Što je titanski čelik?

Čelik koji sadrži kombinaciju titana i dodatnih legirajućih elemenata kao što su nikal, molibden, krom, aluminij, vanadij, bakar i ugljik naziva se titan čelik, također poznat kao čelik od legure titana. Fizičke i mehaničke kvalitete čelika, kao što su čvrstoća, tvrdoća, žilavost loma i otpornost na puzanje pri visokim temperaturama, mogu se poboljšati dodavanjem titana kao legirajućeg elementa.

Od čega je izrađen čelik od titana?

Primarni metal utitanski čelikje željezo, koje čini osnovnu matricu legure. Količina željeza varira, ali je obično oko 85-95 posto težine. Titan se dodaje do oko 5-15 posto kako bi se prenijela korisna svojstva. Ostali legirajući elementi kao što su nikal, molibden, krom, vanadij, bakar, aluminij i ugljik također se mogu dodati u malim količinama kako bi se dodatno prilagodila svojstva i karakteristike čelika.

Proizvodnja titanijskog čelika počinje taljenjem željeza i drugih metala zajedno u elektrolučnoj peći ili indukcijskoj peći. Rastaljeni metal se zatim pročišćava i dodaju se legirajući elementi poput titana, nikla, kroma, molibdena u preciznim količinama. Smjesa se zatim lijeva u poluge ili kontinuirano lijeva u trupce za daljnju obradu. Čelik zatim prolazi vruće valjanje, toplinsku obradu i hladnu obradu kako bi se proizveo konačni proizvod od titanovog čelika.

Za što se koristi titanski čelik?

Titanski čelik koristi se u raznim kritičnim primjenama gdje je potrebna visoka čvrstoća, mala težina i dobra otpornost na koroziju. Neke od glavnih upotreba titanovih čelika su:

Zrakoplovna industrija: Koristi se u konstrukcijskim dijelovima zrakoplova kao što su krila, trupovi, stajni trapovi gdje su čvrstoća i mala težina kritični. Visoka specifična čvrstoća titanijskog čelika pomaže u povećanju nosivosti i učinkovitosti goriva.

Industrijske primjene: Koristi se u parnim i plinskim turbinama za proizvodnju električne energije. Visoka temperaturna čvrstoća omogućuje komponentama kao što su oštrice, diskovi, kućišta da izdrže ekstremna okruženja. Također se koristi u izmjenjivačima topline i kondenzatorima u elektranama.

Automobilska industrija: Koristi se u dijelovima poput klipnjača, radilica, opruga, spojnih elemenata, ispušnih komponenti gdje je potrebna čvrstoća na povišenim temperaturama. Visoka zamorna čvrstoća je vrijedna.

Kemijska prerađivačka industrija: Zbog dobre otpornosti na koroziju, titanski čelici se koriste u kemijskim reaktorima, izmjenjivačima topline, ventilima, pumpama za rukovanje korozivnim okruženjima.

Biomedicinski implantati: Biokompatibilnost i otpornost na koroziju omogućuju upotrebu u kirurškim implantatima kao što su zglobovi kuka i koljena, koštane ploče, vijci.

Sportska oprema: palice za golf, okviri za bicikle i naplatci imaju visok omjer čvrstoće i težine i otpornost na zamor.

Oprema za preradu hrane: s dobrom otpornošću na koroziju, titanski čelici dobro se ponašaju u priboru za jelo, posudama pod pritiskom, kotlovima za preradu hrane.

Je li čelik od titana kvalitetan?

Da, titanski čelik smatra se visokokvalitetnim inženjerskim materijalom zbog sljedećih povoljnih svojstava:

Visoka vlačna čvrstoća - titanski čelici obično imaju vlačnu čvrstoću u rasponu od 700 MPa do 1300 MPa, znatno veću od konvencionalnih čelika. To omogućuje projektiranje laganih komponenti.

Dobra duktilnost - Usprkos visokoj čvrstoći, titanski čelik zadržava pristojnu duktilnost kako bi se izbjeglo prerano otkazivanje pod stresom. Vrijednosti istezanja kreću se od 10-25 posto u većini legura titana.

Izvrsna čvrstoća na zamor - otpornost na cikličko naprezanje titanskih čelika nadmašuje ostale legirane čelike, što ih čini idealnim za dinamičke primjene.

Izvanredna otpornost na koroziju - Titan uvelike povećava otpornost na koroziju zbog svoje vatrostalne prirode. To omogućuje korištenje u teškim uvjetima.

Visokotemperaturna čvrstoća - Titanski čelici održavaju svoju čvrstoću i otpornost na puzanje na temperaturama do 600 stupnjeva, što omogućuje primjenu na visokim temperaturama.

Mala toplinska ekspanzija - koeficijent toplinske ekspanzije je gotovo polovica čelika, smanjujući savijanje i toplinski zamor.

Nemagnetski - Dodavanje titana proizvodi leguru koja nije magnetska, što je korisno u određenim kritičnim primjenama.

Vrhunska kvaliteta i izvedba titanskih čelika ima veću cijenu. Međutim, kada se uzme u obzir životni ciklus proizvoda, vrhunska svojstva obično opravdavaju višu početnu cijenu.

Je li titanski čelik isto što i nehrđajući čelik?

Ne, titanski čelik i nehrđajući čelik potpuno su različiti materijali u smislu sastava, svojstava i primjene. Ključne razlike su sljedeće:

Sastav: Nehrđajući čelici zajedno s čelikom sadrže visoke razine kroma (10-20 posto) i nikla (8-20 posto).Titanijčelici sadrže titan kao glavni legirajući element s minimalnim količinama kroma i nikla.

Svojstva: Nehrđajući čelici svoju snagu dobivaju zahvaljujući visokom sadržaju kroma i naknadnoj toplinskoj obradi. Titanski čelici svoju snagu dobivaju od titana koji djeluje kao pojačivač čvrste otopine u željeznoj matrici.

Otpornost na koroziju: otpornost na koroziju nehrđajućih čelika prvenstveno ovisi o sloju krom oksida. Titanski čelik oslanja se na inertnost titana za otpornost na koroziju.

Čvrstoća na visokim temperaturama: titanijski čelici zadržavaju čvrstoću i otpornost na puzanje do 600 stupnjeva. Nehrđajući čelici ne mogu raditi iznad 300-400 stupnjeva zbog taloženja krhkih faza.

Magnetska propusnost: Nehrđajući čelici su feromagnetski zbog željeza i kroma. Titanski čelici nisu magnetski.

Trošak: Titan je skuplji od kroma i nikla. Dakle, čelici od titana koštaju više od nehrđajućih čelika.

Primjene: Iako postoji određeno preklapanje, titanski čelici općenito se koriste tamo gdje je kritičan veći omjer čvrstoće i težine, otpornost na zamor ili rad na visokim temperaturama. Nehrđajući čelici nalaze širu primjenu za opću primjenu protiv korozije.

Ukratko, titan i nehrđajući čelici imaju potpuno različite sastave prilagođene razvoju određenih svojstava i primjena. Titanski čelici nude vrhunski omjer čvrstoće i težine, ali uz višu cijenu. Nehrđajući čelici pružaju izvrsnu otpornost na koroziju po nižoj cijeni. Odabir ovisi o specifičnim zahtjevima aplikacije.

Reference:

Davis, JR (1993). Legiranje: razumijevanje osnova. ASM International.

Lütjering, G. (2003). Titan (Inženjerski materijali i procesi). Springer Science & Business Media.

Polmear, IJ (2005). Lake legure: Metalurgija lakih metala. Butterworth-Heinemann.

Donachie, MJ (2000). Titanium: tehnički vodič. ASM International.

Bauccio, M. (1993). ASM Metals Reference Book. ASM International.

Baldev Raj, TS, Jayakumar T. (2011.). Korozijsko ponašanje legura titana. u Bhadeshia HKDH, Honeycombe RWK (eds) Steels. Springer, Berlin, Heidelberg.