Las características y funciones del titanio.

El titanio es un elemento con número atómico 22 en la tabla periódica. El subgrupo de elementos del cuarto período, la designación IVB, incluye circonio y hafnio además del titanio. La característica común es un alto punto de fusión, que se forma en su superficie a temperatura ambiente. película de óxido estable.

1. Baja densidad, alta resistencia, alta resistencia específica

La densidad del titanio es de 4,51 g/cm3, que es el 57 por ciento de la del acero. El titanio pesa menos del doble que el aluminio, pero es tres veces más resistente. La resistencia específica (relación resistencia/densidad) de la aleación de titanio es la mayor entre las aleaciones industriales comúnmente utilizadas (consulte la Tabla 2-1). La resistencia específica de la aleación de titanio es 3,5 veces mayor que la del acero inoxidable; 1,3 veces mayor que la de la aleación de aluminio; 1,7 veces mayor que la de la aleación de magnesio. Es un material estructural indispensable para la industria aeroespacial.

Tabla 2-1 Comparación de densidad y resistencia específica del titanio y otros metales

2. Excelente resistencia a la corrosión

La pasivación del titanio depende de la presencia de películas de óxido, que son más resistentes a la corrosión en medios oxidantes que en medios reductores. La corrosión a alta velocidad ocurre en los medios reductores. El titanio no se corroe en algunos medios corrosivos, como agua de mar, cloro húmedo, soluciones de clorito e hipoclorito, ácido nítrico, ácido crómico, cloruros metálicos, sulfuros y ácidos orgánicos. Pero en el medio (como el ácido clorhídrico, el ácido sulfúrico) que reacciona con el titanio para generar hidrógeno, el titanio suele tener una alta velocidad de corrosión. Sin embargo, si se añade una pequeña cantidad de oxidante al ácido, se formará una película de pasivación sobre la superficie del titanio. Por lo tanto, el titanio tiene resistencia a la corrosión en ácido sulfúrico concentrado y ácido nítrico o en una mezcla de ácido clorhídrico y ácido nítrico, incluso en ácido clorhídrico que contiene cloro libre. Generalmente se forma una película protectora de óxido de titanio cuando el metal entra en contacto con agua, incluso en pequeñas cantidades o en vapor de agua. Si el titanio se expone a un ambiente fuertemente oxidante sin agua, se producirá una oxidación rápida y reacciones violentas y, a menudo, incluso se producirá una combustión espontánea. Este fenómeno ocurre cuando el titanio reacciona con ácido nítrico fumante que contiene exceso de óxidos de nitrógeno y cuando el titanio reacciona con cloro gaseoso seco. Por tanto, para evitar este tipo de reacciones, debe haber una cierta cantidad de agua. Incluso en pequeñas cantidades o en vapor de agua. Si el titanio se expone a un ambiente fuertemente oxidante sin agua, se producirá una oxidación rápida y reacciones violentas y, a menudo, incluso se producirá una combustión espontánea. Este fenómeno ocurre cuando el titanio reacciona con ácido nítrico fumante que contiene exceso de óxidos de nitrógeno y cuando el titanio reacciona con cloro gaseoso seco. Por tanto, para evitar este tipo de reacciones, debe haber una cierta cantidad de agua. Incluso en pequeñas cantidades o en vapor de agua. Si el titanio se expone a un ambiente fuertemente oxidante sin agua, se producirá una oxidación rápida y reacciones violentas y, a menudo, incluso se producirá una combustión espontánea. Este fenómeno ocurre cuando el titanio reacciona con ácido nítrico fumante que contiene exceso de óxidos de nitrógeno y cuando el titanio reacciona con cloro gaseoso seco. Por tanto, para evitar este tipo de reacciones, debe haber una cierta cantidad de agua.

3. Buena resistencia al calor

Generalmente el aluminio pierde sus propiedades originales a 150 grados, el acero inoxidable pierde sus propiedades originales a 310 grados y las aleaciones de titanio aún mantienen buenas propiedades mecánicas a alrededor de 500 grados. Cuando la velocidad del avión alcanza 2,7 veces la velocidad del sonido, la temperatura de la superficie de la estructura del avión alcanza los 230 grados y no se pueden utilizar aleaciones de aluminio y magnesio, mientras que las aleaciones de titanio pueden cumplir los requisitos. El titanio tiene buena resistencia al calor y se utiliza en los discos y palas de los compresores de los motores de los aviones y en el revestimiento del fuselaje trasero de los aviones.

4. buen rendimiento a baja temperatura

La resistencia de algunas aleaciones de titanio (como Ti-5AI-2.5SnELI) aumenta con la disminución de la temperatura, pero la plasticidad no disminuye mucho. Todavía tiene buena plasticidad y tenacidad a baja temperatura, adecuado para su uso a temperatura ultrabaja. Se puede utilizar para motores de cohetes de hidrógeno líquido seco y oxígeno líquido, y también se puede utilizar para contenedores de temperatura ultrabaja y tanques de almacenamiento de naves espaciales tripuladas.

5. no magnético

El titanio no es magnético y se utiliza en proyectiles submarinos y no provoca explosiones en las minas.

6. Pequeña conductividad térmica.

La comparación de la conductividad térmica entre el titanio y otros metales se muestra en la Tabla 2-2.

Tabla 2-2 Comparación de conductividad térmica entre titanio y otros metales

La conductividad térmica del titanio es pequeña, sólo 1/5 de la del acero, 1/13 de la del aluminio y 1/25 de la del cobre. La mala conductividad térmica es una desventaja del titanio, pero esta propiedad del titanio puede aprovecharse en algunos casos.

7. módulo elástico bajo

El módulo de elasticidad del titanio se compara con otros metales en la Tabla 2-3.

Tabla 2-3 Comparación del módulo de elasticidad del titanio y otros metales

El módulo de elasticidad del titanio es sólo el 55 por ciento del del acero, y su bajo módulo de elasticidad es una desventaja cuando se utiliza como material estructural.

8. La resistencia a la tracción y el límite elástico son muy similares.

La resistencia a la tracción de la aleación de titanio Ti-6AI-4V es 960 MPa, el límite elástico es 892 MPa, la diferencia entre los dos es solo 58 MPa, consulte la Tabla 2-4.

Tabla 2-4 Comparación de la resistencia a la tracción y el límite elástico del titanio y otros metales

9. El titanio se oxida fácilmente a altas temperaturas.

El titanio tiene fuertes enlaces de hidrógeno y oxígeno, y se debe tener cuidado para evitar la oxidación y la absorción de hidrógeno. La soldadura de titanio debe realizarse bajo protección de argón para evitar la contaminación. Los tubos de titanio y las placas delgadas deben tratarse térmicamente al vacío, y el tratamiento térmico de las piezas forjadas de titanio debe controlar la atmósfera microoxidativa.

10. Baja resistencia a la amortiguación

Use titanio y otros materiales metálicos (cobre, acero) para hacer campanas de exactamente la misma forma y tamaño, y golpee cada campana con la misma fuerza, y encontrará que la campana hecha de titanio vibra y el sonido dura, es decir, tocando el timbre. La energía dada no es fácil de desaparecer, por lo que decimos que el rendimiento de amortiguación del titanio es bajo.