Sebbene il titanio e le sue leghe presentino i vantaggi di elevata resistenza specifica, buone prestazioni alle alte e basse temperature, resistenza alla corrosione, ecc.; se non vengono utilizzati correttamente, non sfruttando i propri punti di forza ed evitando le proprie debolezze, non riusciranno comunque a raggiungere i risultati attesi, ma causeranno invece perdite indebite. Come utilizzare correttamente il titanio? Nella selezione dei materiali in titanio è necessario considerare attentamente la categoria dei problemi:
1. Ambiente corrosivo Il titanio puro industriale e altre leghe di titanio nell'ambiente neutro e ossidativo hanno un'eccellente resistenza alla corrosione. In un ambiente riducente debole mantiene anche uno stato passivo. Corroso in acidi forti riducenti; ma buona resistenza alla corrosione in ambienti riducenti coesistenti con agenti anticorrosivi, anche per acqua regia. È resistente alla corrosione in ambienti corrosivi come sali ad alta temperatura, cloro gassoso umido, acido nitrico e vari agenti sbiancanti. Il titanio è passivo come anodo sotto diversi volt, quindi viene utilizzato nel trattamento anodico, nell'elettrolisi e nella galvanica. Non produce vaiolatura e corrosione interstiziale nell'acqua di mare. Ha una maggiore resistenza alla rottura per tensocorrosione, alla corrosione da contatto e all'abrasione. Ha una buona resistenza alla corrosione agli acidi organici eccetto gli antiacidi (non ventilati), ecc. La saldatura difficilmente riduce la resistenza alla corrosione del titanio. Sebbene il titanio abbia un'eccellente resistenza alla corrosione nei mezzi corrosivi di cui sopra; ma nella scelta del titanio come materiale resistente alla corrosione, bisogna comunque prestare attenzione ai seguenti punti:
(1) il titanio puro industriale nella temperatura statica elevata, l'elevata solubilità della soluzione di acido nitrico nella resistenza alla corrosione è migliore; ma nel flusso della soluzione di acido nitrico è spesso dovuto alla mancanza del ruolo di inibizione della corrosione degli ioni di titanio tetravalenti e della corrosione. Pertanto, il titanio da utilizzare in questo ambiente dovrebbe essere la lega Ti-5Ta.
(2) il titanio nell'acqua di mare e nella soluzione di cloruro non presenta vaiolature; ma contenente cloruro di magnesio, cloruro di alluminio, cloruro di rame, cloruro di zinco e soluzione bollente di cloruro di calcio. Il titanio puro industriale a temperature superiori a 90 gradi nell'acqua di mare esiste la possibilità di corrosione interstiziale, quindi in questo ambiente la scelta consigliata è la lega Ti-0.2Pb.
(3) il titanio industriale puro in idrocarburi contenenti cloro, gli idrocarburi del fluoro non si corrodono. Ma nel caso dell'acqua, dell'idrolisi e dell'acido cloridrico e dell'acido fluoridrico, la corrosione del titanio. Quando gli idrocarburi si decompongono ad alte temperature e producono idrogeno, il titanio può assorbire idrogeno e produrre infragilimento da idrogeno.
(4) Il titanio non è soggetto a corrosione da parte del cloro gassoso umido (contenente più dell'1% di acqua) e di gas come anidride solforosa, anidride carbonica, idrogeno solforato, ecc.; tuttavia, soffre di corrosione nel gas di cloro secco; e provoca incendio e combustione spontanea. Nell'intervallo di temperature di -253 ~ 93 gradi, la resistenza alla corrosione del titanio da parte dell'idrogeno e del perossido di azoto è eccellente; ma nell'ossigeno gassoso, l'ossigeno liquido e una certa elevata pressione parziale dell'ossigeno in soluzione acquosa possono anche causare la combustione spontanea del fuoco del titanio. È necessario prestare attenzione quando si utilizza il titanio in questo ambiente.
(5) il titanio industriale puro generalmente non presenta rotture per corrosione da stress; ma contiene tracce di acido cloridrico nel metanolo, nei solventi organici a base di etanolo e nell'acido nitrico fumante è soggetto a rottura per tensocorrosione o combustione spontanea del fuoco.
(6) titanio e contatto metallico a basso potenziale, corrosione del metallo a basso potenziale. Il grado di corrosione dipende dalla proporzione della superficie del metallo a contatto con il titanio.
(7) Sebbene il titanio abbia anche una buona resistenza alla corrosione per gli alcali con un valore di pH superiore a 9; tuttavia, il titanio viene utilizzato solo nella liscivia a basse temperature a causa della tendenza all'infragilimento da idrogeno a temperature più elevate. Quando la liscivia contiene cloro libero, la resistenza alla corrosione del titanio rispetto alla liscivia risulta migliorata. Al contrario, quando la liscivia contiene ossigeno e ammoniaca, la corrosione della lisciva del titanio viene esacerbata.
2. Proprietà chimiche, fisiche e meccaniche del titanio
Titanio e leghe di titanio e altri metalli, come nelle proprietà chimiche, fisiche e meccaniche con le proprie caratteristiche. Alcune proprietà sono diverse dall'acciaio al carbonio, dall'acciaio inossidabile e da altri metalli ferrosi; diverso anche dai metalli non ferrosi comunemente usati: alluminio, piombo e così via. Pertanto, nell'uso del titanio bisogna prestare attenzione alle seguenti caratteristiche:
(1) Il titanio è un metallo chimicamente molto attivo, a temperature più elevate può reagire con molti elementi e composti, in particolare con azoto, ossigeno, idrogeno e altri gas presenti nell'aria, peggiorando le prestazioni del titanio. Questo è un problema che deve essere attentamente considerato nella fusione, lavorazione, produzione e utilizzo del titanio.
(2) Il coefficiente di espansione lineare del titanio è circa due terzi dell'acciaio al carbonio; equivalente alla metà dell'acciaio inossidabile. Quando si utilizza il titanio per produrre il rivestimento di contenitori in acciaio al carbonio o acciaio inossidabile; oppure utilizzare il titanio per produrre tubi per scambiatori di calore a fascio tubiero, mentre il guscio con la produzione di acciaio al carbonio o acciaio inossidabile, prendere seriamente in considerazione l'attrezzatura nel processo di aumento e diminuzione delle temperature, il rivestimento e i tubi per resistere allo stress termico.
(3) La conduttività termica del titanio è 4,5 volte inferiore a quella dell'acciaio al carbonio e leggermente inferiore a quella dell'acciaio inossidabile. Pertanto, le apparecchiature in titanio utilizzate ad alte temperature, nella parete del guscio è facile che si formi un gradiente ad alta temperatura, con conseguente maggiore stress termico o stress da fatica termica. Questo inconveniente è però compensato dal suo minor coefficiente di dilatazione lineare. Pertanto, sebbene il coefficiente di conduttività termica del titanio sia basso; non influisce sull'efficienza del trasferimento di calore. Questo perché il titanio ha una migliore capacità antinquinamento; non il gas è condensazione a film e condensazione a gocce; può sopportare una portata più elevata di corrosione da sfregamento, può rendere la parete dell'apparecchiatura o la parete del tubo molto sottile, ad alta resistenza e con altre caratteristiche. Pertanto, il titanio ha migliori prestazioni di trasferimento del calore.
(4) Il titanio ha un punto di fusione elevato, solitamente 1668 ± 4 gradi. Circa 130 gradi in più rispetto all'acciaio al carbonio, rispetto all'acciaio inossidabile circa 243 gradi. Insieme alla sua bassa conduttività termica. Pertanto, il tempo di permanenza del metallo saldato nella zona ad alta temperatura è leggermente più lungo, è opportuno provocare una grana grossa, una riduzione della plasticità e la saldatura è facile da produrre grandi tensioni residue. Questo nella progettazione della struttura saldata deve essere attentamente considerato.
(5) Il titanio ha una scarsa conduttività elettrica. Se la conduttività del rame è del 100%, quella del titanio è solo del 3,1%. Ma è vicino alla conduttività dell'acciaio inossidabile. Questo è da tenere in considerazione nella progettazione degli elettrodi in titanio.
(6) Il titanio ha un modulo di elasticità basso, circa la metà dell'acciaio al carbonio o dell'acciaio inossidabile. Pertanto, particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla progettazione di componenti resistenti alla flessione.
(7) il titanio ha proprietà di rimbalzo significative, la sua capacità di rimbalzo è la formatura a freddo dell'acciaio inossidabile da 2 a 3 volte. Ciò è dovuto al limite di snervamento del titanio e al rapporto tra modulo elastico e carico di snervamento maggiore, per cui si verifica una grande sollecitazione all'interno della parte durante la formatura. Pertanto le apparecchiature in titanio generalmente non sono adatte al processo di stampaggio a freddo; e è necessario utilizzare un processo ortopedico a caldo di formatura a caldo o stampaggio a freddo.
(8) titanio e acciaio inossidabile, facili da attaccare. Pertanto, non è facile realizzare pezzi portanti in titanio con attrito senza un trattamento speciale; in caso contrario verranno rapidamente rottamati per abrasione o occlusione. Se si deve utilizzare il titanio come elemento mobile, è necessario scegliere di fare in modo che il titanio sopporti un materiale di attrito (come la plastica) costituito da un sottopezzo di attrito; o trattamento di indurimento superficiale; oppure utilizzare diversi gradi di lega di titanio realizzati con sub di attrito. Nella morsa a frizione a spirale deve essere utilizzata nell'adattamento a spirale con un ampio spazio o lubrificante.
(9) La resistenza alla trazione del titanio diminuisce all'aumentare della temperatura. Quando la temperatura raggiunge i 250 gradi, la sua resistenza alla trazione è solo la metà della temperatura ambiente. E la curva di trazione del titanio non ha limiti di snervamento fisico, ma solo limite di snervamento condizionato. Pertanto, quando si calcola la resistenza delle apparecchiature in titanio, è necessario selezionare il limite di resistenza alla temperatura di progetto.
(10) la resistenza al creep del titanio è scarsa, non solo alle alte temperature, anche a temperatura ambiente si verifica un comportamento al creep. Il suo limite di scorrimento solitamente prima aumenta e diminuisce con la temperatura; ma a 120 gradi, il limite di scorrimento cominciò ad aumentare di nuovo, a 200 gradi quando il valore massimo. Successivamente, il limite di scorrimento continua ad aumentare con la temperatura e a diminuire. Solitamente nell'intervallo di temperature di 200 ~ 300 gradi per seguire caratteristiche di scorrimento stabile. Pertanto, quando si calcola la resistenza delle apparecchiature in titanio, non è necessario calcolarla solo in base al limite di resistenza alla temperatura di progetto; ma devono anche essere calibrati in base al limite di scorrimento.
(11) La plasticità del titanio puro industriale ha un rapporto speciale con la temperatura. Dalla temperatura ambiente a 200 gradi, l'allungamento relativo del titanio aumenta. Nella temperatura continua, inizia a diminuire. L'allungamento relativo raggiunge un minimo a 450~500 gradi, per poi aumentare in modo significativo. Pertanto, è meglio utilizzare la temperatura non superiore a 350 gradi.
(12) La resistenza all'urto del titanio puro industriale domestico è bassa, in parte è di soli 8,0 kg-m/cm2 a temperatura ambiente. ma aumenta con l'aumento della temperatura. Quando la temperatura supera i 200 gradi, la forza d'urto aumenta rapidamente. Entro 550 gradi, la resistenza all'impatto può raggiungere circa 18 kg-m/cm2. E il suo valore di impatto diminuisce con l'aumento del contenuto di impurità. Pertanto, quando si progettano apparecchiature in titanio, la concentrazione delle sollecitazioni dovrebbe essere evitata il più possibile per evitare eccessivi picchi di sollecitazione locale.
(13) La durezza e la resistenza del titanio aumentano con il grado di deformazione a freddo. Ad esempio, un grado di deformazione a freddo pari all'80% del limite di resistenza del campione rispetto al campione completamente ricotto 1 volta più grande. All’aumentare del grado di deformazione a freddo, il valore dell’allungamento diminuisce rapidamente. Quando il grado di deformazione a freddo supera il 50%, l'allungamento scende al 10% e poi non continua a diminuire. Inoltre, le proprietà meccaniche del titanio sono legate alla velocità di deformazione. Quando la velocità di allungamento viene aumentata da 0,01 minuti a 1,5 minuti, il suo limite di resistenza aumenta da 36,5 kg-forza/mm2 a 42,5 kg-forza/mm2; la velocità di allungamento diminuisce notevolmente per poi aumentare nuovamente. Pertanto, quando il titanio viene stampato a freddo, il grado di deformazione e la velocità di deformazione devono essere rigorosamente controllati.
(14) Il titanio ha un'eccellente resistenza alla fatica; tuttavia, è più sensibile all'intaglio. Nell'esperimento di piegatura rotante, il rapporto tra la resistenza alla fatica e la resistenza alla trazione è di circa il 60%; mentre l'acciaio al carbonio generale rappresenta solo circa il 45% della resistenza alla trazione. Anche la finitura superficiale ha un grande effetto sulla resistenza alla fatica. Le barre di prova con superfici altamente lucidate hanno una resistenza alla fatica maggiore rispetto a quelle con superfici lavorate. Pertanto, quando si progettano apparecchiature in titanio, dovrebbero essere evitate discontinuità strutturali e le saldature dovrebbero essere il più lisce possibile.
15) Il titanio non può essere saldato per fusione con altri metalli. Questo perché il punto di fusione del titanio è più alto rispetto ad altri metalli; e ha formato un composto intermetallico fragile, causando infragilimento della saldatura. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla progettazione della giunzione quando si riveste parzialmente la nave. Incollaggio, brasatura, saldatura esplosiva e bullonatura possono essere utilizzati quando sono richieste connessioni con altri metalli.
16) La progettazione dei giunti saldati per le apparecchiature in titanio è simile alla forma dei giunti utilizzati per altri metalli; tuttavia, a causa della maggiore fluidità del titanio fuso. Pertanto, è assemblato più strettamente rispetto ad altri metalli. Quando si saldano di testa piastre sottili, di solito non viene lasciato alcun gioco dai bordi smussati per i giunti di testa equilateri. Queste saldature possono essere realizzate senza filo di apporto se il montaggio stradale è soddisfacente. Quando lo spessore della lamiera supera 1,5 mm, viene utilizzato un bordo smussato o un singolo smusso a V per garantire la penetrazione della saldatura. Per queste giunzioni è necessario del filo aggiuntivo. Per piastre o sezioni spesse utilizzare uno smusso a V singolo o doppio. In questi casi, i giunti dovrebbero essere progettati per richiedere passaggi minimi di saldatura e per facilitare la protezione delle radici della saldatura.
17) Quando si progettano getti di titanio, è necessario tenere presente che il titanio ha uno stretto intervallo di temperatura della linea della fase liquida - linea della fase solida. Questa tendenza a solidificare rapidamente favorisce la solidificazione direzionale del getto; tuttavia, spesso porta a crepe e restringimenti nei punti in cui si concentra il calore. Si dovrebbero evitare brusche variazioni nelle sezioni di spessore e spigoli vivi in tutte le parti adiacenti dei getti di titanio. Dove non possono essere evitati, sia le variazioni di spessore che gli spigoli vivi dovrebbero avere transizioni arrotondate di raggio sufficiente. L'interfaccia del getto dovrebbe essere una sezione trasversale uniforme con una rastremazione. Su tutte le superfici verticali è opportuno considerare un'ampia pendenza di pescaggio; e si dovrebbe prestare attenzione alla posizione dei montanti e al fatto che non è necessaria una molatura fine dopo la rimozione di questi montanti del canale di colata.
18) La maschiatura del titanio è un processo più difficile. Ciò è dovuto alle limitate scanalature per i trucioli nel maschio e alla forte adesione del titanio, che portano entrambi al deterioramento della filettatura. Al termine del taglio il titanio tende a bloccarsi sul maschio provocandone la rottura. Pertanto, nella progettazione delle apparecchiature in titanio, dovrebbero essere evitati fori ciechi e fori passanti eccessivamente lunghi; allo stesso tempo, le tolleranze del grado di idoneità dovrebbero essere opportunamente allentate.
(19) L'allungamento del tubo di titanio domestico varia tra il 28 e il 40%; mentre l'allungamento dell'acciaio inossidabile è compreso tra il 50 e il 60%. Pertanto, il gioco di dilatazione dello scambiatore di calore a guscio e tubo in titanio dovrebbe essere inferiore a quello dell'acciaio inossidabile; in caso contrario, il tubo della colonna tende a rompersi durante l'espansione.
(20) titanio nel processo di taglio, a causa della deformazione plastica e alle alte temperature di taglio, il titanio assorbe facilmente l'ossigeno atmosferico, l'azoto per formare una pelle dura e fragile e il fenomeno dell'incrudimento. Il risultato non solo riduce la resistenza alla fatica delle parti; e aumenterà l'usura dell'utensile e porterà difficoltà alla lavorazione futura. Pertanto, nel taglio del titanio generalmente si sceglie una velocità di taglio inferiore, una profondità di taglio e un avanzamento maggiori. E l'uso di un lubrificante di raffreddamento adatto, raffreddamento ad alta pressione. Per ridurre la temperatura di taglio, migliorare la qualità della superficie di lavorazione e la durata dell'utensile.
