Что тяжелее титан или железо?

Удельный вес металлов

Для расчета веса или длины металлопроката по удельному весу нужной марки — существует специальный калькулятор металла.

См. также таблицы:

Удельный вес титана, никеля, цинка

Определение удельного веса металлов.

Современная наука уже давно шагнула вперед по сравнению с технологиями, которые использовались на заре развития тяжелой промышленности, и может предложить различные вариации сплавов металлов, отличающихся друг от друга не только по своим качественным характеристикам, но и по физико-химическим свойствам. Для того, чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается его удельный вес. Все тела, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных веществ, к примеру, из железа, латуни или алюминия, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Иными словами, отношение объема сплава к его массе является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества. Плотность вещества рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.

Удельным весом металла называется отношение веса Р однородного тела из этого вещества к объему металла. Он обозначается γ. Тогда, согласно формуле удельный вес металлов расчитывается как:

Также не стоит забывать, что удельный вес металла есть сила тяжести непосредственно взятого за основу объема данного вещества.

Удельный вес металла и его плотность находятся в таком же соотношении друг к другу, как вес и масса тела, и поэтому удельный вес можно определить по формуле:

За единицу удельного веса металла (нержавеющей стали, латуни, чугуна, меди, бронзы и т.д.) принимается:

— в системе СГС —1 дин/см 3 ,

— в системе СИ — 1 н/м 3 ,

— в системе МКСС— 1 кГ/м 3 .

Все эти значения единицы связаны между собой соотношением

0,1 дин/см 3 = 1 н/м 3 = 0,102 кГ/м 3 .

При определении удельного веса металла также возможно использование внесистемной единицы 1 Г/см 3 .

Поскольку масса вещества, выраженная в г, равна его весовому значению, выраженному в Г, то удельный вес металла, выраженный в данных единицах, по своей численности равен плотности этого металла, которая будет выражена в системе СГС. Подобное же числовое равенство можно проследить и между удельным весом в системе МКСС и плотностью в системе СИ.

Таким образом, удельным весом металла называется вес единицы объема безусловного плотного (непористого) материала. Для обозначения удельного веса следует массу сухого материала поделить на его объем в полностью плотном состоянии — фактически это и есть формула определения веса металла. Для того, чтобы добиться подобного результата, металл необходимо привести в такое состояние, чтобы в его частицах не было пор, а структура была полностью однородной.

Все известные и применяемые в промышленности металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Существует несколько основополагающих критериев, уникализирующих тот или иной металл или сплав.

Особенности металлов и их качественные и весовые характеристики

Для того, чтобы более точно иметь представление о спецификациях каждого вида металлов необходимо определиться, что же все-таки понимается под данной группой веществ.

Металлами именуются вещества, обладающие характерными свойствами, среди которых можно назвать высокую прочность, тепло- и электропроводность, пластичность, особый металлический блеск, характерный для каждой группы. Металлические элементы входят в почти 3/4 всех известных в природе элементов, но не все могут находить широкое применение в промышленности. Некоторые из них в своем истинном состоянии и удельном весе встречаются достаточно редко. Из наиболее важных и ценных для технологических процессов и производства металлов лишь небольшая часть содержится в земной коре. Это железо, алюминий, магний, титан и т.д.

Удельный вес чугуна

Черные металлы (черная сталь, чугун) — техническое название железных сплавов и самого железа. В течение тысячелетий они были основополагающими в изготовлении орудий труда. Несмотря на стабильный рост продукции химической промышленности, цветной металлургии, тяжелой промышленности, чёрные металлы по-прежнему считаются главным конструкционным материалом во многих отраслях деятельности человека. По производственным объемам большинства важнейших видов изделий черной металлургии (железной руды, чугуна, стали, стальных труб, кокса, огнеупоров) Россия занимает достойное место лидера во всем мире. Черные металлы подразделяются на чугуны и стали в зависимости от содержания углерода и своего удельного веса.

Чугун — это сплав углерода с железом при содержании углерода более 2,13%. Чугун наделен небольшой способностью к пластической деформации и отличными литейными свойствами. В его составе содержатся графитовые включения — форма и размер которых определяют тип чугуна и его сферу его применения. Серый чугун — это материал, в котором углерод содержится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Высокопрочный чугун содержит в своем составе углерод в форме шаровидного графита, и используется для изготовления деталей, которые в процессе эксплуатации подвергаются значительным механическим нагрузкам. Ковкий чугун может иметь повышенные характеристики пластичности, если его сравнивать с вышеуказанным чугуном. Он применяется в производстве деталей, где необходимы более высокие уровни механических свойств.

Удельный вес чугуна и его сплавов определяется весом одного его кубического сантиметра, который выражен в граммах. Чем больше показатель удельного веса металла, тем более тяжелым может получиться готовое изделие. В приведенной ниже таблице проиллюстрированы типичные физические свойства и удельный вес, характерный для определенных типов чугуна.

Так как существует большое количество марок стали, химический состав которых очень отличается, то все удельные веса стали вынесены в отдельную статью.

Цветные металлы

Цветные металлы представляют собой значимый и важный перечень веществ для металлургической промышленности. Но добыча их ограничена природными геологическими источниками и является длительным и трудоемким процессом. Использование лома данной категории металлов позволяет экономично и грамотно расходовать невосполнимые ресурсы страны, повышая этим производительность металлургической отрасли. Удельный вес металлов в чистом виде можно определять чаще всего в лабораторных условиях, но их натуральные качества весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.

Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.

В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.

Ниже приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных цветных металлов.

Кроме необъемной группы легких металлов, таких как алюминий, магний, которые имеют удельный вес не более 3, большинство металлов может иметь значительный удельный вес отдельно. К примеру, благодаря большому удельному весу платины (21,45) и золота (19,32), встречающиеся в природном виде, они могут добываться при помощи метода отмывки от сравнительно легких частиц песка, глины, сопровождающих их в разных слоях почвы.

Малый удельный вес некоторых металлов имеет очень важное значение при строительстве и проектировании самолетов, и поэтому на данный момент легкие сплавы и их характеристики особенно тщательно изучаются.

Для расчета какого-либо металлопроката по удельному весу — для этого существует специальный калькулятор металла.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Титан против стали: в чем разница?

Что такое сталь?

Сталь создается путем добавления углерода к элементарному железу. Этот процесс увеличивает твердость, прочность и устойчивость к ударам, коррозии и температуре. Сталь имеет широкий спектр сплавов, в состав которых входят легирующие элементы, такие как цинк, хром, молибден и кремний. Эти элементы улучшают способность стали противостоять коррозии, поэтому ее чаще всего называют нержавеющей сталью. Количество хрома, добавленного в сталь, определяет ее устойчивость к коррозии. Трудно обобщить свойства стали, поскольку она существует во многих типах и калибрах.

В частности, большинство сплавов стали плотные и твердые, но их все же можно обрабатывать. Сталь также поддается термической обработке, что придает ей разные свойства в зависимости от процесса и типа стали. Кроме того, сталь является отличным проводником как тепла, так и электричества. Некоторые образцы стали подвержены ржавчине из-за наличия железа. Однако эта проблема решается добавлением хрома для изготовления нержавеющей стали.

Что такое титан?

Титан — четвертый по распространенности металл на Земле. Однако титан в элементарной форме или в высокой концентрации встречается нечасто. Кроме того, титан очень трудно очистить, что делает его более дорогим.

Титан имеет плотность 4.51 г / см. 3 , что означает, что он легкий по сравнению с другими металлами. Кроме того, чистая форма бывает серебристо-серого цвета. Важно отметить, что титан не магнитный. Как и многие металлы, титан может присутствовать в элементарной форме или в различных сплавах. Эти сплавы часто упрочняются и более устойчивы к коррозии. Большинство сплавов титана используются в аэрокосмической, конструкционной и других областях, где требуется устойчивость к высоким температурам. Элементарный титан часто используется в качестве легирующего элемента.

Читайте также  Как сделать трубу из листа железа?

Сравнение титана и Сталь

Выбор между сталью и титаном зависит от конкретной области применения. В этом разделе сравниваются механические характеристики стали и титана, что помогает определить, как можно специфицировать каждый металл. Однако лучшее сравнение этих металлов основано на разных типах сплавов, а не на обобщенных данных.

Сталь против. Титан: плотность

Плотность можно использовать для определения веса каждого металла. Как отмечалось ранее, титан легче стали и весит почти вдвое меньше стали. Это свойство делает титан подходящим для применений, требующих прочности и легкости, например, в аэрокосмической промышленности. С другой стороны, плотность стали выгодна при использовании в таких местах, как шасси транспортных средств.

Сталь против. Титан: эластичность

Эластичность материала характеризует его гибкость. Эту меру иногда называют модусом Юнга. Это свойство важно для понимания того, как материал реагирует на удар, изгибается он или деформируется, не достигая пластической деформации или нет.

В этом отношении титан имеет низкую эластичность, что означает, что материал изгибается и деформируется под давлением. Эта особенность также затрудняет обработку титана. С другой стороны, сталь имеет более высокий модуль упругости и ее можно обрабатывать с меньшими трудностями. Это свойство делает сталь пригодной для изготовления режущих кромок, поскольку она может ломаться, не сгибаясь под нагрузкой.

Сталь против. Титан: прочность на разрыв

С точки зрения прочности на разрыв сталь намного прочнее титана, в отличие от большинства людей, которые считают, что титан более мощный, чем большинство металлов. Эта особенность делает сталь более широко используемым металлом по сравнению с титаном. Однако титан столь же прочнее, как сталь, и весит почти вдвое меньше стали. Это делает титан более прочным на единицу массы по сравнению со сталью.

В приложениях, требующих общей прочности, сталь является наиболее предпочтительной, поскольку большинство ее сплавов имеют более высокий предел текучести по сравнению с другими металлами. Если вы ищете исключительно прочность, тогда сталь должна быть вашим металлом. Однако, если проект требует прочности на единицу массы, вы выбираете титан.

Сталь против. Титан: удлинение при разрыве

Эта функция является мерой того, насколько материал растягивается до разрыва. Более высокое удлинение при разрыве означает, что материал растягивается больше, прежде чем окончательно разорвется. Другими словами, если металл имеет большее удлинение при разрыве, то он более ковкий. Титан очень пластичен и перед разрушением растягивается почти на половину своей длины. Эта особенность затрудняет обработку титана. С другой стороны, сталь имеет широкий спектр сплавов с низким удлинением при разрыве, что означает, что она более твердая и хрупкая.

Сталь против. Титан: твердость

Твердость считается относительной величиной, которая относится к тому, как материал реагирует на царапины, вмятины, травления и другие удары, наносимые на его поверхность. Твердость металла измеряется с помощью индентора. Титан тверд, но не достигает уровня стали. Это не означает, что титан легко деформируется. Напротив, титан образует твердый слой диоксида, который защищает металл от царапин. Сталь твердая и не царапается. Это делает его подходящим для применений, требующих воздействия суровых условий.

В нижней строке

Сравнение стали с титаном — лучший способ определить лучший материал для проекта. Однако важно понимать, что выбор материала между сталью и титаном зависит от конкретной области применения.

Различия между титаном и сталью можно объяснить различными аспектами, такими как механические свойства. Эти различия позволяют лучше понять каждый металл.

Ссылки на связанные источники:

Рошиндустри специализируется на высоком качестве Быстрое прототипирование, быстрый мелкосерийное производство и крупносерийное производство. Услуги быстрого прототипа, которые мы предоставляем, — это профессиональный инжиниринг, Обработка CNC включая фрезерные и токарные станки с ЧПУ, Изготовление листового металла или прототипирование листового металла, Умрите литье, металлическое тиснение, Вакуумное литье, 3D печать, SLA, Изготовление прототипов методом экструзии пластика и алюминия, Быстрая оснастка, Быстрое литье под давлением, Обработка поверхности закончить услуги и другие услуги быстрого прототипирования Китая, пожалуйста свяжитесь с нами прямо сейчас.

Глава 4. ЗНАКОМЬТЕСЬ — ТИТАН!

Глава 4. ЗНАКОМЬТЕСЬ — ТИТАН!

Брусок металла неяркого серебристо-серого цвета. ”Сталь” — привычно мелькает в сознании. Но стоит взять брусок в руку, как на мгновение возникает ощущение нереальности происходящего: металл оказывается удивительно, неправдоподобно легким. Это не сталь, а титан.

Любопытно наблюдать за реакцией людей, плохо знакомых с цветными металлами, когда к ним в руки попадает какой- нибудь предмет из титана. Первоначальное удивление (темный металл, а такой легкий!) сменяется недоумением, а затем убеждением, что их «разыгрывают”, и они пытаются разобраться, где же скрывается подвох: вертят предмет в руках, говорят, что внутри металла имеются пустоты и тому подобное. Но никакого подвоха нет. Титан действительно почти вдвое легче железа и всего лишь в полтора раза тяжелее алюминия. Один кубический сантиметр железа имеет массу 7,8 грамма, алюминия — 2,7, титана — 4,5 грамма. Надо признать все же, что 4,5 грамма в кубическом сантиметре не так уж и мало, особенно если учесть, что в кубическом сантиметре магния содержится 1,7 грамма, а такой металл, как литий, вдвое легче воды.

Поскольку к легким относят металлы, удельная масса которых не превышает 5 граммов на кубический сантиметр, то титан, следовательно, самый тяжелый среди легких металлов. Но и ”самый тяжелый”, он все-таки по праву принадлежит к числу легких металлов.

Однако легкость сама по себе еще ничего не решает. Легок натрий, но он плавится уже при температуре около 100 °С и как щелочной металл настолько активен, что его нельзя хранить на открытом воздухе. Хранят этот элемент в керосине. Еще легче и активнее металл литий. Он, как и остальные щелочные металлы, так непрочен, что легко режется обыкновенным ножом.

Мы привыкли к тому, что всякий конструкционный материал имеет свои достоинства и недостатки. Если алюминий,

например, почти в три раза легче стали, то он и в несколько раз менее прочен и плавится уже при 660 градусах, тогда как точка плавления стали находится выше 1500 °С. Примерно то же самое можно сказать и о магнии.

Интересно, а насколько титан уступает стали по прочности? Титан не уступает стали: он в полтора раза прочнее! Но, может быть, этот металл плавится при невысоких температурах? Титан плавится только при 1660 °С, то есть при более высокой температуре, чем железо и сталь. Так что не зря титан отливает стальным блеском: этот отлив не обманывает.

Но, кроме хорошей прочности, конструкционный материал обязательно должен иметь и такое важное качество, как пластичность. Пластичность — это способность материала изменять свою форму не разрушаясь, и именно в этой способности титану долго было отказано. Еще в сороковые годы нашего века о титане писали, что он ”хрупок и легко превращается в порошок при дроблении в ступке”. Любопытна и следующая запись: «Попытки вытянуть проволоку из титана безуспешны”.

Меньше всего хотелось бы иронизировать над автором приведенных строк, тем более что он поставил перед собой задачу ”заполнить досадный пробел в литературе, посвященной столь важному и интересному химическому элементу”.

На протяжении полутора столетий подлинных свойств металла не знал никто в мире. Но как только стали получать титан достаточной степени чистоты, сразу выяснилось, что причиной хрупкости металла являются примеси, а чистый титан очень пластичный материал. Его куют, как железо, вытягивают в проволоку, прокатывают в листы, трубы, ленты и даже в фольгу толщиной в сотые доли миллиметра.

Титан — более упругий металл, чем магний и алюминий, но менее упругий, чем сталь. Он гораздо тверже алюминия, магния, меди, железа и почти не уступает особо обработанным легированным сталям. Титан — один из немногих металлов, которые наряду с высокой прочностью и пластичностью обладают хорошей вязкостью, то есть противостоят воздействию ударов. Этот металл характеризуется еще и таким ценным свойством, как отличная выносливость.

Важный показатель любого металла — предел текучести. Чем он выше, тем лучше металл сопротивляется нагрузкам, стремящимся смять его, изменить размеры и форму изготовленной из него детали. У титана предел текучести весьма высок: в два с половиной раза выше, чем у железа, в три с лишним раза выше, чем у меди, и почти в 18 раз превосходит этот же показатель для алюминия.

Итак, титан гораздо прочнее и легче обычной углеродистой стали, получаемой из чугуна. Но в современном машиностроении широко распространены не столько углеродистые, сколько легированные стали, то есть сплавы на основе железа с добавками никеля, хрома, марганца, молибдена, вольфрама, а также других цветных и редких металлов. Легированные стали значительно прочнее углеродистых и в несколько раз прочнее технического титана. Выходит, что титан все-таки уступает стали? Нет не уступает! Титан тоже можно легировать и тогда получают сплавы, прочность которых в два- три раза больше прочности чистого титана.

Читайте также  Режущий инструмент по металлу для токарных станков

Титановые сплавы — это, быть может, самые совершенные материалы, которыми располагает современная техника. Они превосходят все другие распространенные металлы по такому важному показателю, как удельная прочность. Что это такое? Не что иное, как прочность, приходящаяся на единицу массы.

Чтобы нагляднее постичь это, представим себе такую картину. На помост выходят тяжелоатлеты. Вряд ли нас удивит то, что грузный человек поднимает большую тяжесть. Ведь так оно и должно быть: те, кто полегче, обладают, как правило, меньшей силой, а от массивного, с мощными бицепсами атлета мы ждем и высокого результата. Не зря же в тяжелоатлетическом спорте введены различные весовые категории. А теперь вообразим, что после этого тяжелоатлета на помост вышел скромный, на первый взгляд ничем не примечательный спортсмен, худощавый, среднего роста и с первой попытки покорил тот же самый вес. Кто же из них сильнее? Конечно же, худощавый!

Такую же аналогию можно провести относительно титановых сплавов и специальных сталей. Титановые сплавы почти вдвое легче, а нагрузки выдерживают почти такие же.

Если бы все достоинства титана заключались только в его легкости и прочности, то и этого было бы уже достаточно для развития титановой промышленности, так как и в этом случае игра стоила свеч и нашлось бы немало отраслей, заинтересованных в таком материале. Но, помимо прочности и легкости, титан отличается еще и замечательной стойкостью против коррозии.

Читайте также

Глава 11. Суд

Глава 11. Суд Суд как суд. Обычный советский. Всё было предрешено заранее. После двух заседаний в июне 1986 г. МВТС под председательством академика А. П. Александрова, где доминировали работники Министерства среднего машиностроения — авторы проекта реактора, была объявлена

ТИТАН В ПРИРОДЕ

ТИТАН В ПРИРОДЕ Титан входит в первую десятку самых распространенных элементов нашей планеты.В пятнадцатикилометровой толще земной коры его более половины процента: почти все кристаллические горные породы, пески, глины и прочие составляющие поверхности нашей планеты

ИОДИДНЫЙ ТИТАН

ИОДИДНЫЙ ТИТАН Титан, полученный из тетрахлорида с помощью натрия, по мнению голландских исследователей ван Аркеля и де Бура, непременно должен содержать много оксидов и нитридов, загрязняющих материал и тем самым изменяющих его свойства. Эти ученые пришли к выводу, что

ТИТАН В РЯДУ ЭЛЕМЕНТОВ

ТИТАН В РЯДУ ЭЛЕМЕНТОВ серебристо-серого цвета металлы, имеющие одинаковую шестигранную кристаллическую решетку и обладающие очень похожими свойствами.Цирконий был открыт двумя годами раньше титана тем же Клапротом, а гафний — один из самь*х молодых элементов. Его

Глава 3. ТИТАН В НАСТОЯЩЕМ И БУДУЩЕМ

Глава 3. ТИТАН В НАСТОЯЩЕМ И БУДУЩЕМ ПЕРЕДНИЙ КРАЙ МЕТАЛЛУРГИИ Создание крупной титановой промышленности стало возможным только на базе последних достижений вакуумной металлургии. Титановая индустрия — крайне сложное производство и поэтому оно осуществляется только

ТИТАН УСТАРЕЛ?

ТИТАН УСТАРЕЛ? ”Титан, получивший за свои высокие механические свойства прозвище богатырского металла, только-только начал получать широкое распространение в сверхзвуковой авиации и ракетостроении, а некоторые специалисты считают, что он уже устарел. Таково, например,

ТИТАН — ХРАНИТЕЛЬ ГОРЮЧЕГО?

ТИТАН — ХРАНИТЕЛЬ ГОРЮЧЕГО? Автомобиль будущего — это не просто иная форма кузова, новые конструкционные материалы и технические параметры. И вовсе не обязательно — высокие скорости и мощный двигатель. Скорее даже напротив. Массовый автомобиль должен быть в первую

Глава 6

Глава 6 ВСТУПЛЕНИЕВ СУДЬБУШТУРМПеред боевым командиром, лишившимся возможности продолжать службу не только на подводных лодках, но и на надводных военных кораблях, было два проторенных пути. Первый — продолжать службу в штабах или управлениях. Второй путь —

Глава 2

Глава 2 НА ПЕРЕДОВОЙПЕРЕЛОМ1943 год начинался в новых условиях. Потери немцев под Сталинградом: 175 тысяч убитых и 137 тысяч пленных, 23 дивизии в окружении — эти цифры потрясли весь мир. Громадный успех менял всю обстановку на фронтах. Оживились даже союзники. Италия

Глава 3

Глава 3 СЛОЖНЫЙФАРВАТЕРС МЕРТВОЙ ТОЧКИКак будет развиваться дальше эта необычная и обыденная история? История, так похожая на те, что разыгрываются вокруг нас и с нами в повседневной и всегда такой неповторимой жизни.События в личной жизни Берга назревали.В наркомате

Глава 4

Глава 4 КОНЕЦ!9 МАЯЕще один год позади. Встреча нового, 1945 года в стране прошла спокойно. Наши войска уже дрались близ Будапешта, и каждый день ожидалось сообщение о его взятии. Союзники, увы, не очень старались, и немцы их изрядно поколачивали. Но теперь развязка близилась,

Глава 1

Глава 1 И В ШУТКУ, И ВСЕРЬЕЗЦУНАМИЧудеса и впрямь случаются во все времена, даже в области медицины. Полтора года Берг боролся за жизнь. Смерть отступила. После трехстороннего инфаркта, поразившего его 20 июня 1956 года в поезде на пути из Ленинграда в Москву, проходят многие и

Глава 4

Глава 4 ВСТРЕЧА НА ВЕРШИНЕРОЗЫ И РЫБАЧитаешь «Проблемные записки», и бросается в глаза органическое переплетение многочисленных научных направлений, тесное содружество разных секций. Секция бионики, например, изучает живые организмы с целью перенесения в технику

Глава 5

Глава 5 САМЫЙ СЧАСТЛИВЫЙ ДЕНЬПРАВЫ ЛИ ЙОГИ!Мальчишка, чтобы сделать снежную бабу, скатал в ладонях маленький комок снега, бросил его на землю, покатил, и комочек стал расти, наслаиваясь новыми снежными пластами. Катить его труднее и труднее… Мальчишка вытирает варежкой

47. Титан и его сплавы

47. Титан и его сплавы Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью. Недостатки титана: его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости.Азот, углерод, кислород и водород, упрочняя титан,

Как отличить титан от нержавеющей стали и алюминия

Отличить титан от нержавеющей стали аустенитного класса или алюминия довольно сложно. Особенно если у вас имеется один образец и сравнивать не с чем. Все три металла являются парамагнетиками и не реагируют на магнит, имеют серебристый цвет и похожий удельный вес. Но есть несколько простых и проверенных способов отличить титан от легированной стали и алюминия в домашних условиях без специального оборудования.

Доступный и простой способ — поцарапать металлом стекло

Если коротко

  • Титан не поцарапает стекло, но оставит полоску
  • Нержавейка поцарапает, но не оставит темного следа
  • Алюминий не оставить никаких следов

Пояснение, детали

Метод основан на способности титана оставлять характерные темные следы на поверхности стекла и кафельной плитки. При этом металл не царапает стекло, а именно рисует на его поверхности. Смыть такой след можно только раствором плавиковой кислоты (HF). А нержавеющая сталь может поцарапать стекло, но темного следа не оставит. Алюминий вообще не способен нанести никаких повреждений.

Отличить титан по искре

Если коротко

  • Титан: даст много искр ярко-белого цвета
  • Нержавейка: меньше искр желтого или красного оттенка, или искр вообще нет
  • Алюминий: не даст искру

Пояснение, детали

Во время обработки титана на точильном станке или при резком продольном трении по абразивной поверхности точильного камня контакт металла сопровождается россыпью искр ярко-белого цвета. При отсутствии абразива можно использовать мелкий напильник или даже простой бетон, хотя эффект будет меньшим.

Искры от нержавеющей стали имеют желтый и красный оттенок. Их вылетает намного меньше, а на бетоне и напильнике не будет совсем. Некоторые сорта нержавеющих сталей были разработаны, как пожаробезопасные. Искрообразование во время обработки таких металлов невозможно технологически. При трении алюминия по образивной поверхности искры не выделяются, но могут оставаться характерные серебристые следы на поверхности.

Такой тест на возможность образования искр наиболее популярный и простой, поскольку цвет действительно отличается очень сильно, а их полное отсутствие сразу говорит о том, что этот металл не титан.

После того, как вы определите какой именно металл перед вами вы можете сдать его по выгодной цене:

  • Титан за 200 – 1000 руб/кг
  • Нержавека за 60 – 90 руб/кг
  • Алюминий за 40 – 98 руб/кг

Проверка на гальваническую реакцию

Для проведения этого теста потребуется источник постоянного тока с напряжением около 12 В. Это может быть автомобильный аккумулятор или преобразующий трансформатор. Соедините через провод плюс батареи с исследуемым образцом, а минус с металлическим стержнем, на конце которого намотана вата, марля или кусок хлопчатобумажной ткани. Намочите вату слабым раствором соляной кислоты или обычной кока-колой.

Если это титан, то при прикосновении к металлу его поверхность будет окрашиваться в результате образования оксидной пленки. Цветовой оттенок зависит от величины напряжения, концентрации кислоты в растворе и времени воздействия. Нержавеющие сплавы и алюминий данной реакции не подвержены.

Сравнение удельного веса — способ, требующий точных измерений

Всем известно, что алюминий это самый легкий из этих трех металлов, а сталь самая тяжелая. Но как определить, если у вас один образец и сравнивать не с чем? Это можно сделать путем измерений и вычисления плотности или удельного веса материала, который примерно составляет:

  • 2,7 г/см3 для алюминия;
  • 4,5 г/см3 у титана;
  • 7,8 г/см3 у нержавейки.
Читайте также  Как варить оцинкованную трубу инвертором?

Этот способ определения требует наличия точных весов и емкости для погружения образца в воду.

После взвешивания металла необходимо определить его объем. Проще всего воспользоваться для этого, известным со школы законом Архимеда, погрузив образец в жидкость. Изменение уровня воды покажет искомую величину.

Это более сложный и длительный вариант определения и поэтому используют его очень редко. Но он тоже дает результаты и должен рассматриваться.

Специфические способы определить титан

В отдельных случаях определение металла можно произвести простыми и весьма оригинальными способами:

  • Подожгите металл
    Титановая стружка довольно легко воспламеняется и горит
  • Нагрейте металл
    Этот металл хороший теплоизолятор и при нагреве одного края образца остальная часть будет холодной
  • Подержите в руках
    Низкая теплопроводность дает ощущение теплого предмета в руках в отличие от холодной стали и алюминия
  • Ударьте молотком
    И последнее, ударьте по образцу молотком, в результате на стали следов не останется, на титане образуется небольшая вмятина, а алюминий пострадает больше всего.

Насколько надежны эти методы?

Приведенные методы достаточно надежные и часто используюстся специалистами по приему металлолома. Однако стоит учитывать, что точное определение химического состава сплава, особенно при наличии примесей, может быть выполнена только с использованием специального оборудования.

Двоякость свойств металла титан

Многих интересует немного загадочный и не до конца изученный титан — металл, свойства которого отличаются некоторой двоякостью. Металл и самый прочный, и самый хрупкий.

Его открыли двое ученых с разницей в 6 лет — англичанин У. Грегор и немец М. Клапрот. Название титана связывают, с одной стороны, с мифическими титанами, сверхъестественными и бесстрашными, с другой стороны, с Титанией — королевой фей.
Это один из самых распространенных в природе материалов, но процесс получения чистого металла отличается особой сложностью.

Свойства титана

22 химический элемент таблицы Д. Менделеева Titanium (Ti) относится к 4 группе 4 периода.

Цвет титана серебристо-белый с выраженным блеском. Его блики переливаются всеми цветами радуги.

Это один из тугоплавких металлов. Он плавится при температуре +1660 °С (±20°). Титан отличается парамагнитностью: он не намагничивается в магнитном поле и не выталкивается из него.
Металл характеризуется низкой плотностью и высокой прочностью. Но особенность этого материала заключается в том, что даже минимальные примеси других химических элементов кардинально изменяют его свойства. При наличии ничтожной доли других металлов титан теряет свою жаропрочность, а минимум неметаллических веществ в его составе делают сплав хрупким.
Эта особенность обуславливает наличие 2 видов материала: чистого и технического.

  1. Титан чистого вида используют там, где требуется очень легкое вещество, выдерживающее большие нагрузки и сверхвысокие температурные диапазоны.
  2. Технический материал применяется там, где ценятся такие параметры, как легкость, прочность и устойчивость к коррозии.

Вещество обладает свойством анизотропности. Это означает, что металл может изменять свои физические характеристики, исходя из приложенных усилий. На эту особенность следует обращать внимание, планируя применение материала.

Проведенные исследования свойств титана в нормальных условиях подтверждают его инертность. Вещество не реагирует на элементы, находящиеся в окружающей атмосфере.
Изменение параметров начинается при повышении температуры до +400°С и выше. Титан вступает в реакцию с кислородом, может воспламеняться в азоте, впитывает газы.
Эти свойства затрудняют получение чистого вещества и его сплавов. Производство титана основано на применении дорогостоящей вакуумной аппаратуры.

Титан и конкуренция с другими металлами

Этот металл постоянно сравнивают с алюминием и сплавами железа. Многие химические свойства титаназначительно лучше, чем у конкурентов:

  1. По механической прочности титан превосходит железо в 2 раза, а алюминий в 6 раз. Прочность его увеличивается при снижении температуры, чего не отмечается у конкурентов.
    Антикоррозионные характеристики титана значительно превышают показатели других металлов.
  2. При температурах окружающей среды металл абсолютно инертен. Но при повышении температуры свыше +200°С вещество начинает поглощать водород, изменяя свои характеристики.
  3. При более высоких температурах титан вступает в реакции с другими химическими элементами. Он обладает высокой удельной прочностью, что в 2 раза превосходит свойства лучших сплавов железа.
  4. Антикоррозионные свойства титана значительно превышают показатели алюминия и нержавеющей стали.
  5. Вещество плохо проводит электричество. Титан имеет удельное электросопротивление в 5 раз выше, чем у железа, в 20 раз, чем у алюминия, и в 10 раз выше, чем у магния.
  6. Титан характеризуется низкой теплопроводностью, это обусловлено низким коэффициентом температурного расширения. Она меньше в 3 раза, чем у железа, и в 12, чем у алюминия.

Какими способами получают титан?

Материал занимает 10 место по распространению в природе. Существует около 70 минералов, содержащих титан в виде титановой кислоты или его двуокиси. Наиболее распространенные из них и содержащие высокий процент производных металла:

  • ильменит;
  • рутил;
  • анатаз;
  • перовскит;
  • брукит.

Основные залежи титановых руд находятся в США, Великобритании, Японии, большие месторождения их открыты в России, Украине, Канаде, Франции, Испании, Бельгии.

Получение металла из них стоит очень дорого. Ученые разработали 4 способа производства титана, каждый из которых рабочий и эффективно используется в промышленности:

  1. Магниетермический способ. Добытое сырье, содержащее титановые примеси, перерабатывают и получают диоксид титана. Это вещество подвергается хлорированию в шахтных или солевых хлораторах при повышенном температурном режиме. Процесс очень медленный, ведется в присутствии углеродного катализатора. При этом твердый диоксид переводится в газообразное вещество – тетрахлорид титана. Полученный материал восстанавливается магнием или натрием. Сплав, образовавшийся при реакции, подвергают нагреванию в вакуумной установке до сверхвысоких температур. В результате реакции происходит испарение магния и его соединений с хлором. В конце процесса получают губкоподобный материал. Его плавят и получают титан высокого качества.
  2. Гидридно-кальциевый способ. Руду подвергают химической реакции и получают гидрид титана. Следующий этап – разделение вещества на составляющие. Титан и водород выделяют в процессе нагревания в вакуумных установках. По окончании процесса получают оксид кальция, который отмывают слабыми кислотами. Первые два способа относятся к промышленному производству. Они позволяют получать в кратчайшие сроки чистый титан с относительно небольшими издержками.
  3. Электролизный метод. Титановые соединения подвергают воздействию током большой силы. В зависимости от исходного сырья, соединения разделяются на составляющие: хлор, кислород и титан.
  4. Йодидный способ или рафинирование. Полученный из минералов диоксид титана обдают парами йода. В результате реакции образуется йодид титана, который нагревают до высокой температуры – +1300…+1400°С и воздействуют на него электрическим током. При этом из исходного материала выделяются составляющие: йод и титан. Металл, полученный данным способом, не имеет примесей и добавок.

Области применения

Применение титана зависит от степени его очистки от примесей. Наличие даже небольшого количества других химических элементов в составе сплава титана кардинально меняет его физико-механические характеристики.

Титан с некоторым количеством примесей называется техническим. Он имеет высокие показатели коррозийной стойкости, это легкий и очень прочный материал. От этих и других показателей зависит его применение.

  • В химической промышленности из титана и его сплавов изготавливают теплообменники, различного диаметра трубы, арматуру, корпуса и детали для насосов различного назначения. Вещество незаменимо в местах, где требуются высокая прочность и стойкость к кислотам.
  • На транспорте титан используют для изготовления деталей и агрегатов велосипедов, автомобилей, железнодорожных вагонов и составов. Применение материала уменьшает вес подвижных составов и автомобилей, придает легкость и прочность велосипедным деталям.
  • Большое значение титан имеет в военно-морском ведомстве. Из него изготавливают детали и элементы корпусов для подводных лодок, пропеллеры для лодок и вертолетов.
  • В строительной промышленности применяется сплав цинк-титан. Он используется как отделочный материал для фасадов и кровель. Этот очень прочный сплав имеет важное свойство: из него можно изготавливать архитектурные детали самой фантастической конфигурации. Он может принимать любую форму.
  • В последнее десятилетие титан широко применяют в нефтедобывающей отрасли. Сплавы его применяют при изготовлении оборудования для сверхглубокого бурения. Материал используется для изготовления оборудования для добычи нефти и газа на морских шельфах.

Чистый титан имеет свои области применения. Он нужен там, где необходима стойкость к высоким температурам и при этом должна сохраняться прочность металла.

Его применяют в:

  • авиастроении и космической отрасли для изготовления деталей обшивки, корпусов, элементов крепления, шасси;
  • медицине для протезирования и изготовления сердечных клапанов и других аппаратов;
  • технике для работы в криогенной области (здесь используют свойство титана – при снижении температуры усиливается прочность металла и не утрачивается его пластичность).

В процентном соотношении использование титана для производства различных материалов выглядит так:

  • на изготовление краски используется 60 %;
  • пластик потребляет 20 %;
  • в производстве бумаги используют 13 %;
  • машиностроение потребляет 7 % получаемого титана и его сплавов.

Сырье и процесс получения титана дорогостоящие, затраты на его производство компенсируются и окупаются сроком службы изделий из этого вещества, его способностью не менять свой внешний вид за весь период эксплуатации.