Proprietà e funzioni del metallo titanio

La lega di titanio è un materiale leggero, resistente alla corrosione e ad alta resistenza e l'applicazione risultante agli smartphone può migliorare la resistenza complessiva, la resistenza alle cadute e la resistenza ai graffi del telefono. Tuttavia, la lega di titanio è un materiale difficile da lavorare e l’introduzione delle lunette in lega di titanio rappresenta una sfida nella tecnologia CNC. Perché riteniamo che la lega di titanio sia un materiale difficile da lavorare? Riconosciamo insieme le sue proprietà.
Il titanio è un elemento con numero atomico 22 nella tavola periodica, un elemento del sottogruppo del quarto ciclo, cioè il gruppo IVB, che è un gruppo di elementi diversi dal titanio, zirconio e afnio, la cui caratteristica comune è un alto punto di fusione e la formazione di un film di ossido stabile sulla sua superficie a temperatura ambiente.
1, bassa densità, alta resistenza, resistenza specifica
La densità del titanio è 4,51 g/cm3, il 57% dell'acciaio, il titanio è meno di due volte più pesante dell'alluminio, tre volte più resistente dell'alluminio. La resistenza specifica della lega di titanio (rapporto resistenza/densità) è la più grande tra le leghe industriali comunemente utilizzate (vedere Tabella 1), la resistenza specifica della lega di titanio è 3,5 volte quella dell'acciaio inossidabile, la lega di alluminio 1,3 volte quella della lega di magnesio 1,7 volte, quindi è è un materiale strutturale essenziale per l'industria aerospaziale.
2, eccellente resistenza alla corrosione
La passività del titanio dipende dalla presenza di una pellicola di ossido, che ha una resistenza alla corrosione molto migliore nei mezzi ossidanti che nei mezzi riducenti. La corrosione ad alta velocità si verifica nei mezzi riducenti. Il titanio non si corrode in alcuni mezzi corrosivi, come acqua di mare, cloro gassoso umido, soluzioni di clorito e ipoclorito, acido nitrico, acido cromico, cloruri metallici, solfuri e acidi organici. Tuttavia, nei mezzi che reagiscono con il titanio per produrre idrogeno (ad esempio gli acidi cloridrico e solforico), il titanio solitamente ha una velocità di corrosione elevata. Tuttavia, se all'acido viene aggiunta una piccola quantità di agente ossidante, sulla superficie del titanio si formerà una pellicola di passivazione. Pertanto, il titanio è resistente alla corrosione nelle miscele forti di acido solforico-acido nitrico o acido cloridrico-acido nitrico e persino nell'acido cloridrico contenente cloro libero. La pellicola protettiva di ossido del titanio si forma spesso quando il metallo incontra l'acqua, anche in piccole quantità di acqua o vapore acqueo. Se il titanio viene esposto ad un ambiente fortemente ossidante in completa assenza di acqua, si verifica una rapida ossidazione e spesso si verificano reazioni violente e persino una combustione spontanea. Tali fenomeni si sono verificati quando il titanio reagisce con acido nitrico fumante contenente un eccesso di ossido di azoto e quando il titanio reagisce con gas di cloro secco. Pertanto, per prevenire tali reazioni è necessaria una certa quantità di acqua.
3, buona resistenza al calore
Solitamente l'alluminio a 150 gradi, l'acciaio inossidabile a 310 gradi, ovvero la perdita delle prestazioni originali, e la lega di titanio a 500 gradi circa mantengono comunque buone proprietà meccaniche. Quando la velocità dell'aereo raggiunge 2,7 volte la velocità del suono, la temperatura superficiale della struttura dell'aereo raggiunge i 230 gradi, le leghe di alluminio e le leghe di magnesio non possono essere utilizzate, mentre le leghe di titanio possono soddisfare i requisiti. La resistenza al calore del titanio è buona, viene utilizzato per il disco e le pale del compressore dei motori aeronautici e per il rivestimento della fusoliera posteriore dell'aereo.
4, buone prestazioni a bassa temperatura
Alcune leghe di titanio (come Ti-5AI-2.5SnELI) resistono alla riduzione e all'aumento della temperatura, ma la plasticità non si riduce molto, hanno comunque una buona duttilità e tenacità alle basse temperature, adatte per utilizzare a temperature ultra-basse. Può essere utilizzato nei motori a razzo a idrogeno liquido secco e ossigeno liquido o in veicoli spaziali con equipaggio per contenitori e scatole di stoccaggio a temperatura ultrabassa.
5, non magnetico
Il titanio non è magnetico, viene utilizzato nei proiettili sottomarini, non provoca l'esplosione delle mine.
6, piccola conduttività termica
La conduttività termica del titanio è piccola, solo 1/5 dell'acciaio, dell'alluminio 1/13, del rame 1/25. la scarsa conduttività termica è uno svantaggio del titanio, ma in alcune occasioni è possibile sfruttare questa caratteristica del titanio.
7, basso modulo di elasticità
Il modulo di elasticità del titanio è solo il 55% dell'acciaio, come materiale strutturale, il basso modulo di elasticità è uno svantaggio.
8, la resistenza alla trazione e la resistenza allo snervamento sono molto vicine
Resistenza alla trazione della lega di titanio Ti-6AI-4V di 960 MPa, carico di snervamento di 892 MPa, la differenza tra i due è di soli 58 MPa.
9, il titanio si ossida facilmente alle alte temperature
Titanio con una forte combinazione di idrogeno e ossigeno, dobbiamo prestare attenzione per prevenire l'ossidazione e l'assorbimento dell'idrogeno. La saldatura del titanio deve essere eseguita sotto protezione di argon per prevenire la contaminazione. I tubi e le piastre in titanio devono essere trattati termicamente sotto vuoto, trattamento termico dei pezzi fucinati in titanio per controllare l'atmosfera microossidante.
10, bassa resistenza allo smorzamento
Titanio e altri materiali metallici (rame, acciaio) realizzati con la stessa forma e dimensione dell'orologio, con la stessa forza per battere ogni orologio scopriranno che l'orologio in titanio oscilla al suono di un tempo lungo, cioè attraverso l'energia data all'orologio non è facile da scomparire, quindi diciamo che le prestazioni di smorzamento del titanio sono basse.