Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

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 TiOx.
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 TiNx(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiCx (x=0,49-1,00).
Титан поглощает водород, образуя соединения переменного состава TiHx. 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.

РубрикаПроизводство и технологии
Видстатья
Языкрусский
Дата добавления30.03.2017
Размер файла644,4 K

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.

Читайте так же:
Термоэлектрический генератор своими руками

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 (Vуд

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.

Читайте так же:
Судно “Кузьма Минин”

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.

Читайте так же:
Требования к прокладке кабеля в земле

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.

Какие металлы относятся к черным

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.

сталь это черный или цветной металл

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.

титан цветной металл или черный

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?

Cвинец цветной или черный 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 это черный или цветной металл

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.

Читайте так же:
Топ ножниц по металлу

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.

Читайте так же:
Углы заточки кухонных ножей таблица

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

Т, °СТвердость, МН/м2 (кГ/мм2)
WMoNb
1560525 (53,5)172 (17,6)102 (10,4)
1750410 (41,8)126(12,9)50 (5,1)
2000167 (17)65,7 (6,7)10,8 (1,1)
250071,6 (7,3)22,5 (2,3)
300046,1 (4,7)

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector