Obwohl Titan und seine Legierungen die Vorteile einer hohen spezifischen Festigkeit, einer guten Hoch- und Tieftemperaturleistung, Korrosionsbeständigkeit usw. aufweisen; Wenn sie nicht richtig eingesetzt werden, ihre Stärken nicht genutzt und ihre Schwächen vermieden werden, werden sie dennoch nicht die erwarteten Ergebnisse erzielen, sondern stattdessen unangemessene Verluste verursachen. Wie wendet man Titan richtig an? Bei der Auswahl von Titanmaterialien sollten folgende Punkte sorgfältig berücksichtigt werden:
1. Korrosive Umgebung Industrielles Reintitan und andere Titanlegierungen weisen in neutraler, oxidativer Umgebung eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. In einer schwach reduzierenden Umgebung behält es auch einen passiven Zustand bei. Korrodiert in stark reduzierenden Säuren; aber gute Korrosionsbeständigkeit in reduzierenden Umgebungen in Kombination mit Korrosionsschutzmitteln, sogar für Königswasser. Es ist korrosionsbeständig in korrosiven Umgebungen wie Hochtemperatursalzen, feuchtem Chlorgas, Salpetersäure und verschiedenen Bleichmitteln. Titan ist als Anode unter mehreren Volt passiv und wird daher bei der anodischen Behandlung, Elektrolyse und Galvanisierung verwendet. Im Meerwasser kommt es nicht zu Lochfraß und Spaltkorrosion. Es weist eine höhere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion, Kontaktkorrosion und Abrieb auf. Hat eine gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber organischen Säuren mit Ausnahme von Ameisensäure (nicht entlüftet) usw. Schweißen verringert die Korrosionsbeständigkeit von Titan kaum. Obwohl Titan in den oben genannten korrosiven Medien eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist; Bei der Auswahl von Titan als korrosionsbeständiges Material müssen jedoch noch folgende Punkte beachtet werden:
(1) Industrielles reines Titan bei statischer Hochtemperatur, hohe Löslichkeit der Salpetersäurelösung in der Korrosionsbeständigkeit ist besser; Aber im Fluss der Salpetersäurelösung ist dies häufig auf die fehlende korrosionshemmende Rolle von vierwertigen Titanionen und Korrosion zurückzuführen. Daher sollte in dieser Umgebung Titan als Ti-5Ta-Legierung verwendet werden.
(2) Bei Titan in Meerwasser und Chloridlösung tritt keine Lochfraßbildung auf. aber in kochender Lösung, die Magnesiumchlorid, Aluminiumchlorid, Kupferchlorid, Zinkchlorid und Calciumchlorid enthält, bildet sich Lochfraß. Bei industriellem reinem Titan besteht bei Meerwassertemperaturen über 90 Grad die Möglichkeit von Spaltkorrosion. In dieser Umgebung wird daher die Wahl einer Ti-0.2Pb-Legierung empfohlen.
(3) Industrielles Reintitan in chlorhaltigen Kohlenwasserstoffen und Fluorkohlenwasserstoffen korrodiert nicht. Aber im Fall von Wasser, Hydrolyse und Salzsäure und Flusssäure kommt es zu Titankorrosion. Wenn sich Kohlenwasserstoffe bei hohen Temperaturen zersetzen und Wasserstoff erzeugen, kann Titan Wasserstoff absorbieren und zu Wasserstoffversprödung führen.
(4) Titan unterliegt keiner Korrosion durch feuchtes Chlorgas (mit mehr als 1 % Wasser) und Gase wie Schwefeldioxid, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff usw.; Allerdings leidet es unter Korrosion in trockenem Chlorgas; und es verursacht Feuer und Selbstentzündung. Im Temperaturbereich von -253 ~ 93 Grad ist die Korrosionsbeständigkeit von Titan gegenüber Wasserstoff und Stickstoffperoxid ausgezeichnet; Aber auch gasförmiger Sauerstoff, flüssiger Sauerstoff und ein teilweise hoher Sauerstoffpartialdruck in wässriger Lösung können zu einer Selbstentzündung von Titanbränden führen. Bei der Verwendung von Titan in dieser Umgebung ist Vorsicht geboten.
(5) Bei industriellem Reintitan kommt es im Allgemeinen nicht zu Spannungsrisskorrosion; Enthält jedoch Spuren von Salzsäure in Methanol, organischen Lösungsmitteln auf Ethanolbasis und in der rauchenden Salpetersäure und neigt zu Spannungskorrosion, Bruch oder Selbstentzündung im Brandfall.
(6) Kontakt zwischen Titan und Metall mit geringerem Potenzial, Metallkorrosion mit geringem Potenzial. Der Grad der Korrosion hängt vom Anteil der Oberfläche des Metalls ab, das mit Titan in Kontakt kommt.
(7) Obwohl Titan auch eine gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber Alkalien mit einem pH-Wert über 9 aufweist; Allerdings wird Titan wegen der Neigung zur Wasserstoffversprödung bei höheren Temperaturen nur in Laugen bei niedrigen Temperaturen verwendet. Wenn die Lauge freies Chlor enthält, wird die Korrosionsbeständigkeit von Titan gegenüber Lauge verbessert. Umgekehrt wird die Laugenkorrosion von Titan verstärkt, wenn die Lauge Sauerstoff und Ammoniak enthält.
2. Die chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Titan
Titan und Titanlegierungen sowie andere Metalle weisen hinsichtlich ihrer chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften eigene Eigenschaften auf. Einige Eigenschaften unterscheiden sich von Kohlenstoffstahl, Edelstahl und anderen Eisenmetallen; unterscheidet sich auch von häufig verwendeten Nichteisenmetallen wie Aluminium, Blei usw. Daher muss bei der Verwendung von Titan auf folgende Eigenschaften geachtet werden:
(1) Titan ist ein chemisch sehr aktives Metall, das bei höheren Temperaturen mit vielen Elementen und Verbindungen reagieren kann, insbesondere mit Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und anderen Gasen in der Luft, wodurch sich die Leistung von Titan verschlechtert. Dies ist ein Problem, das beim Schmelzen, Verarbeiten, Herstellen und Verwenden von Titan sorgfältig berücksichtigt werden muss.
(2) Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Titan beträgt etwa zwei Drittel des Kohlenstoffstahls; entspricht der Hälfte von Edelstahl. Bei der Verwendung von Titan zur Herstellung von Behälterauskleidungen aus Kohlenstoffstahl oder Edelstahl; Oder verwenden Sie Titan zur Herstellung von Rohrbündel-Wärmetauscherrohren, während das Gehäuse aus Kohlenstoffstahl oder Edelstahl hergestellt wird, um die Ausrüstung im Prozess steigender und fallender Temperaturen ernsthaft zu berücksichtigen, die Auskleidung und Rohre, um der thermischen Belastung standzuhalten.
(3) Die Wärmeleitfähigkeit von Titan ist 4,5-mal kleiner als die von Kohlenstoffstahl und etwas niedriger als die von Edelstahl. Daher kann sich bei Titangeräten, die bei hohen Temperaturen verwendet werden, in der Gehäusewand leicht ein hoher Temperaturgradient bilden, was zu einer größeren thermischen Belastung oder thermischen Ermüdungsbelastung führt. Dieser Nachteil wird jedoch durch den geringeren Längenausdehnungskoeffizienten ausgeglichen. Daher ist der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Titan zwar niedrig; die Effizienz der Wärmeübertragung wird dadurch nicht beeinträchtigt. Dies liegt daran, dass Titan eine bessere Fähigkeit zum Schutz vor Umweltverschmutzung aufweist. kein Gas ist Filmkondensation und Tropfenkondensation; Kann einer höheren Durchflussrate von Scheuerkorrosion standhalten, kann die Gerätewand oder Rohrwand sehr dünn und hochfest machen und andere Eigenschaften aufweisen. Daher weist Titan eine bessere Wärmeübertragungsleistung auf.
(4) Titan hat einen hohen Schmelzpunkt, normalerweise 1668 ± 4 Grad. Etwa 130 Grad höher als Kohlenstoffstahl, etwa 243 Grad als Edelstahl. Gepaart mit seiner geringen Wärmeleitfähigkeit. Daher ist die Verweilzeit des Schweißguts in der Hochtemperaturzone etwas länger, es ist angemessen, eine grobe Körnung zu verursachen, die Plastizität zu reduzieren und beim Schweißen ist es leicht, große Restspannungen zu erzeugen. Dies muss bei der Gestaltung der Schweißkonstruktion sorgfältig berücksichtigt werden.
(5) Titan hat eine schlechte elektrische Leitfähigkeit. Wenn die Leitfähigkeit von Kupfer 100 % beträgt, beträgt die von Titan nur 3,1 %. Aber es kommt der Leitfähigkeit von Edelstahl nahe. Dies muss bei der Gestaltung von Titanelektroden berücksichtigt werden.
(6) Titan hat einen niedrigen Elastizitätsmodul, der etwa halb so hoch ist wie der von Kohlenstoffstahl oder Edelstahl. Besonderes Augenmerk sollte daher auf die Gestaltung biegesteifer Bauteile gelegt werden.
(7) Titan verfügt über erhebliche Rückpralleigenschaften, seine Rückprallkapazität ist zwei- bis dreimal so hoch wie die Kaltumformung von Edelstahl. Dies ist auf die Streckgrenze von Titan zurückzuführen und das Verhältnis von Elastizitätsmodul und Streckgrenze ist ebenfalls größer, so dass beim Umformen eine große Spannung im Inneren des Teils entsteht. Daher sind Titangeräte im Allgemeinen nicht für den Kaltprägeprozess geeignet. und es muss ein orthopädisches Heißumform- oder Kaltprägeverfahren verwendet werden.
(8) Titan und Edelstahl, leicht zu kleben. Daher ist es nicht einfach, gleittragende Werkstücke aus Titan ohne spezielle Behandlung herzustellen; andernfalls werden sie aufgrund von Abrieb oder Verstopfung schnell verschrottet. Wenn Titan als bewegliches Element verwendet werden muss, muss ein Titan-Reibungsmaterial (z. B. Kunststoff) aus Reibungsunterteilen hergestellt werden. oder Oberflächenhärtungsbehandlung; oder verwenden Sie verschiedene Titanlegierungen aus Reibungssub. Beim Spiral-Reibungsschraubstock sollte in der Spirale eine Passung mit großem Spalt oder Schmiermittel verwendet werden.
(9) Die Zugfestigkeit von Titan nimmt mit steigender Temperatur ab. Wenn die Temperatur 250 Grad erreicht, beträgt seine Zugfestigkeit nur noch die Hälfte der Raumtemperatur. Und die Zugkurve von Titan hat keine physikalische Streckgrenze, sondern nur die bedingte Streckgrenze. Daher muss bei der Berechnung der Festigkeit von Titangeräten die Festigkeitsgrenze bei der Auslegungstemperatur gewählt werden.
(10) Die Kriechfestigkeit von Titan ist nicht nur bei hohen Temperaturen schlecht, auch bei Raumtemperatur tritt Kriechverhalten auf. Seine Kriechgrenze nimmt normalerweise mit zunehmender Temperatur zu und ab; aber bis 120 Grad begann die Kriechgrenze wieder anzusteigen, bei 200 Grad erreichte sie den Maximalwert. Danach nimmt die Kriechgrenze mit der Temperatur weiter zu und ab. Normalerweise im Temperaturbereich von 200 bis 300 Grad, um stabile Kriecheigenschaften zu gewährleisten. Daher muss bei der Berechnung der Festigkeit von Titangeräten nicht nur die Festigkeitsgrenze bei der Auslegungstemperatur berücksichtigt werden; müssen aber auch entsprechend der Kriechgrenze kalibriert werden.
(11) Die Plastizität von industriellem Reintitan steht in besonderem Zusammenhang mit der Temperatur. Von Raumtemperatur bis 200 Grad nimmt die relative Dehnung von Titan zu. Bei anhaltender Temperatur beginnt sie zu sinken. Die relative Dehnung erreicht ein Minimum bei 450–500 Grad und steigt dann deutlich an. Daher ist es am besten, die Temperatur nicht über 350 Grad zu verwenden.
(12) Die Schlagfestigkeit von inländischem Industrietitan ist gering und beträgt teilweise nur 8,0 kg-m/cm2 bei Raumtemperatur. steigt aber mit steigender Temperatur. Wenn die Temperatur 200 Grad übersteigt, steigt die Schlagfestigkeit schnell an. Bei 550 Grad kann die Schlagfestigkeit etwa 18 kg-m/cm2 erreichen. Und sein Schlagwert nimmt mit zunehmendem Verunreinigungsgehalt ab. Daher sollte bei der Konstruktion von Titangeräten eine Spannungskonzentration so weit wie möglich vermieden werden, um übermäßige lokale Spitzenspannungen zu verhindern.
(13) Die Härte und Festigkeit von Titan nehmen mit dem Grad der Kaltverformung zu. Beispielsweise beträgt der Kaltverformungsgrad 80 % der Festigkeitsgrenze der Probe, verglichen mit der vollständig geglühten Probe, die 1-mal größer ist. Mit zunehmendem Grad der Kaltverformung nimmt der Wert der Dehnung schnell ab. Bei einem Kaltverformungsgrad über 50 % sinkt die Dehnung auf 10 % und nimmt dann nicht mehr weiter ab. Darüber hinaus hängen die mechanischen Eigenschaften von Titan mit der Verformungsgeschwindigkeit zusammen. Wenn die Dehngeschwindigkeit von 0,01 Minuten auf 1,5 Minuten erhöht wird, erhöht sich die Festigkeitsgrenze von 36,5 kg-Kraft/mm2 auf 42,5 kg-Kraft/mm2; die Dehnungsgeschwindigkeit nimmt deutlich ab und steigt dann wieder an. Daher sollten beim Kaltprägen von Titan der Verformungsgrad und die Verformungsgeschwindigkeit streng kontrolliert werden.
(14) Titan weist eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit auf; Allerdings ist es empfindlicher gegenüber Kerbungen. Im Rotationsbiegeversuch beträgt das Verhältnis seiner Ermüdungsfestigkeit zur Zugfestigkeit etwa 60 Prozent; während der allgemeine Kohlenstoffstahl nur etwa 45 Prozent der Zugfestigkeit aufweist. Auch die Oberflächenbeschaffenheit hat großen Einfluss auf die Ermüdungsfestigkeit. Prüfstäbe mit hochglanzpolierten Oberflächen weisen eine höhere Dauerfestigkeit auf als solche mit bearbeiteten Oberflächen. Daher sollten bei der Konstruktion von Titangeräten strukturelle Diskontinuitäten vermieden und die Schweißnähte so glatt wie möglich sein.
15) Titan kann nicht mit anderen Metallen schmelzgeschweißt werden. Dies liegt daran, dass der Schmelzpunkt von Titan höher ist als der anderer Metalle; und hat eine spröde intermetallische Verbindung gebildet, die zur Versprödung der Schweißnaht führt. Bei der teilweisen Auskleidung des Behälters sollte besonderes Augenmerk auf die Gestaltung der Verbindungsstelle gelegt werden. Kleben, Hartlöten, Sprengschweißen und Schrauben können eingesetzt werden, wenn Verbindungen mit anderen Metallen erforderlich sind.
16) Die Gestaltung von Schweißverbindungen für Titangeräte ähnelt der Form von Verbindungen für andere Metalle; Dies liegt jedoch an der größeren Fließfähigkeit von geschmolzenem Titan. Daher lässt es sich fester zusammenfügen als andere Metalle. Beim Stumpfschweißen dünner Bleche bleibt bei gleichseitigen Stumpfverbindungen in der Regel kein stumpfer Kantenabstand übrig. Diese Schweißnähte können ohne Zusatzdraht ausgeführt werden, wenn die Straßenmontage zufriedenstellend ist. Bei Blechdicken über 1,5 mm wird zur Sicherstellung der Schweißnahtdurchdringung ein stumpfer Kantenspalt oder eine einzelne V-Fase verwendet. Für diese Verbindungen ist zusätzlicher Draht erforderlich. Für dicke Platten oder dicke Abschnitte verwenden Sie eine einzelne V-förmige oder doppelte V-förmige Fase. In diesen Fällen sollten die Verbindungen so gestaltet werden, dass minimale Schweißdurchgänge erforderlich sind und der Wurzelschutz der Schweißnaht erleichtert wird.
17) Bei der Konstruktion von Titangussteilen ist zu berücksichtigen, dass Titan ein enges Temperaturintervall zwischen der Flüssigphasenlinie und der Festphasenlinie aufweist. Diese Tendenz zur schnellen Erstarrung begünstigt die gerichtete Erstarrung des Gussstücks; Allerdings kommt es dort, wo die Wärme konzentriert ist, häufig zu Rissen und Schrumpfungen. Starke Unterschiede in den Dickenabschnitten und scharfe Ecken sollten in allen angrenzenden Teilen von Titangussteilen vermieden werden. Wo sie nicht vermieden werden können, sollten sowohl Dickenschwankungen als auch scharfe Ecken über abgerundete Übergänge mit ausreichendem Radius verfügen. Die Schnittstelle des Gussstücks sollte einen gleichmäßigen Querschnitt mit einer Verjüngung haben. Auf allen vertikalen Flächen sollte ein großes Tiefgangsgefälle berücksichtigt werden; Außerdem sollte die Lage der Steigrohre berücksichtigt werden und die Tatsache, dass nach dem Entfernen dieser Anguss-Steigrohre kein Feinschleifen erforderlich ist.
18) Das Gewindeschneiden von Titan ist ein schwierigerer Prozess. Dies liegt an den begrenzten Spannuten im Gewindebohrer und der starken Anhaftung von Titan, die beide zu einer Verschlechterung des Gewindes führen. Wenn das Schneiden beendet ist, neigt Titan dazu, sich am Gewindebohrer festzusetzen, was zum Bruch führt. Daher sollten Sacklöcher und zu lange Durchgangslöcher bei der Konstruktion von Titangeräten vermieden werden; Gleichzeitig sollten die Passgenauigkeitstoleranzen entsprechend gelockert werden.
(19) Die Dehnung von inländischen Titanrohren schwankt im Bereich von 28 bis 40 %; während die Dehnung von Edelstahl im Bereich von 50 bis 60 % liegt. Daher sollte der Dehnungsspalt von Rohrbündelwärmetauschern aus Titan kleiner sein als der von Edelstahl; andernfalls besteht die Gefahr, dass das Säulenrohr beim Ausdehnen Risse bekommt.
(20) Titan nimmt im Schneidprozess aufgrund der plastischen Verformung und bei hohen Schneidtemperaturen leicht Luftsauerstoff und Stickstoff auf und bildet eine harte und spröde Haut sowie ein Kaltverfestigungsphänomen. Das Ergebnis ist nicht nur eine Verringerung der Dauerfestigkeit der Teile; Dies erhöht den Verschleiß des Werkzeugs und erschwert die zukünftige Bearbeitung. Wählen Sie daher beim Schneiden von Titan im Allgemeinen eine niedrigere Schnittgeschwindigkeit, eine größere Schnitttiefe und einen größeren Vorschub. Und die Verwendung geeigneter Kühlschmiermittel, Hochdruckkühlung. Um die Schnitttemperatur zu senken, die Qualität der Bearbeitungsoberfläche und die Haltbarkeit des Werkzeugs zu verbessern.
