Шта је титанијум челик?

Челик који садржи комбинацију титанијума и додатних легирајућих елемената као што су никл, молибден, хром, алуминијум, ванадијум, бакар и угљеник се назива титанијум челик, такође познат као челик од легуре титанијума. Физичке и механичке особине челика, као што су чврстоћа, тврдоћа, жилавост лома и отпорност на пузање при високим температурама, могу се побољшати додавањем титанијума као легирајућег елемента.

Од чега је направљен титанијум челик?

Примарни метал утитанијум челикје гвожђе, које чини основну матрицу легуре. Количина гвожђа варира, али је обично око 85-95 процената по тежини. Титанијум се додаје до око 5-15 процената да би пружио корисна својства. Други легирајући елементи као што су никл, молибден, хром, ванадијум, бакар, алуминијум и угљеник такође се могу додати у малим количинама да би се додатно подесиле особине и карактеристике челика.

Производња титанијум челика почиње топљењем гвожђа и других метала заједно у електролучној пећи или индукционој пећи. Истопљени метал се затим рафинише и легирајући елементи попут титанијума, никла, хрома, молибдена се додају у прецизним количинама. Смеша се затим лијева у инготе или континуирано лијева у гредице за даљу обраду. Челик се затим подвргава топлом ваљању, топлотној обради и хладној обради да би се добио коначни производ од титанијумског челика.

За шта се користи титанијум челик?

Титанијум челик налази примену у широком спектру критичних примена где је потребна висока чврстоћа, мала тежина и добра отпорност на корозију. Неке од главних употреба титанијум челика су:

Ваздухопловна индустрија: Користи се у структурним деловима авиона као што су крила, труп, стајни трапови где су снага и мала тежина критични. Висока специфична чврстоћа титанијум челика помаже да се максимизира носивост и ефикасност горива.

Индустријска примена: Користи се у парним и гасним турбинама за производњу електричне енергије. Чврстоћа на високим температурама омогућава компонентама као што су сечива, дискови, кућишта да издрже екстремна окружења. Такође се користи у измењивачима топлоте и кондензаторима у електранама.

Аутомобилска индустрија: Користи се у деловима као што су клипњаче, радилице, опруге, причвршћивачи, компоненте издувних гасова где је потребна чврстоћа на повишеним температурама. Висока чврстоћа на замор је драгоцена.

Индустрија хемијске обраде: Због добре отпорности на корозију, титанијум челици се користе у хемијским реакторима, измењивачима топлоте, вентилима, пумпама за руковање корозивним срединама.

Биомедицински имплантати: Биокомпатибилност и отпорност на корозију омогућавају употребу у хируршким имплантатима као што су зглобови кука и колена, коштане плоче, шрафови.

Спортска опрема: палице за голф, рамови за бицикле и фелне имају висок однос снаге и тежине и отпорност на замор.

Опрема за прераду хране: Са добром отпорношћу на корозију, титанијумски челици се добро понашају у прибору за јело, посудама под притиском, котловима за прераду хране.

Да ли је титанијум челик доброг квалитета?

Да, титанијум челик се сматра висококвалитетним инжењерским материјалом због следећих повољних својстава:

Висока затезна чврстоћа - Титанијумски челици обично имају затезне чврстоће у распону од 700 МПа до 1300 МПа, што је знатно веће од конвенционалних челика. Ово омогућава дизајнирање лаких компоненти.

Добра дуктилност - Упркос високој чврстоћи, титанијум челик задржава пристојну дуктилност како би се избегао превремени квар под стресом. Вредности издужења се крећу од 10-25 процената у већини легура титанијума.

Одлична чврстоћа на замор - Отпорност на циклично напрезање титанијум челика превазилази друге легиране челике, што их чини идеалним за динамичке примене.

Изванредна отпорност на корозију - Титанијум значајно повећава отпорност на корозију због своје ватросталне природе. Ово омогућава употребу у тешким окружењима.

Чврстоћа на високим температурама - Титанијумски челици одржавају своју чврстоћу и отпорност на пузање на температурама до 600 степени, омогућавајући примену на високим температурама.

Ниска топлотна експанзија - Коефицијент топлотног ширења је скоро половина челика, смањујући савијање и топлотни замор.

Немагнетна – додавањем титанијума добија се легура која није магнетна, што је корисно у одређеним критичним применама.

Врхунски квалитет и перформансе титанијум челика имају већу цену. Међутим, када се рачунају током животног циклуса производа, супериорна својства обично оправдавају вишу почетну цену.

Да ли је титанијум челик исто што и нерђајући челик?

Не, титанијум челик и нерђајући челик су потпуно различити материјали у смислу састава, својстава и примене. Кључне разлике су:

Састав: Нерђајући челици садрже високе нивое хрома (10-20 процената) и никла (8-20 процената) заједно са челиком.Титанијумчелици садрже титанијум као главни легирајући елемент са минималним количинама хрома и никла.

Особине: Нерђајући челици своју снагу добијају од високог садржаја хрома и накнадне термичке обраде. Титанијумски челици добијају своју снагу од титанијума који делује као учвршћивач чврстог раствора у матрици гвожђа.

Отпорност на корозију: Нерђајући челици зависе првенствено од слоја хром-оксида за отпорност на корозију. Титанијум челик се ослања на инертност титанијума за отпорност на корозију.

Чврстоћа на високим температурама: Титанијумски челици задржавају снагу и отпорност на пузање до 600 степени. Нерђајући челици не могу да раде изнад 300-400 степена због таложења крхких фаза.

Магнетна пермеабилност: Нерђајући челици су феромагнетни због гвожђа и хрома. Титанијумски челици су немагнетни.

Цена: Титанијум је скупљи од хрома и никла. Дакле, титанијумски челици коштају више од нерђајућег челика.

Примене: Иако постоји извесно преклапање, титанијумски челици се генерално користе тамо где је критичан већи однос чврстоће и тежине, отпорност на замор или високе температуре. Нерђајући челици налазе ширу употребу за опште примене корозије.

Укратко, титанијум и нерђајући челици имају потпуно различите композиције прилагођене да развију одређена својства и примене. Титанијумски челици нуде супериоран однос снаге и тежине, али по већој цени. Нерђајући челици пружају одличну отпорност на корозију по нижој цени. Избор зависи од специфичних захтева апликације.

Референце:

Давис, ЈР (1993). Легирање: разумевање основа. АСМ Интернатионал.

Лутјеринг, Г. (2003). Титанијум (инжењерски материјали и процеси). Спрингер Сциенце & Бусинесс Медиа.

Полмеар, ИЈ (2005). Лаке легуре: металургија лаких метала. Буттерворт-Хајнеман.

Донацхие, МЈ (2000). Титанијум: Технички водич. АСМ Интернатионал.

Бауццио, М. (1993). АСМ Металс Референце Боок. АСМ Интернатионал.

Балдев Рај, ТС, Јаиакумар Т. (2011). Корозионо понашање легура титанијума. у Бхадесхиа ХКДХ, Хонеицомбе РВК (едс) Стеелс. Спрингер, Берлин, Хајделберг.