El titanio: uno de los metales más duros. Características y propiedades

El titanio es un elemento del cuarto grupo del cuarto período. Un metal de transición que exhibe propiedades tanto básicas como ácidas está bastante extendido en la naturaleza: el décimo lugar. Lo más interesante para la economía nacional es la combinación de alta dureza y ligereza del metal, lo que lo convierte en un elemento indispensable para la construcción de aeronaves. Este artículo le informará sobre las marcas, la aleación y otras propiedades del metal titanio, le dará una descripción general y datos interesantes al respecto.

Estructura metálica del titanio

En apariencia, el metal se parece más al acero, pero sus cualidades mecánicas son superiores. Al mismo tiempo, el titanio destaca por su bajo peso – peso molecular 22. Las propiedades físicas del elemento se han estudiado bastante bien, pero dependen fuertemente de la pureza del metal, lo que conduce a desviaciones importantes.

Además, sus propiedades químicas específicas son importantes. El titanio es resistente a los álcalis, el ácido nítrico y, al mismo tiempo, reacciona violentamente con halógenos secos y, a temperaturas más altas, con oxígeno y nitrógeno. Peor aún, comienza a absorber hidrógeno incluso a temperatura ambiente si hay una superficie activa. Y en la masa fundida absorbe oxígeno e hidrógeno con tanta intensidad que la fusión debe realizarse al vacío.

Otra característica importante que determina las características físicas es la existencia de 2 fases del estado.

• Baja temperatura : el α-Ti tiene una celosía hexagonal compacta, la densidad de la sustancia es de 4.55 g / cu. cm (a 20 C).
• Alta temperatura : el β-Ti se caracteriza por una red cúbica centrada en el cuerpo, la densidad de fase, respectivamente, es menor: 4, 32 g / cc. ver (a 900C).

En condiciones normales, el metal se cubre con una película protectora de óxido. En su ausencia, el titanio representa un gran peligro. Entonces, el polvo de titanio puede explotar, la temperatura de dicho destello es de 400 ° C. Las virutas de titanio son un material peligroso para el fuego y se almacenan en un entorno especial.

Propiedades y características del titanio.

El titanio hoy en día es el más duradero entre todos los materiales técnicos existentes, por lo tanto, a pesar de la complejidad de obtención y los altos requisitos de seguridad para el proceso de producción , es ampliamente utilizado. Las características físicas del elemento son bastante inusuales, pero dependen en gran medida de la pureza. Por lo tanto, el titanio puro y las aleaciones se utilizan activamente en la construcción de cohetes y aviones, mientras que los técnicos no son adecuados, ya que pierden resistencia a altas temperaturas debido a las impurezas.

Densidad del metal

La densidad de una sustancia cambia con la temperatura y la fase.

• A temperaturas desde 0 hasta el punto de fusión, disminuye de 4.51 a 4.26 g / cu. cm, y durante la transición de fase aumentan en un 0,15% y luego disminuyen nuevamente.
• La densidad del metal líquido es 4.12 g / cu. cm, y luego disminuye al aumentar la temperatura.

Puntos de fusión y ebullición

La transición de fase divide todas las propiedades de un metal en cualidades que pueden exhibir las fases α y β. Entonces, la densidad de hasta 883 С se refiere a las cualidades de la fase α y los puntos de fusión y ebullición a los parámetros de la fase β.

• El punto de fusión del titanio (en grados) es 1668 +/- 5 ºC;
• El punto de ebullición alcanza los 3227 ºC.

La siguiente es una breve descripción del titanio con T.Z. características mecánicas.

Caracteristicas mecanicas

El titanio es aproximadamente 2 veces más fuerte que el hierro y 6 veces más fuerte que el aluminio, lo que lo convierte en un material estructural tan valioso. Los indicadores se refieren a las propiedades de la fase α.

• La resistencia a la tracción de una sustancia en tensión es de 300 a 450 MPa. El indicador se puede aumentar a 2000 MPa agregando algunos elementos, así como recurriendo a un procesamiento especial: endurecimiento y envejecimiento.

Es interesante que el titanio conserva su alta resistencia específica incluso a las temperaturas más bajas. Además, con la disminución de la temperatura, la resistencia a la flexión aumenta: a +20 ºC, el indicador es de 700 MPa y de -196 a 1100 MPa.

• La elasticidad del metal es relativamente baja, lo que constituye una desventaja significativa de la sustancia. El módulo de elasticidad en condiciones normales es 110,25 GPa. Además, el titanio se caracteriza por la anisotropía: la elasticidad en diferentes direcciones alcanza diferentes valores.
• La dureza de la sustancia en la escala HB es 103. Además, el indicador es un promedio. Dependiendo de la pureza del metal y la naturaleza de las impurezas, la dureza puede ser mayor.
• El límite de fluencia convencional es de 250 a 380 MPa. Cuanto más alto sea este indicador, mejor soportan las cargas los productos de la sustancia y más resisten el desgaste. El índice de titanio supera el índice de aluminio en 18 veces.

En comparación con otros metales con la misma celosía, el metal tiene una ductilidad y ductilidad muy decentes.

Capacidad calorífica del titanio

El metal se caracteriza por una baja conductividad térmica, por lo tanto, en los campos relevantes, no se utiliza la fabricación de termoelectrodos, por ejemplo.

• Su conductividad térmica es de 16,76 l, W / (m × deg). Esto es 4 veces menos que el hierro y 12 veces menos que el aluminio .
• Por otro lado, el coeficiente de expansión térmica del titanio es despreciable a temperatura normal y aumenta al aumentar la temperatura.
• La capacidad calorífica del metal es de 0,523 kJ / (kg · K).

Características eléctricas del titanio

Como sucede con mayor frecuencia, la baja conductividad térmica también proporciona una baja conductividad eléctrica.

• La resistencia eléctrica específica del metal es muy alta: 42,1 · 10 ^-6 ohm · cm en condiciones normales. Si asumimos que la conductividad de la plata es del 100%, entonces la conductividad del titanio será del 3.8%.
• El titanio es un paramagnet, es decir, no se puede magnetizar en el campo, como el hierro, pero no se expulsa del campo, como el cobre . Esta propiedad disminuye linealmente con la disminución de la temperatura, pero después de pasar el mínimo, aumenta un poco. La susceptibilidad magnética específica es 3,2 10 ^-6 G ^-1 . Cabe señalar que la susceptibilidad, así como la elasticidad, forma anisotropía y cambia según la dirección.

A una temperatura de 3,8 K, el titanio se convierte en superconductor.

Resistencia a la corrosión

En condiciones normales, el titanio tiene propiedades anticorrosivas muy elevadas. En el aire, se cubre con una capa de óxido de titanio de 5 a 15 micrómetros (µm) de espesor, que proporciona una excelente inercia química. El metal no se corroe en el aire, el aire del mar, el agua de mar, el cloro húmedo, el agua clorada y muchas otras soluciones tecnológicas y reactivos, lo que hace que el material sea indispensable en las industrias química, papelera y petrolera.

Con el aumento de temperatura o el fuerte pulido del metal, la imagen cambia drásticamente. El metal reacciona con casi todos los gases que componen la atmósfera, y en estado líquido también los absorbe.

Seguridad

El titanio es uno de los metales biológicamente más inertes. En medicina, se utiliza para la fabricación de prótesis, ya que es resistente a la corrosión, ligero y duradero.

El dióxido de titanio no es tan seguro, aunque se usa con mucha más frecuencia, por ejemplo, en la industria cosmética y alimentaria. Según algunos informes, UCLA, investigación del profesor de patología Robert Schistle, las nanopartículas de dióxido de titanio afectan el aparato genético y pueden contribuir al desarrollo del cáncer. Además, la sustancia no penetra a través de la piel, por lo tanto, el uso de protectores solares que contienen dióxido no representa un peligro, pero la sustancia que ingresa al cuerpo, con colorantes alimentarios, aditivos biológicos, puede ser peligrosa.

El titanio es un metal excepcionalmente fuerte, duro y ligero con propiedades químicas y físicas muy interesantes. Esta combinación es tan valiosa que incluso las dificultades de fundir y refinar el titanio no detienen a los fabricantes.