As características e funções do titânio

O titânio é um elemento com número atômico 22 na tabela periódica. O subgrupo de elementos do quarto período, a designação IVB, inclui zircônio e háfnio além de titânio. A característica comum é um alto ponto de fusão, que se forma em sua superfície à temperatura ambiente. filme de óxido estável.

1. Baixa densidade, alta resistência, alta resistência específica

A densidade do titânio é 4,51g/cm3, o que representa 57% do aço. O titânio tem menos que o dobro do peso do alumínio, mas é três vezes mais forte. A resistência específica (relação resistência/densidade) da liga de titânio é a maior entre as ligas industriais comumente usadas (ver Tabela 2-1). A resistência específica da liga de titânio é 3,5 vezes maior que a do aço inoxidável; 1,3 vezes maior que a liga de alumínio; 1,7 vezes maior que a liga de magnésio. É um material estrutural indispensável para a indústria aeroespacial.

Tabela 2-1 Comparação de densidade e resistência específica de titânio e outros metais

2. Excelente resistência à corrosão

A passivação do titânio depende da presença de filmes de óxido, que são mais resistentes à corrosão em meios oxidantes do que em meios redutores. A corrosão em alta velocidade ocorre em meios redutores. O titânio não é corroído em alguns meios corrosivos, como água do mar, cloro úmido, soluções de clorito e hipoclorito, ácido nítrico, ácido crômico, cloretos metálicos, sulfetos e ácidos orgânicos. Mas no meio (como ácido clorídrico, ácido sulfúrico) que reage com o titânio para gerar hidrogênio, o titânio geralmente apresenta uma grande taxa de corrosão. No entanto, se uma pequena quantidade de oxidante for adicionada ao ácido, um filme de passivação será formado na superfície do titânio. Portanto, o titânio tem resistência à corrosão em ácido sulfúrico concentrado-ácido nítrico ou mistura de ácido clorídrico-ácido nítrico, mesmo em ácido clorídrico contendo cloro livre. Uma película protetora de óxido de titânio geralmente se forma quando o metal entra em contato com água, mesmo em pequenas quantidades ou em vapor d'água. Se o titânio for exposto a um ambiente oxidante forte sem água, ocorrerão oxidação rápida e reações violentas, e muitas vezes até ocorrerá combustão espontânea. Este fenômeno ocorre quando o titânio reage com ácido nítrico fumegante contendo excesso de óxidos de nitrogênio e quando o titânio reage com cloro gasoso seco. Portanto, para evitar tais reações, deve haver uma certa quantidade de água. Mesmo em pequenas quantidades ou em vapor de água. Se o titânio for exposto a um ambiente oxidante forte sem água, ocorrerão oxidação rápida e reações violentas, e muitas vezes até ocorrerá combustão espontânea. Este fenômeno ocorre quando o titânio reage com ácido nítrico fumegante contendo excesso de óxidos de nitrogênio e quando o titânio reage com cloro gasoso seco. Portanto, para evitar tais reações, deve haver uma certa quantidade de água. Mesmo em pequenas quantidades ou em vapor de água. Se o titânio for exposto a um ambiente oxidante forte sem água, ocorrerão oxidação rápida e reações violentas, e muitas vezes até ocorrerá combustão espontânea. Este fenômeno ocorre quando o titânio reage com ácido nítrico fumegante contendo excesso de óxidos de nitrogênio e quando o titânio reage com cloro gasoso seco. Portanto, para evitar tais reações, deve haver uma certa quantidade de água.

3. Boa resistência ao calor

Normalmente o alumínio perde suas propriedades originais a 150 graus, o aço inoxidável perde suas propriedades originais a 310 graus e as ligas de titânio ainda mantêm boas propriedades mecânicas em torno de 500 graus. Quando a velocidade da aeronave atinge 2,7 vezes a velocidade do som, a temperatura da superfície da estrutura da aeronave atinge 230 graus, e ligas de alumínio e magnésio não podem ser usadas, enquanto ligas de titânio podem atender aos requisitos. O titânio tem boa resistência ao calor e é usado em discos e pás de compressores de motores aeronáuticos e no revestimento da fuselagem traseira da aeronave.

4. bom desempenho em baixas temperaturas

A resistência de algumas ligas de titânio (como Ti-5AI-2.5SnELI) aumenta com a diminuição da temperatura, mas a plasticidade não diminui muito. Ainda possui boa plasticidade e tenacidade em baixas temperaturas, adequado para uso em temperaturas ultrabaixas. Ele pode ser usado para motores de foguete de hidrogênio líquido seco e oxigênio líquido, e também pode ser usado para contêineres de temperatura ultrabaixa e tanques de armazenamento de espaçonaves tripuladas.

5. não magnético

O titânio não é magnético e é usado em projéteis submarinos e não causa explosões em minas.

6. Pequena condutividade térmica

A comparação da condutividade térmica entre o titânio e outros metais é mostrada na Tabela 2-2.

Tabela 2-2 Comparação da condutividade térmica entre titânio e outros metais

A condutividade térmica do titânio é pequena, apenas 1/5 do aço, 1/13 do alumínio e 1/25 do cobre. A baixa condutividade térmica é uma desvantagem do titânio, mas esta propriedade do titânio pode ser explorada em alguns casos.

7. baixo módulo de elasticidade

O módulo de elasticidade do titânio é comparado com outros metais na Tabela 2-3.

Tabela 2-3 Comparação do módulo elástico de titânio e outros metais

O módulo de elasticidade do titânio é apenas 55% do do aço, e seu baixo módulo de elasticidade é uma desvantagem quando é usado como material estrutural.

8. A resistência à tração e a resistência ao escoamento são muito semelhantes

A resistência à tração da liga de titânio Ti-6AI-4V é 960MPa, a resistência ao escoamento é 892MPa, a diferença entre as duas é de apenas 58MPa, consulte a Tabela 2-4.

Tabela 2-4 Comparação da resistência à tração e resistência ao escoamento de titânio e outros metais

9. O titânio é facilmente oxidado em altas temperaturas

O titânio possui fortes ligações de hidrogênio e oxigênio e deve-se tomar cuidado para evitar a oxidação e a absorção de hidrogênio. A soldagem de titânio deve ser realizada sob proteção de argônio para evitar contaminação. Tubos e placas finas de titânio devem ser tratados termicamente sob vácuo, e o tratamento térmico de peças forjadas de titânio deve controlar a atmosfera microoxidativa.

10. Baixa resistência ao amortecimento

Use titânio e outros materiais metálicos (cobre, aço) para fazer sinos exatamente do mesmo formato e tamanho, e bata em cada sino com a mesma força, e você descobrirá que o sino feito de titânio vibra e o som dura, ou seja, tocando a campainha. A energia fornecida não é fácil de desaparecer, por isso dizemos que o desempenho de amortecimento do titânio é baixo.