Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс

Мутылина И.Н.

Возрастное ограничение: 12+ Жанр: Наука Издательство: Проспект Дата размещения: 07.08.2015 ISBN: 9785392191093 Язык: Объем текста: 156 стр. Формат: epub

Оглавление

Предисловие

Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебное пособие. Введение

Глава 1. Классификация и маркировка цветных металлов и сплавов на их основе

Глава 2. Алюминий и сплавы на его основе

Глава 3. Медь и сплавы на ее основе

Глава 4. Титан и сплавы на его основе

Глава 5. Магний и сплавы на его основе магния

Глава 6. Никель и сплавы на его основе

Глава 7. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе

Глава 8. Олово, свинец, цинк и сплавы на их основе

Глава 9. Серебро и его сплавы

Глава 10. Золото и сплавы на его основе

Терминологический справочник

Контрольно-измерительные материалы. Вопросы для тестирования

Микроструктурный анализ сплавов на основе цветных металлов. Лабораторная работа № 1

Лабораторная работа № 2

Лабораторная работа № 3

Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 5

Лабораторная работа № 6

Лабораторная работа № 7

Приложение

Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу

ГЛАВА 4.
ТИТАН И СПЛАВЫ НА ЕГО ОСНОВЕ

В 1790 г. английский монах Уильям Грегор, проводя минералогические изыскания, обратил внимание на распространенность и необычайные свойства черного песка в долине своего штата (юго-запад Англии). Исследуя этот минерал, он выделил из него белый порошок (диоксид титана).

В 1795 г. немецкий исследователь химик Мартин Генрих Клапрот – первооткрыватель многих редких и цветных металлов, изучая рутил (минерал титана, содержащий до 90–99 % TiO2), выделил диоксид нового металла, похожий на порошок, описанный ранее Грегором. Опираясь на исследования Грегора и свои, Клапрот известил мир об открытии нового металла – «титана» (от греческого «Titanes» – титаны). Открытый металл оказался одним из самых твердых, крепких и стойких. Но чтобы познать все замечательные свойства нового металла и использовать их для своего блага, человечеству потребовалось еще более 150 лет.

В конце XIX в. в течение более 20 лет было распространено мнение, что титан очень хрупкий и тугоплавкий металл. Предполагалось, что его температура плавления 3000 °C. После «краха» мифа о его тугоплавкости титан просто считался малополезным металлом. Даже Д.И. Менделеев в 1906 г. в «Основах химии» писал: «...так как титан и цирконий довольно редки в природе, имеют мало практического применения..., то мы на них не можем подробно останавливаться...».

Титан был открыт в конце XVIII в., а всего лишь в 40–50 гг. XX в. удалось получить несколько десятков килограммов титана. Это было связано в основном с тем, что соединения титана достаточно прочны и стойки при температурах восстановления его оксидов, а чистый металл очень быстро и бурно реагирует с другими элементами окружающей среды: О, N, H, С и др., образуя устойчивые соединения.

Принципиальная технология получения титана из руд разработана немецким химиком Вильгельмом Кролем в 30-х гг. XX в. В настоящее время промышленный способ получения титана – магнетермический. Способ состоит в обогащении и хлорировании титановой руды в присутствии кокса: TiO2+2Cl2+2C→TiCl4+2CO с последующим восстановлением титана из четыреххлористого титана расплавленным металлическим магнием: TiCl4+2Mg→Ti (губка)+ 2MgCl2. В дальнейшем MgCl2 подвергают электролизу: MgCl2→Mg+Cl2. Магнетермический способ является примером безотходной технологии.

Титановая губка представляет собой сросток дендритов, пластичную и вязкую пористую массу (=1,7-2,5г/см3), загрязненную примесями. Обозначают титановую губку ТГ-100, ТГ-105,..., ТГ-155 (ТГ – титановая губка, цифры – твердость НВ). Полученную титановую губку размалывают в порошок, прессуют и спекают или переплавляют в дуговых печах в вакууме или в атмосфере инертных газов. Для уменьшения количества примесей и более равномерного их распределения по сечению слитка проводят 2–3-х кратную переплавку. Характерную для титановых слитков крупнозернистую структуру измельчают путем модифицирования.

Полученный в результате переплава технический титан маркируют в зависимости от содержания примесей BT1-OO (суммарное содержание примесей прим 0,398 %), BT1-O ( прим 0,55 %). Чистейший иодидный титан получают методом термической диссоциации из четырехиодидного титана, а также методом зонной плавки.

Наиболее важный и распространенный в природе минерал титана (рутил) представляет собой почти чистый диоксид титана TiO2 и отличается высокой концентрацией титана (более 65 %). Титанистый железняк (ильменит), в чистом виде имеет формулу FeOTiO2 и содержит около 30 % чистого титана. Главная его особенность – крупные рудные месторождения. Всего около 100 минералов содержит титан.

Титан – это металл серебристо-белого цвета, по внешнему виду похожий на сталь. Его температура плавления составляет 1668±3 °С. Содержание в земной коре – 0,6 % по массе. Титан имеет невысокую плотность (4,5г/см3) и высокую удельную прочность.

Титан имеет две полиморфные модификации: низкотемпературную (до 882 °С) – -титан с решеткой гп и высокотемпературную -титан с решеткой оцк. Полиморфное превращение при медленном охлаждении происходит по нормальному механизму с образованием полиэдрической структуры, а при быстром охлаждении – по мартенситному превращению с образованием игольчатой структуры.

Механические свойства титана (табл. 4.1) сильно зависят от количества примесей, особенно Н, N, О, С, небольшое их количество повышает твердость, предел прочности и предел текучести, однако при этом значительно снижается пластичность, коррозионная стойкость, ухудшается свариваемость, способность к пайке и штампуемость.

Таблица 4.1

Механические свойства титана

Марка титана	примесей		0,2, МПа	в, МПа	, %	, %	НВ
	Fe+Al+Si	C+N+O+H

Мутылина И.Н. Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс

Мутылина И.Н. Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс

В учебно-методическом комплексе, состоящем из учебного пособия и методических указаний, приведена классификация и маркировка цветных металлов и сплавов на их основе. Рассмотрены особенности микроструктуры и важнейшие свойства сплавов на основе цветных металлов. Описаны основы фазовых превращений при нагреве и охлаждении сплавов.<br /> Комплекс предназначен для студентов, обучающихся по специальности 150501 «Материаловедение в машиностроении» и 261001 «Технология художественной обработки материалов». Может быть использован при выполнении курсовых и выпускных аттестационных работ.

Внимание! Авторские права на книгу "Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс" (Мутылина И.Н.) охраняются законодательством!