ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Благодаря одинаковому электронному строению титан, цирконий и гафний имеют ряд общих
свойств. В свободном состоянии титан и элементы его подгруппы – типичные металлы, напоминающие
по своему внешнему виду сталь. Они тугоплавки, хорошо поддаются механической обработке. Эти
металлы проявляют большое сходство и в том, что присутствие в них примесей неметаллов (кислорода,
углерода или водорода) значительно снижает их пластичность, ковкость, прочность и другие свойства.
Например, титан, содержащий примеси, непрочен, хрупок, с трудом поддаётся обработке, а достаточно
чистый титан высокопластичен и прочен.
Титан и элементы его подгруппы покрываются на воздухе чрезвычайно прочной защитной плёнкой,
поэтому при обычной температуре они коррозийно-устойчивы по отношению к воздуху. Так,
коррозийная стойкость титана превышает стойкость нержавеющих сталей, алюминия и его сплавов.
Прочность технического титана зависит от степени его чистоты и близка к прочности
конструкторских сталей. Титан лишь немного тяжелее алюминия, но в 3 раза прочнее его. Это
открывает перспективы применения титана в различных областях машиностроения. Например,
использование деталей из титана и его сплавов в двигателях внутреннего сгорания позволяет снизить
массу этих двигателей на 30 % .
Но главное свойство титана – высокая жаростойкость как самого титана, так и его сплавов с
алюминием и другими металлами. Кроме того, эти сплавы обладают жаропрочностью – способностью
сохранять высокие механические свойства при повышенных температурах. Всё это делает сплавы
титана весьма ценным материалом для самолёто- и ракетостроения. Почти 90 % выплавляемого в мире
титана потребляет авиация, космическая и ракетная техника. Если для обычных самолётов важнейшими
конструкционными материалами служат сплавы алюминия, то для строительства сверхзвуковых
самолётов всё шире применяются высокопрочные сплавы титана.
Цирконий, как и титан, обладает высокой стойкостью против коррозии в различных средах. По
прочности он не уступает конструкционным сталям. Подобно титану цирконий обладает высокой
жаростойкостью и жаропрочностью, и поэтому он имеет большое значение для металлургии. Благодаря
твёрдости и вязкости цирконий является ценным конструкционным материалом в современной технике.
Но кроме общих свойств как цирконий, так и гафний обладают некоторыми особыми техническими
свойствами, благодаря которым применяются в ядерной технике.
Группы свойств металлов и сплавов
Металлы и сплавы обладают различными свойствами. Все их свойства можно разделить на четыре
группы: физические, химические, механические и технологические.
К физическим свойствам металлов и сплавов относятся цвет, плавкость, тепло- и
электропроводность, магнитные и другие свойства. К химическим свойствам относятся окислительная
способность, растворимость, коррозийная стойкость и др.
Основные механические свойства металлов и сплавов – твёрдость, прочность, вязкость,
пластичность, хрупкость и др.
Твёрдость – способность металла или сплава противодействовать механическому проникновению
других тел. Более твёрдым считается тот материал, который оставляет царапины на поверхности
другого материала. Например, специальные сорта инструментальных сталей отличаются очень высокой
твёрдостью.
Прочность – способность материала сопротивляться действию прилагаемых внешних сил, не
разрушаясь. Определение прочности, по существу, повторяет определение твёрдости, поэтому
показатель твёрдости связан с показателем прочности и зависит от конкретных условий использования
материала (температуры, давления, величины нагрузок). Так, чистый алюминий имеет малую прочность
и твёрдость, поэтому в основном идёт на получение сплавов. Свойство прочности как одно из
важнейших учитывают при конструировании, так как по нему определяют допускаемые напряжения
материала и ведут расчёт деталей аппаратуры. Чем прочнее металл, тем меньше размер детали, её масса
и тем меньше расход металла на её изготовление.
Показатель прочности зависит от условий использования изделия, скоростей изменения нагрузок, а
также от всего комплекса свойств металла, например, от вязкости и пластичности.
Вязкость – способность металла оказывать сопротивление ударным нагрузкам. Пластичность –
свойство металла получать большие остаточные деформации, не разрушаясь. Мерой пластичности
