22 Титан

№22 Титан

Открытие TiO₂ сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1789), выделил новую «землю» (оксид) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном, позднее установил, что рутил и менакеновая земля — оксиды одного и того же элемента. Первый образец металлического титана получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус. Чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 термическим разложением паров иодида титана TiI₄

Нахождение в природе, получение:

Физические свойства:

Титан — легкий серебристо-белый металл. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере.
Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

Химические свойства:

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида, коррозионностоек, но при измельчении в порошок горит на воздухе. Титановая пыль может взрываться (температура вспышки При нагревании на воздухе до 1200°C титан сгорает с образованием оксидных фаз переменного состава TiO_x.
Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H₃PO₄ и концентрированной H₂SO₄), однако легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF образует комплексный анион [TiF₆] 2- .
При нагревании титан взаимодействует с галогенами. С азотом выше 400°C титан образует нитрид TiN_x(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiC_x (x=0,49-1,00).
Титан поглощает водород, образуя соединения переменного состава TiH_x. При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H₂.
Титан образует сплавы со многими металлами.
В соединениях титан проявляет степени окисления +2, +3 и +4. Наиболее устойчива степень окисления +4.

Важнейшие соединения:

Диоксид титана , ТiO₂. Белый порошок, желтый в нагретом состоянии, плотностъ 3,9-4,25 г/см 3 . Амфотерен. В концентрированной Н₂SO₄ растворяется лишь при длительном нагревании. При сплавлении с содой Na₂CO₃ или поташом K₂CO₃ оксид TiO₂ образует титанаты:
TiO₂ + K₂CO₃ = K₂TiO₃ + CO₂
Гидроксид титана(IV) , TiO(OH)₂*xH₂O, осаждается из растворов солей титана, его осторожным прокаливанием получают оксид TiO₂. Гидроксид титана(IV) амфотерен.
Тетрахлорид титана , TiCl₄, при обычных условиях — желтоватая, сильно дымящая на воздухе жидкость, что объясняется сильным гидролизом TiCl₄ парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана. Кипящей водой гидролизуется до титановой кислоты(??). Для хлорида титана(IV) характерно образование продуктов присоединения, например TiCl₄*6NH₃, TiCl₄*8NH₃, TiCl₄*PCl₃ и т.д. При растворении хлорида титана(IV) в НСl образуется комплексная кислота H₂[TiCl₆], неизвестная в свободном состоянии; её соли Me₂[TiCl₆] хорошо кристаллизуются и устойчивы на воздухе.
Восстановлением TiCl₄ водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получены трихлорид и дихлорид титана TiCl₃ и TiCl₂ — твердые вещества с сильными восстановительными свойствами.
Нитрид титана — представляет собой фазу внедрения с широкой областью гомогенности, кристаллы с кубической гранецентрированной решеткой. Получение — азотированием титана при 1200 °C или другими способами. Применяется как жаропрочный материал, для создания износостойких покрытий.
Соединения титана(III) .
.
.
Соединения титана(II) .
.
.

Применение:

В виде сплавов. Металл применяется в химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы), лёгких сплавах, остеопротезах. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.
Титан является легирующей добавкой в некоторых марках стали.
Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяется в медицине и технике.
Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.
В виде соединений Белый диоксид титана используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги, пластиков. Пищевая добавка E171.
Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки.

Титановые сплавы как броневые материалы для средств индивидуальной бронезащиты

Сравнительные характеристики защитных структур бронежилетов с применением титановых сплавов. Оценка различных режимов термической обработки титановых сплавов. Применение закалки и упрочняющей термической обработки, снижение пластических свойств сплавов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Титановые сплавы как броневые материалы для средств индивидуальной бронезащиты

К.т.н. Э.Н. Петрова, В.П. Яньков

В России разработана целая гамма титановых сплавов. ОАО «НИИ стали» на протяжении многих лет была проведена сравнительная оценка существующих титановых сплавов с , +, структурой с целью выбора оптимального сплава для противопульной брони. Было оценено влияние легирования и режимов термической обработки на противопульную стойкость и живучесть титановых сплавов [1].

Была проведена оценка различных режимов термической обработки: режимов отжига, упрочняющей термической обработки: закалка + старение.

Одной из интересных особенностей является то обстоятельство, что титановые сплавы с заданной твёрдостью, за счёт легирования, имеют уровень противопульной стойкости выше и склонность к тыльным отколам меньше, чем термически обработанные на такую же твёрдость.

Полученные результаты показали, что повышение противопульной стойкости достигается в основном за счёт легирования. В качестве противопульной брони наиболее целесообразно использовать титановые сплавы с + структурой после отжига, при котором уровень механических свойств определяется свойствами и фаз, степенью гетерогенности и типом структуры, а -сплава после закалки обработанного на твёрдый раствор.

Применение закалки и упрочняющей термической обработки ведёт к снижению противопульной стойкости титановых сплавов и повышенной склонности к срезу пробки, что связано с максимальным упрочнением + титановых сплавов и резким снижением пластических свойств [2].

Оценка динамической твёрдости Hg высокопрочных титановых сплавов, коррелирующаяся с противопульной стойкостью, показала, что Hg титановых сплавов превосходит уровень стали 77 — Hg/ 90 и 65 соответственно, что позволяет рассчитывать на максимальный выигрыш по весу по сравнению со сталью.

Однако изучение особенностей деформации и разрушения титановых сплавов при динамическом нагружении показало, что титановые сплавы более склонны к высокой локализации пластической деформации, при этом происходят структурные изменения: двойникование, наличие белых полос, возможность фазовых превращений рис. 1.

Рисунок 1. Влияние легированности -стабилизаторами на противопульную стойкость и живучесть титановых сплавов:

I — сплавы с низкой противопульной стойкостью (в65 кг/мм 2 );

II — сплавы со средним уровнем противопульной стойкости (в90 кг/мм 2 );

III — сплавы с низкой противопульной стойкостью (в110 кг/мм 2 );

локализация деформации образование трещин

полосы адиабатического сдвига

Особенности микроструктуры титанового сплава при внедрении индентора (V_уд

Срез пробки на титановом сплаве (1/3 от толщины преграды)

Бесструктурная область в зоне удара сплава ВТ6

На рис. 2 показано, что при внедрении пули только на 1/3 толщины титанового проката происходит «срез пробки», что не позволяет реализовать высокую динамическую твёрдость титановой брони.

Повышенная склонность к срезу пробки связана с локализацией деформации, заключающейся в облегчении процессов сдвига по плоскостям лёгкого скольжения и двойникования, что определяется кристаллографическим механизмом деформации титановых сплавов.

Широкая оценка противопульной стойкости титановых сплавов различными средствами показала перспективность применения титановых сплавов для брони как для машин лёгкой весовой категории, так и для средств индивидуальной бронезащиты (СИБ), так как позволяет снизить вес изделий на 15…20% в сравнении со стальным исполнением.

Сравнительные характеристики защитных структур бронежилетов с применением титановых сплавов

Масса единицы площади защитной структуры, г/дм 2

Рисунок 3. Распределение твердости по глубине поверхностно-упрочненного слоя пластин сплава ВТ23 после различных режимов старения:

Применение титана для средств индивидуальной защиты имеет длительную историю (табл. 1). Еще в 1971 г. ОАО «НИИ стали» был разработан в интересах МВД бронежилет, ЖЗТ71М, защищающий от пистолетных и ружейных пуль из упрочненного титанового сплава ОТ4-О по специальной технологии. В 1980 г. был разработан противоосколочный бронежилет 6Б2. Требования защиты от автоматов (АКМ, АК-74 с дистанции 0…25 м) при минимальной массе потребовало повышения механических свойств титанового сплава. Наилучшей стойкостью обладает сплав ВТ23. Однако повышение его прочности свыше 1000 МПа, приводит к хрупкому разрушению, что понижает сопротивляемость преграды ударному воздействию. Требовалось создать гетерогенную титановую броню с лицевым высокотвёрдым слоем и вязким тыльным, что позволит избежать хрупких разрушений.

В ОАО «НИИ Стали» совместно с ФТИ АН Беларуси разработан новый способ высокочастотной поверхностной закалки тонкостенных титановых элементов (толщ. 6,0…7,0 мм) на глубину 1,5…3 мм. На рис. 3 показано распределение твердости по глубине поверхностно-упрочненного слоя. Разработаны режимы нагрева при формообразовании объема и поверхностно упрочненных элементов, позволившие повысить твердость лицевого слоя до 47…48 ед. HRC, тыла 32…36 ед. при удовлетворительной живучести. Указанные разработки позволили создать модификации бронежилетов 6БЗТ, 6БЗТ-01, 6Б5 обеспечивающих защиту 3 класса ГОСТ РФ в толщине 6,5±0,2 мм.

Бронешлемы 2-го класса защиты (ГОСТ Р 50744-95)

1. Шлем для спецподразделений (с забралом и бронестеклом) 6Б6-3 «Алтын».

Титан + тканево-полимерный подпор

3,8 + 0,1 с забралом и бронестеклом

2. Шлем для спецподразделений (с забралом и бронестеклом) «Маска».

4,5 + 0,1 с забралом и бронестеклом

3. Шлем для спецподразделений (с забралом и бронестеклом) перспективный.

Алюминий + тка-нево-полимерный подпор

3,5 + 0,1 с забралом и бронестеклом

4. Шлем для спецподразделений (с забралом и бронестеклом) «TIG».

3,8+0,1 с забралом и бронестеклом

5. Шлем для спецподразделений “Ulbrichts”

2,3 + 0,2 без забрала и стекла

Высокопрочный титановый сплав

2,3 + 0,2 без забрала и стекла

Разработки гетерогенного титана применены при создании бронежилета 6Б12 в приемлемой массе, обеспечивающей защиту по 5, 5а классам ГОСТ РФ.

Наряду с разработкой БЖ с титановыми элементами ОАО «НИИ стали» по ТТЗ силовых структур разработало серию комбинированных бронешлемов: титан + тканево-полимерный подпор с различными массовыми и защитными характеристиками (табл. 2), для изготовления которых в ОАО «НИИ стали» совместно с НИАТ создана уникальная технология холодной вытяжки пластичным металлом. Задача снижения массы бронешлемов является чрезвычайно актуальной.

В настоящее время для изготовления титановых шлемов методом вытяжки пластичным металлом применяются титановые сплавы с прочностью не более 65 кг/мм 2 . Чтобы получить большую противопульную стойкость, необходимо повысить твердость титанового сплава с одной стороны и пластичность с другой.

Замена титанового сплава с _В

65 кг/мм 2 на высокопрочный сплав с _В > 100 кг/мм 2 с высокой пластичностью не менее 30% позволяет увеличить общую энергоемкость комбинированной преграды и обеспечить значительный деформированный объем.

ОАО «НИИ стали» впервые разработал технологию получения шлема из высокопрочного титанового сплава, при этом экономия по массе составляет 300 г (рис. 4). Дальнейшими путями совершенствования комбинированных шлемов является оптимизация структуры лицевого и тыльного слоев, режимов, термопластической деформации, комбинаций различных тканей, с целью снижения массы _итамов, обеспечивающих II класс защиты по российскому ГОСТу до 2,0 кг.

Рисунок 4. Шлем из титанового сплава

Перспективы применения титановых сплавов связаны с комбинацией _итановой брони в сочетании с алюминием для машин ЛКМ, что позволит повысить защиту при небольшим увеличении веса.

С целью дальнейшего повышения баллистических свойств титана могут быть использованы алюминиды титана, обладающие высоким модулем упругости и малой плотностью.

Проведенные как за рубежом, так и в России работы по созданию экономно-легированных титановых сплавов оказывают, что броневые свойства таких сплавов не хуже стандартного сплава Тi-6Аl-4, однако на 20% дешевле листа аэрокосмического качества. Это делает применение титана более широким как для защиты от бронебойных пуль, так и снарядов БПС с удлиненным и вольфрамовым сердечниками, так как титан на 60% эффективней по сравнению с равновесомой катаной гомогенной стальной броней. бронежилет титановый сплав закалка

В последнее время по данным исследовательских центров США активизированы научные исследования в области поверхностного упрочнения изделий из алюминиевых и титановых сплавов с целью создания в поверхностном слое, т. Н. нанокристаллических структур, с высокими характеристиками прочности. Нанометрический слой толщиной 0,7…1 мм получен методом ротационного трения.

В России ведутся работы по созданию градиентных материалов с применением аморфных сплавов на основе титана, наноструктурных материалов. Новые материалы на основе нанотехнологий могут принципиально изменить классическую технику бронирования.

1. Петрова Э.Н., Чухин Б.Д., Яньков В.П. «Особенности взаимодействия средств поражения с броней СИБ». ВОТ, серия 16, выпуск 3-4, 2003 г.

2. Каннель Г.И., Петрова Э.Н. «Прочность титана ВТ6 в условиях ударно-волнового нагружения». Материалы II Всесоюзного совещания по детонации, 1981 г.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Титановые сплавы — материалы, плохо поддающиеся обработке резанием. Общие сведения о существующих титановых сплавах. Уровни механических свойств. Выбор инструментальных материалов для токарной обработки титановых сплавов. Нанесение износостойких покрытий.

автореферат [1,3 M], добавлен 27.06.2013

Рассмотрение основных факторов, влияющих на технологические свойства титана и его сплавов. Определение свойств титановых сплавов. Оценка свойств материала для добычи нефти и газа на шельфе. Изучение практики использования в нефтегазовой промышленности.

реферат [146,1 K], добавлен 02.04.2018

Рассмотрение правил проведения макро- и микроанализа металлов и сплавов, определению твердости, исследованию структур и свойств сталей и чугунов, цветных сплавов и пластмасс. Практические вопросы термической и химико-термической обработки металлов.

учебное пособие [4,4 M], добавлен 20.06.2012

Сущность и назначение термической обработки металлов, порядок и правила ее проведения, разновидности и отличительные признаки. Термомеханическая обработка как новый метод упрочнения металлов и сплавов. Цели химико-термической обработки металлов.

курсовая работа [24,8 K], добавлен 23.02.2010

Классификация видов термической и химической обработки. Схемы к объяснению закалки с полиморфным превращением и без него. Особенности процесса старения сплавов. Пример технологического процесса с использованием термической обработки. Виды оборудования.

Какие металлы относятся к чёрным?

Определение чёрных металлов зависит от того, под каким ракурсом рассматривается этот термин. С точки зрения физических свойств к чёрным металлам относят магнитные химические элементы. В их числе:

• железо;
• кобальт;
• никель;
• гадолиний.

С технической точки зрения под определение чёрных металлов подпадает углеродистая сталь и нелегированные чугуны. Границу между этими группами металлов определяет содержание углерода в сплавах: менее 2,14 % – это сталь, 2,14 % и выше – чугун.

Чем отличаются чёрные металлы от цветных

Приведённый выше перечень является исчерпывающим для магнитных химических элементов (чёрных металлов). Если составить объединённый список цветных и чёрных металлов, то в него войдут 78 химических элементов периодической таблицы. При этом три вида чёрных металлов, за исключением железа, по отдельным признакам одновременно относят и к цветным тоже. Их подразделяют на типы:

• тяжёлые – медь, цинк, свинец, олово, сюда же включают и никель;
• лёгкие – алюминий, титан, магний и другие (всего 12 элементов);
• тугоплавкие– марганец, вольфрам, молибден, хром и другие (всего 8 элементов);
• благородные и т. д. (всего 8 групп цветных металлов).

Перечислить всё, что относится к чёрным металлам с технической точки зрения, намного сложнее. Общее количество марок стали и чугуна включает несколько сотен наименований продукции. При этом часть из них не обладает магнитными свойствами, что позволяет по совокупности признаков относить такие сплавы одновременно к чёрным и цветным металлам.

Сталь – это чёрный или цветной металл?

Вопрос о принадлежности стали к чёрным или цветным металлам следует рассматривать исходя из классификации углеродистых сплавов, которая предусмотрена множеством ГОСТов.

Согласно разным нормативным документам, сталь подразделяется на следующие виды чёрных металлов:

• низкоуглеродистые, углеродистые и высокоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 0,25; 0,25–0,6 и свыше 0,6 % соответственно;
• низколегированные, среднелегированные и высоколегированные марки сплавов с контролируемым содержанием легирующих добавок до 2,5; от 2,5 до 10 и свыше 10 % соответственно;
• конструкционную, инструментальную, быстрорежущую, коррозионно-стойкую, жаропрочную и другие виды стали для разных сфер применения.

Из всего обширного сортамента марок стали только семь наименований образуют группу немагнитных сплавов. Напоминаем, что отсутствие магнитных свойств является главным признаком цветных металлов. В то же время в состав немагнитных марок стали входит железо, что является одним из определяющих признаков чёрных металлов.

С учётом малочисленности группы немагнитных сталей их можно считать исключением из общего правила с не вполне определённым статусом. С обыденной точки зрения принято считать, что чёрные металлы – это такие сплавы, которые подвержены коррозии от атмосферных воздействий. Хотя ржаветь могут и высоколегированные сплавы.

Титан – цветной металл или чёрный?

Титан используется в производстве высокопрочных и жаропрочных сплавов, а также в качестве легирующей добавки к углеродистым маркам стали. В титановых сплавах содержание титана составляет от 85 до 99,5 %. Основные добавки в них – это алюминий, ванадий, молибден, марганец, цирконий. Титан входит в группу лёгких цветных металлов наряду с алюминием и другими химическими элементами.

Сплавы на титановой основе также безоговорочно относятся к цветным металлам. Их используют для литья и производства широкого спектра металлопродукции: листового металла, труб, профилей, фольги, поковок, штампованных заготовок и т. д. Небольшие добавки титана в углеродистую сталь придают сплавам повышенную прочность и другие специальные свойства.

Свинец – цветной или чёрный металл?

Свинец входит в группу тяжёлых цветных металлов. В настоящее время его применение в чистом виде крайне ограничено. В числе примеров можно назвать устройство радиационной защиты на радиоактивных объектах, производство пуль. Зато его широко используют в виде разнообразных сплавов в производстве взрывчатки, аккумуляторов, красителей и другой продукции.

Чугун – это чёрный или цветной металл?

Напоминаем, что основное различие между чёрными и цветными металлами – наличие или отсутствие магнитных свойств. Существует несколько марок немагнитных чугунов, для легирования которых используется никель, марганец, кремний и хром. Весь сортамент чугунов подразделяется на белые, серые, ковкие, высокопрочные и передельные сплавы. Абсолютное их большинство приходится на чугуны с магнитными свойствами.

Чугун применяется в литейном производстве, и только передельный чугун используют для последующей выплавки стали. В основном чугун – это чёрный металл, но немагнитные сплавы имеют двойственную сущность, которая позволяет относить их к обеим группам металлов. Кстати, часть марок легированных чугунов также подвержены коррозии под атмосферными воздействиями.

Алюминий – это цветной или чёрный металл

Алюминий – самый распространённый цветной металл. По содержанию в земной коре он в 3,5 раза превосходит железо. Алюминий в чистом виде и сплавы на его основе широко используются в производстве огромного ассортимента продукции. Существует восемь систем алюминиевых сплавов по их базовому составу:

• алюминий-медь-марганец;
• алюминий-магний;
• алюминий-цинк-магний и т. д.

Все без исключения алюминиевые сплавы также относятся к группе цветных металлов. Кроме того, алюминий широко применяется для легирования углеродистых сплавов (стали и чугуна) для придания им специальных свойств. Это в равной степени относится и к большинству других легирующих элементов из числа цветных металлов.

Цинк – цветной или чёрный металл

Цинк входит в группу тяжёлых цветных металлов. Его используют в производстве цветных сплавов, антифрикционных изделий, анодов и для антикоррозионной защиты продукции из чёрных металлов, не считая других сфер применения.

Медь – цветной металл или чёрный

Медь не входит в перечень 18 химических элементов, составляющих 99,8 % массы земной коры, поскольку она принадлежит к группе тяжёлых цветных металлов. В чистом виде медь используется в производстве разных видов медного проката общего назначения, электротехнической продукции и для других целей.

Медь является базовым материалом в изготовлении бронзовых и латунных сплавов. Она также входит в число основных легирующих элементов углеродистой стали. Медь также широко используется в производстве цветных сплавов на основе алюминия и других цветных металлов, где она составляет меньшую долю от массы готовой продукции.

Медь и сплавы на её основе все без исключения относятся к группе цветных металлов. Они не обладают магнитными свойствами. Как легирующий элемент она может входить в состав чёрных металлов (углеродистых сплавов) для придания им специальных свойств. Но в этом случае её нельзя рассматривать как отдельный вид металла.

Латунь – цветной или чёрный металл?

Латунь наряду с бронзой является одним из основных видов цветных сплавов на базе меди. Сортамент продукции из латуни и бронзы практически идентичен. Он включает:

• листовой металл, ленты, фольгу;
• трубы и трубки;
• проволоку, прутки;
• литье и т. д.

Латунь и бронза превосходят медь по прочности, но в отличие от неё не используются для легирования углеродистых и производства других цветных сплавов. Отдельного внимания заслуживают медно-никелевые сплавы, которые также относят к цветным металлам.

Никель – цветной металл или чёрный?

По физическим свойствам никель – это чёрный металл. Однако с технической точки зрения его причисляют к цветным металлам. Наряду с хромом, ванадием, молибденом, марганцем никель входит в первую пятёрку легирующих элементов по массовости их применения. Помимо этого, его используют в производстве широкого спектра сплавов, в которых он является основным или вторым по массовой доле элементом.

К ним относятся производимые согласно ГОСТ 492-73 и ГОСТ 19241-2016 сплавы. В их числе мельхиор, хромель, константан, манганин и другие ценные сплавы, которые отличает очень высокая коррозионная стойкость. Значительное содержание в углеродных сплавах никеля и хрома также обеспечивает им стойкость ко всем видам коррозии, в том числе в результате атмосферных и агрессивных воздействий.

Никель наряду с другими легирующими элементами придаёт углеродистым сплавам заданные специальные свойства. В их числе жаропрочность и жаростойкость, повышенная механическая прочность, стойкость к разным видам агрессивной среды и прочее. С учётом высокой ценности высоколегированных сплавов, в том числе имеющих магнитные свойства, их справедливо причисляют к цветным металлам.

Что делают из чёрного металла

Граница, разделяющая чёрные и цветные металлы, не всегда выглядит чёткой и однозначной. Поэтому на обыденном уровне к чёрным металлам относят углеродистые и низколегированные марки стали, а также нелегированный чугун. Мы можем назвать следующие примеры чёрных металлов, а точнее – продукции из них:

• строительную арматуру всех классов;
• листовой, сортовой и фасонный прокат из перечисленных марок стали, в том числе с оцинкованным покрытием;
• трубы;
• стальное и чугунное литьё общего назначения – например, корпуса трубопроводной арматуры.

Детализированный перечень продукции из чёрных металлов можно продолжать почти до бесконечности. Однако не забывайте: не всё, что ржавеет, является чёрным металлом.

Тугоплавкие металлы — вольфрам, молибден, ниобий, тантал

Большинство определений термина тугоплавкие металлы определяют их как металлы имеющие высокие температуры плавления. По этому определению, необходимо, чтобы металлы имели температуру плавления выше 4,000 °F (2,200 °C). Это необходимо для их определения как тугоплавких металлов. Пять элементов — ниобий, молибден, тантал, вольфрам и рений входят в этот список как основные, в то время как более широкое определение этих металлов позволяет включить в этот список ещё и элементы имеющие температуру плавления 2123 K (1850 °C) — титан, ванадий, хром, цирконий, гафний, рутений и осмий. Трансурановые элементы (которые находятся за ураном, все изотопы которых нестабильны и на земле их найти очень трудно) никогда не будут относиться к тугоплавким металлам.

Тугоплавкие сплавы на основе вольфрама

Представителем таких сплавов является сплав вольфрама и ниобия ВВ2 с температурой жаропрочности до 1200°C. Для повышения коррозионной стойкости и тугоплавкости вольфрамовые сплавы легируют рением. А для повышения износостойкости торием.

Характеристика механических свойств металлов

• твердость;
• высокая температура плавления;
• прочность;
• деформация ползучести;
• теплопроводность металлов.

Таблица прочности металлов поможет определить предел прочности тугоплавкого металла при растяжении, а также показатель прочности каждого вида.

Сплавы на основе молибдена

Молибден и его сплавы являются наверное самыми частоиспользуемыми из всех тугоплавких. В промышленности часто используются сплавы легированные цирконием, бором, титаном, ниобием: сплавы ЦМ3, ЦМ6, ЦМ2А, ВМ3

Твердость

Применение

Тугоплавкие металлы используются в качестве источников света, деталей, смазочных материалов, в ядерной промышленности в качестве АРК, в качестве катализатора. Из-за того, что они имеют высокие температуры плавления, они никогда не используются в качестве материала для выплавки на открытом месте. В порошкообразном виде материал уплотняют с помощью плавильных печей. Тугоплавкие металлы можно переработать в проволоку, слиток, арматуру, жесть или фольгу.

Сплавы ниобия

Тёмная часть сопла Apollo CSM сделана из сплава титан-ниобий.

Ниобий почти всегда находится вместе с танталом; ниобий был назван в честь Ниобы, дочери Тантала в греческой мифологии. Ниобий находит множество путей для применения, некоторые он разделяет с тугоплавкими металлами. Его уникальность заключается в том, что он может быть разработан путём отжига для того, чтобы достичь широкого спектра показателей твёрдости и упругости; его показатель плотности самый малый по сравнению с остальными металлами данной группы. Он может применяться в электролитических конденсаторах и является самым частым металлом в суперпроводниковых сплавах. Ниобий может применяться в газовых турбинах воздушного судна, в электронных лампах и ядерных реакторах.

Сплав ниобия C103, который состоит из 89 % ниобия, 10 % гафния и 1 % титана, находит своё применение при создании сопел в жидкостных ракетных двигателях, например таких как Apollo CSM (англ.). Применявшийся сплав не позволяет ниобию окисляться, так как реакция происходит при температуре от 400 °C.

Тантал

Тантал является самым стойким к коррозии металлом из всех тугоплавких металлов.

Важное свойство тантала было выявлено благодаря его применению в медицине — он способен выдерживать кислую среду (организма). Иногда он используется в электролитических конденсаторах. Применяется в конденсаторах сотовых телефонов и компьютера.

Сплавы рения

Рений является самым последним открытым тугоплавким элементом из всей группы. Он находится в низких концентрациях в рудах других металлов данной группы — платины или меди. Может применяться в качестве легирующего компонента с другими металлами и придает сплавам хорошие характеристики — ковкость и увеличивает предел прочности. Сплавы с рением могут применяться в компонентах электронных приборов, гироскопах и ядерных реакторах. Самое главное применение находит в качестве катализатора. Может применяться при алкилировании, деалкилировании, гидрогенизации и окислении. Его столь редкое присутствие в природе делает его самым дорогим из всех тугоплавких металлов.

Удельная прочность тугоплавких металлов

В таблице представлена удельная прочность металлов, рассчитанная при комнатной температуре. В общих случаях она зависима от чистоты и способа получения металла. По результатам сравнительного анализа видны преимущества таких металлов как Nb и Mo. Они значительно выигрывают по сравнению с Ta и W. Выделенное объективно до температуры в 1370 °С.