάνεται καθώς μειώνεται η θερμοκρασία, αλλά η πλαστικότητα δεν μειώνεται πολύ. Έχει ακόμα καλή πλαστικότητα και σκληρότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες και είναι κατάλληλο για χρήση σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πυραυλοκινητήρες υγρού υδρογόνου και υγρού οξυγόνου ή ως δοχεία εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας και δεξαμενές αποθήκευσης σε επανδρωμένα διαστημόπλοια.

Το ίδιο το τιτάνιο είναι μη μαγνητικό και τα κράματα τιτανίου που δεν περιέχουν σίδηρο είναι επίσης μη μαγνητικά, επομένως οι μαγνητικές παρεμβολές μπορούν να αποφευχθούν αποτελεσματικά. Χρησιμοποιείται για υποβρύχια κοχύλια και δεν προκαλεί εκρήξεις ναρκών. Εκτός από τη χρήση του στην εθνική άμυνα, την αεροπορία και την κατασκευή όπλων, χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στη σιδηροδρομική μηχανική, τις επικοινωνίες, την αεροδιαστημική, την αεροπορία, τα εργαστήρια υψηλής τεχνολογίας, τα νοσοκομεία (σαρώσεις, ακτίνες Χ, μαγνητική τομογραφία, ηλεκτροκαρδιογραφήματα, καθοδικοί σωλήνες), ιατρική, πυρηνική βιομηχανία, πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός, μαγνητικό φασματόμετρο, μαγνήτης υψηλής Tesla, υπαίθριες λειτουργίες, κατασκευή αποβάθρας, καταδύσεις, χημική βιομηχανία, πυροπροστασία, αφαλάτωση, ναυπηγική, υπεράκτιες πλατφόρμες πετρελαίου και φυσικού αερίου, βιομηχανία αλατιού κ.λπ.

Η θερμική αγωγιμότητα του κράματος τιτανίου είναι μικρή, δηλαδή θερμαίνεται γρήγορα και μεταφέρει τη θερμότητα αργά. Η θερμική του αγωγιμότητα είναι μόνο το 1/5 του χάλυβα, το 1/13 του αλουμινίου και το 1/25 του χαλκού. Η κακή θερμική αγωγιμότητα είναι ένα μειονέκτημα του τιτανίου, αλλά αυτή η ιδιότητα του τιτανίου μπορεί να εκμεταλλευτεί σε ορισμένες περιπτώσεις.

Το μέτρο ελαστικότητας του τιτανίου είναι μόνο το μισό από αυτό του χάλυβα. Όταν χρησιμοποιείται ως δομικό υλικό, το χαμηλό μέτρο ελαστικότητας του είναι μειονέκτημα και είναι επιρρεπές σε παραμόρφωση.

Αντοχή σε εφελκυσμό και αντοχή διαρροής του τιτανίου

Η αντοχή σε εφελκυσμό του κράματος τιτανίου Ti-6Al-4V είναι 960 MPa και η αντοχή διαρροής είναι 892 MPa. Η διαφορά μεταξύ των δύο είναι μόνο 58MPa. Αυτό το χαρακτηριστικό προκαλεί το τιτάνιο να παράγει μεγάλο ελατήριο κατά την επεξεργασία, το οποίο πρέπει να ξεπεραστεί.

Το τιτάνιο έχει ισχυρή δεσμευτική δύναμη με το υδρογόνο και το οξυγόνο. Πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα για την αποφυγή οξείδωσης και απορρόφησης υδρογόνου. Η συγκόλληση τιτανίου πρέπει να πραγματοποιείται με προστασία αργού για την αποφυγή μόλυνσης. Οι σωλήνες και οι πλάκες τιτανίου πρέπει να υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία υπό κενό και η ατμόσφαιρα μικροοξείδωσης πρέπει να ελέγχεται κατά τη θερμική επεξεργασία των σφυρηλατήσεων τιτανίου.

Τα ίδια ρολόγια σε σχήμα και μέγεθος είναι κατασκευασμένα από τιτάνιο και άλλα μεταλλικά υλικά (χαλκός, χάλυβας). Όταν χτυπούσαν διαφορετικές καμπάνες με την ίδια δύναμη, διαπιστώσαμε ότι ο ήχος διαρκούσε περισσότερο όταν η καμπάνα από τιτάνιο ταλαντευόταν, δηλαδή η ενέργεια που δόθηκε στο κουδούνι από το χτύπημα δεν εξαφανίστηκε εύκολα, γεγονός που δείχνει ότι το τιτάνιο έχει χαμηλότερες ιδιότητες απόσβεσης και μπορεί να να χρησιμοποιηθεί Φτιάξτε μια ποικιλία μουσικών οργάνων.

Η λειτουργία μνήμης σχήματος τιτανίου, η υπεραγώγιμη λειτουργία και η λειτουργία απορρόφησης υδρογόνου ονομάζονται οι τρεις ειδικές λειτουργίες του τιτανίου και των κραμάτων τιτανίου.

Λειτουργία μνήμης σχήματος τιτανίου

Ένα ορισμένο ποσοστό κράματος Ti-Ni μπορεί να αποκαταστήσει το αρχικό του σχήμα υπό ορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας, δηλαδή έχει λειτουργία μνήμης σχήματος. Αυτό το υλικό ονομάζεται κράμα μνήμης σχήματος. Σήμερα, τα κράματα μνήμης σχήματος χρησιμοποιούνται ευρέως στην αεροδιαστημική, τη ναυτιλία, τα όπλα, τις ιατρικές και βιομηχανικές εφαρμογές.

Όταν η θερμοκρασία πέσει σχεδόν στο μηδέν, τα σύρματα που κατασκευάζονται από κράμα νιοβίου-τιτανίου χάνουν την αντίσταση και γίνονται υπεραγώγιμα. Όταν διέρχεται οποιοδήποτε μεγάλο ρεύμα, το καλώδιο δεν θα θερμαίνεται και δεν θα καταναλώνει ενέργεια. Το Nb-Ti ονομάζεται υπεραγώγιμο υλικό.

Ορισμένο ποσοστό κράματος Ti-Fe έχει την ικανότητα να απορροφά μεγάλες ποσότητες υδρογόνου. Χρησιμοποιώντας αυτό το χαρακτηριστικό, το υδρογόνο μπορεί να αποθηκευτεί με ασφάλεια και υπό ορισμένες συνθήκες, το αποθηκευμένο κράμα Ti-Fe μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απελευθέρωση υδρογόνου, το οποίο παρέχει μια εναλλακτική λύση στη χρήση χαλύβδινων κυλίνδρων αερίου υψηλής πίεσης για αποθήκευση υδρογόνου. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται συνάρτηση απορρόφησης υδρογόνου του τιτανίου και τα υλικά με αυτή τη λειτουργία ονομάζονται υλικά αποθήκευσης ενέργειας.