Visaptverošs pētījumu ziņojums par titāna un titāna sakausējumiem: pamatīpašības, pētniecības progress un nākotnes izaicinājumi

1 Titāna un titāna sakausējumu pamata fizikālās un ķīmiskās īpašības
Titāns kā stratēģisks viegls metāls ieņem neaizvietojamu pozīciju augstā - gala rūpniecības laukā ar lielisko specifisko stiprību (stiprības/blīvuma koeficients) un visu -} vides korozijas pretestību. Titāna blīvums ir tikai 4,51 g/cm³ (apmēram 57% no tērauda), bet tā izturība ir līdzvērtīga augstajai - stiprības tēraudam, padarot to par visaugstāko specifisko stiprību starp metāla materiāliem. Titāna kristāla struktūra ir sešstūra aizvēršana - iesaiņota (HCP, fāze) zem 882 grādu un korpusa - CENTED CUBIC (BCC, fāze) virs 882 grādu. Šī fāzes izmaiņu īpašība nodrošina bagātīgas iespējas sakausējuma projektēšanai.

 

1.1. Mehāniskā un vides pielāgošanās augstas un zemas temperatūras veiktspēja: titāna sakausējumi joprojām saglabā labu stiprumu diapazonā no 450 - 600 grādiem, piemēram, ti - 6Al-4V, kas uztur ražas stiprumu vairāk nekā 500 MPa ar 400 grādu. Zemas temperatūras veiktspēja ir vēl izcilāka. TA7 sakausējuma pagarinājums pie -253 grādu šķidrā ūdeņraža temperatūrā ir lielāks par 12%, padarot to par vēlamo materiālu kosmiskās kriogēno degvielas traukiem. Korozijas rezistences mehānisms: blīva tio₂ pasivācijas plēve (biezums 5-20 nm) uzreiz veidojas uz titāna virsmas, padarot tā korozijas ātrumu jūras ūdenī, hlora-sārmu un skābu vidē zemāk par 0,001 mm/a. Tās izturība pret bedres un stresa korozijas plaisāšanu (SCC) ir ievērojami labāka nekā nerūsējošā tērauda, ​​un tā ir pazīstama kā “okeāna metāls”. Bioloģiskā savietojamība: tīra titāna paškorozijas strāvas blīvums simulētos ķermeņa šķidrumos ir tikpat zems kā 2,24 × 10⁻⁸ A/cm², un metāla jonu izdalīšanās trūkums padara to par mākslīgo savienojumu un zobu implantu kodolu.

 

1.2. Raksturīgi apstrādes izaicinājumi Siltumvadītspējas defekti: Siltumvadītspēja ir tikai 17 W/M · K (1/14 alumīnija), un temperatūra griešanas zonā ir tikpat augsta kā vairāk nekā 1000 grādu, kas paātrina instrumenta nodilumu. Augsta ķīmiskā aktivitāte: tā reaģē ar O, N un H augstā temperatūrā, lai izveidotu 50 - 200 μm rūdīta slāni, kam nepieciešama inerta atmosfēras aizsardzība apstrādei. Zems elastības modulis: apmēram 110 GPA (1/2 tērauda), kā rezultātā smagi apstrādā atsperes un grūtības kontrolēt plānas sienas detaļu veidošanās precizitāti.