Stopy tytanu. Główna charakterystyka

Strona 1

Przewodność cieplna tytanu wynosi -14 0 W/m stopnia, czyli jest nieco niższa niż przewodność cieplna stali stopowej. Materiał jest dobrze kuty, stemplowany i obrabiany przez cięcie. Spawanie wyrobów tytanowych odbywa się za pomocą elektrody wolframowej w ochronnej atmosferze argonu. Ostatnio tytan zaczęto stosować do produkcji szerokiej gamy rur, blach i wyrobów walcowanych.

Przewodność cieplna tytanu jest niska – około 13 razy niższa niż aluminium i 4,4 razy niższa niż żelaza.

Przewodność cieplna tytanu jest zbliżona do przewodności cieplnej stali nierdzewnej i wynosi 14 kcal/m C-godzinę. Tytan jest dobrze kuty, stemplowany i zadowalająco obrobiony. W temperaturach powyżej 200 C ma tendencję do pochłaniania gazów. Tytan spawa się elektrodą wolframową w ochronnej atmosferze argonu.

Przewodność cieplna tytanu i jego stopów jest około 15 razy niższa niż aluminium i 3 5 - 5 razy mniejsza niż stali. Współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej tytanu jest również znacznie niższy niż aluminium i stali nierdzewnej.

Przewodność cieplna tytanu wynosi - 14 0 W / (m - K), czyli jest nieco niższa niż przewodność cieplna stali stopowej. Materiał jest dobrze kuty, stemplowany i obrabiany przez cięcie. Spawanie wyrobów tytanowych odbywa się za pomocą elektrody wolframowej w ochronnej atmosferze argonu. Ostatnio tytan zaczęto stosować do produkcji szerokiej gamy rur, blach i wyrobów walcowanych.

Współczynnik przewodności cieplnej tytanu w zakresie temperatur pracy (20 - 400 C) wynosi 0 057 - 0 055 cal / (cm-s - C), czyli około 3 razy mniej niż przewodność cieplna żelaza, 16 razy mniej niż przewodność cieplna miedzi i zbliżona do przewodności cieplnej stali nierdzewnych klasy austenitycznej.

Dlatego na przykład przewodność cieplna tytanu jest 8 - 10 razy mniejsza niż przewodność cieplna aluminium.

Uzyskane obliczone wartości fononowego przewodnictwa cieplnego tytanu pokrywają się z oszacowaniem tej wartości dokonanym w pracy, gdzie przyjęto ją jako równą 3 -: - 5 W/m-deg.

Wraz ze stopowaniem, a także ze wzrostem zawartości zanieczyszczeń, przewodność cieplna tytanu z reguły maleje. Po podgrzaniu wzrasta przewodność cieplna stopów, takich jak czysty tytan; już w temperaturze 500 - 600 C zbliża się do przewodności cieplnej niestopowego tytanu.

Moduł sprężystości tytanu jest prawie o połowę mniejszy od żelaza, jest na tym samym poziomie co stopy miedzi i jest znacznie wyższy niż aluminium. Przewodność cieplna tytanu jest niska: wynosi około 7% przewodności cieplnej aluminium i 16-5% przewodności cieplnej żelaza. Należy to wziąć pod uwagę podczas podgrzewania metalu w celu obróbki ciśnieniowej i spawania. Oporność elektryczna tytanu jest około 6 razy większa niż żelaza i 20 razy większa niż aluminium.

Przede wszystkim należy wziąć pod uwagę, że przewodność cieplna tytanu i jego stopów w niskich temperaturach jest bardzo niska. W temperaturze pokojowej przewodność cieplna tytanu wynosi około 3% przewodności cieplnej miedzi i jest kilkakrotnie niższa niż na przykład stali (przewodność cieplna tytanu wynosi 0,0367 cal/cm sec C, a przewodność cieplna stali 40 wynosi 0,142 kal. Wraz ze wzrostem temperatury przewodność cieplna stopów tytanu wzrasta i zbliża się do przewodności cieplnej stali. Wpływa to na szybkość nagrzewania stopów tytanu w zależności od temperatury, do której są nagrzewane, jak widać z szybkości nagrzewania i chłodzenia komercyjnie czystego tytanu (stop VT1) o przekroju 150 mm (rys.

Tytan ma niską przewodność cieplną, która jest 13 razy mniejsza niż przewodność cieplna aluminium i 4 razy mniejsza niż przewodność cieplna żelaza. Wraz ze wzrostem temperatury przewodność cieplna tytanu nieznacznie maleje i w temperaturze 700 C wynosi 0,0309 cal/cm s CC.

Tytan ma niską przewodność cieplną, która jest 13 razy mniejsza niż przewodność cieplna aluminium i 4 razy mniejsza niż przewodność cieplna żelaza. Wraz ze wzrostem temperatury przewodność cieplna tytanu nieznacznie maleje i w temperaturze 700 C wynosi 0,0309 cal/cm sec C.

Podczas zgrzewania, aby uzyskać dobrej jakości złącze, konieczna jest niezawodna ochrona przed gazami atmosferycznymi (O2, Nj, H2) metalu złącza spawanego, nagrzanego do temperatury powyżej 400 C, po obu stronach szwu. Rozrost ziarna pogarsza niska przewodność cieplna tytanu, co wydłuża czas przebywania metalu spoiny w wysokich temperaturach. Aby przezwyciężyć te trudności, spawanie prowadzi się przy możliwie najniższym dopływie ciepła.

Wielu interesuje nieco tajemniczy i nie do końca zbadany tytan - metal, którego właściwości są nieco niejednoznaczne. Metal jest zarówno najsilniejszy, jak i najbardziej kruchy.

Najmocniejszy i najbardziej kruchy metal

Odkryło go dwóch naukowców z różnicą 6 lat - Anglik W. Gregor i Niemiec M. Klaproth. Imię tytan kojarzy się z jednej strony z mitycznymi tytanami, nadprzyrodzonymi i nieustraszonymi, a z drugiej strony z Tytanią, królową wróżek.
Jest to jeden z najpowszechniejszych materiałów w przyrodzie, jednak proces otrzymywania czystego metalu jest szczególnie złożony.

22 pierwiastek chemiczny z tablicy D. Mendelejewa Tytan (Ti) należy do grupy 4 okresu 4.

Kolor tytanu jest srebrno-biały z wyraźnym połyskiem. Jego blask mieni się wszystkimi kolorami tęczy.

Jest to jeden z metali ogniotrwałych. Topi się w temperaturze +1660°C (±20°). Tytan jest paramagnetykiem: nie jest namagnesowany w polu magnetycznym i nie jest z niego wypychany.
Metal charakteryzuje się niską gęstością i dużą wytrzymałością. Ale osobliwością tego materiału jest to, że nawet minimalne zanieczyszczenia innymi pierwiastkami chemicznymi radykalnie zmieniają jego właściwości. W obecności niewielkiej części innych metali tytan traci swoją odporność cieplną, a minimalna ilość substancji niemetalicznych w jego składzie powoduje, że stop jest kruchy.
Ta cecha określa obecność 2 rodzajów materiału: czystego i technicznego.

1. Czysty tytan stosuje się tam, gdzie wymagana jest bardzo lekka substancja wytrzymująca duże obciążenia i bardzo wysokie zakresy temperatur.
2. Materiał techniczny stosowany jest tam, gdzie cenione są takie parametry jak lekkość, wytrzymałość i odporność na korozję.

Substancja ma właściwość anizotropii. Oznacza to, że metal może zmieniać swoje właściwości fizyczne w zależności od przyłożonej siły. Na tę cechę należy zwrócić uwagę planując wykorzystanie materiału.

Tytan traci wytrzymałość przy najmniejszej obecności zanieczyszczeń innymi metalami

Badania właściwości tytanu w normalnych warunkach potwierdzają jego obojętność. Substancja nie reaguje z pierwiastkami w otaczającej atmosferze.
Zmiany parametrów rozpoczynają się, gdy temperatura wzrośnie do +400°C i więcej. Tytan reaguje z tlenem, może zapalić się w azocie i pochłania gazy.
Właściwości te utrudniają otrzymanie czystej substancji i jej stopów. Produkcja tytanu opiera się na wykorzystaniu drogiego sprzętu próżniowego.

Tytan i konkurencja z innymi metalami

Metal ten jest stale porównywany do stopów aluminium i żelaza. Wiele właściwości chemicznych tytanu jest znacznie lepszych niż u konkurencji:

1. Pod względem wytrzymałości mechanicznej tytan jest 2 razy większy niż żelazo, a aluminium 6 razy. Jego wytrzymałość wzrasta wraz ze spadkiem temperatury, co nie jest obserwowane u konkurencji.
   Właściwości antykorozyjne tytanu znacznie przewyższają właściwości innych metali.
2. W temperaturze otoczenia metal jest całkowicie obojętny. Kiedy jednak temperatura wzrośnie powyżej +200°C, substancja zaczyna wchłaniać wodór, zmieniając swoje właściwości.
3. W wyższych temperaturach tytan reaguje z innymi pierwiastkami chemicznymi. Posiada wysoką wytrzymałość właściwą, która jest 2 razy wyższa niż właściwości najlepszych stopów żelaza.
4. Właściwości antykorozyjne tytanu znacznie przewyższają właściwości aluminium i stali nierdzewnej.
5. Substancja słabo przewodzi prąd elektryczny. Tytan ma oporność elektryczną 5 razy wyższą niż żelazo, 20 razy wyższą niż aluminium i 10 razy wyższą niż magnez.
6. Tytan charakteryzuje się niską przewodnością cieplną, wynika to z niskiego współczynnika rozszerzalności cieplnej. Jest 3 razy mniejszy niż żelazo i 12 razy mniejszy niż aluminium.
   

Jak otrzymuje się tytan?

Materiał zajmuje 10. miejsce pod względem dystrybucji w przyrodzie. Istnieje około 70 minerałów zawierających tytan w postaci kwasu tytanowego lub dwutlenku tytanu. Najpopularniejsze z nich i zawierające wysoki procent pochodnych metali to:

• ilmenit;
• rutyl;
• anataz;
• perowskit;
• potok.

Główne złoża rud tytanu znajdują się w USA, Wielkiej Brytanii, Japonii, duże złoża odkryto w Rosji, Ukrainie, Kanadzie, Francji, Hiszpanii i Belgii.

Wydobywanie tytanu jest procesem kosztownym i pracochłonnym

Wydobywanie z nich metalu jest bardzo drogie. Naukowcy opracowali 4 metody produkcji tytanu, z których każda jest funkcjonalna i skutecznie wykorzystywana w przemyśle:

1. Metoda magnezowo-termiczna. Wyekstrahowane surowce zawierające zanieczyszczenia tytanowe poddaje się obróbce i otrzymuje się dwutlenek tytanu. Substancja ta poddawana jest chlorowaniu w chloratorach kopalnianych lub solnych w podwyższonych temperaturach. Proces jest bardzo powolny i prowadzony jest w obecności katalizatora węglowego. W tym przypadku stały dwutlenek przekształca się w substancję gazową - czterochlorek tytanu. Powstały materiał redukuje się magnezem lub sodem. Stop powstały podczas reakcji podgrzewa się w urządzeniu próżniowym do bardzo wysokich temperatur. W wyniku reakcji magnez i jego związki z chlorem odparowują. Na koniec procesu otrzymuje się materiał przypominający gąbkę. Jest on topiony i otrzymuje się wysokiej jakości tytan.
2. Metoda wodorkowo-wapniowa. Rudę poddaje się reakcji chemicznej, w wyniku której powstaje wodorek tytanu. Kolejnym etapem jest rozdzielenie substancji na składniki. Tytan i wodór uwalniają się podczas ogrzewania w urządzeniach próżniowych. Na koniec procesu otrzymuje się tlenek wapnia, który przemywa się słabymi kwasami. Dwie pierwsze metody dotyczą produkcji przemysłowej. Umożliwiają uzyskanie czystego tytanu w możliwie najkrótszym czasie przy stosunkowo niskich kosztach.
3. Metoda elektrolizy. Związki tytanu są narażone na działanie wysokiego prądu. W zależności od surowca związki dzieli się na składniki: chlor, tlen i tytan.
4. Metoda jodkowa lub rafinacja. Dwutlenek tytanu otrzymany z minerałów jest polewany parami jodu. W wyniku reakcji powstaje jodek tytanu, który podgrzewa się do wysokiej temperatury - +1300 ... + 1400 ° C i poddaje działaniu prądu elektrycznego. W tym przypadku z materiału źródłowego wyodrębnia się następujące składniki: jod i tytan. Metal otrzymany tą metodą nie zawiera zanieczyszczeń ani dodatków.

Obszary zastosowań

Zastosowanie tytanu zależy od stopnia jego oczyszczenia z zanieczyszczeń. Obecność nawet niewielkiej ilości innych pierwiastków chemicznych w składzie stopu tytanu radykalnie zmienia jego właściwości fizyczne i mechaniczne.

Tytan z pewną ilością zanieczyszczeń nazywany jest tytanem technicznym. Posiada wysoką odporność na korozję, jest materiałem lekkim i bardzo wytrzymałym. Jego użycie zależy od tych i innych wskaźników.

• W przemyśle chemicznym Wymienniki ciepła, rury o różnych średnicach, armatura, obudowy i części pomp różnego przeznaczenia wykonane są z tytanu i jego stopów. Substancja niezastąpiona wszędzie tam, gdzie wymagana jest duża wytrzymałość i odporność na kwasy.
• Transportem Tytan wykorzystuje się do produkcji części i podzespołów rowerów, samochodów, wagonów kolejowych i pociągów. Zastosowanie materiału zmniejsza wagę taboru i samochodów oraz nadaje lekkości i wytrzymałości częściom rowerowym.
• Tytan ma ogromne znaczenie w Departamencie Marynarki Wojennej. Wykonuje się z niego części i elementy kadłubów łodzi podwodnych, śmigła łodzi i helikopterów.
• W branży budowlanej Stosowany jest stop cynkowo-tytanowy. Stosowany jest jako materiał wykończeniowy elewacji i dachów. Ten bardzo trwały stop ma ważną właściwość: można z niego wykonać elementy architektoniczne o najbardziej fantastycznej konfiguracji. Może przybrać dowolną formę.
• Tytan był szeroko stosowany w ostatniej dekadzie w przemyśle naftowym. Jego stopy wykorzystywane są do produkcji sprzętu do bardzo głębokich wierceń. Materiał służy do produkcji urządzeń do wydobycia ropy i gazu na morzu.

Tytan ma bardzo szerokie zastosowanie

Czysty tytan ma swoje własne obszary zastosowań. Jest potrzebny tam, gdzie wymagana jest odporność na wysokie temperatury przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości metalu.

Jest używany w :

• produkcja samolotów i przemysł kosmiczny do produkcji części poszycia, obudów, elementów mocujących, podwozi;
• lekarstwa do protetyki oraz do produkcji zastawek serca i innych urządzeń;
• technologia pracy w strefie kriogenicznej (tutaj wykorzystuje się właściwość tytanu - wraz ze spadkiem temperatury wzrasta wytrzymałość metalu i nie traci się jego plastyczności).

Procentowo wykorzystanie tytanu do produkcji różnych materiałów wygląda następująco:

• 60% wykorzystuje się do produkcji farb;
• plastik zużywa 20%;
• 13% wykorzystuje się do produkcji papieru;
• inżynieria mechaniczna zużywa 7% produkowanego tytanu i jego stopów.

Surowce i proces produkcji tytanu są drogie, koszty jego produkcji rekompensuje i opłaca żywotność produktów wykonanych z tej substancji, jej zdolność do niezmieniania swojego wyglądu przez cały okres eksploatacji.

Wszystko, co musisz wiedzieć o tytanie, a także o chromie i wolframie

Wiele osób interesuje się pytaniem: jaki jest najtwardszy metal na świecie? To jest tytan. Ta stała substancja będzie tematem większości artykułu. Zapoznajmy się także trochę z takimi twardymi metalami jak chrom i wolfram.

9 ciekawostek na temat tytanu

1. Istnieje kilka wersji tego, dlaczego metal ma swoją nazwę. Jedna z teorii głosi, że otrzymał imię na cześć Tytanów, nieustraszonych nadprzyrodzonych stworzeń. Według innej wersji nazwa pochodzi od Tytanii, królowej wróżek.
2. Tytan został odkryty pod koniec XVIII wieku przez chemika niemieckiego i angielskiego.
3. Tytan od dawna nie jest stosowany w przemyśle ze względu na jego naturalną kruchość.
4. Na początku 1925 roku po serii eksperymentów chemicy uzyskali tytan w czystej postaci.
5. Wióry tytanu są wysoce łatwopalne.
6. Jest to jeden z najlżejszych metali.
7. Tytan może topić się tylko w temperaturach powyżej 3200 stopni.
8. Wrze w temperaturze 3300 stopni.
9. Tytan ma srebrny kolor.

Historia odkrycia tytanu

Metal, który później nazwano tytanem, odkryło dwóch naukowców – Anglik William Gregor i Niemiec Martin Gregor Klaproth. Naukowcy pracowali równolegle i nie krzyżowali się ze sobą. Różnica między odkryciami wynosi 6 lat.

William Gregor nadał swojemu odkryciu nazwę: manakin.

Ponad 30 lat później uzyskano pierwszy stop tytanu, który okazał się niezwykle kruchy i nie nadawał się nigdzie do zastosowania. Uważa się, że dopiero w 1925 roku wyizolowano tytan w czystej postaci, który stał się jednym z najpopularniejszych metali w przemyśle.

Udowodniono, że rosyjskiemu naukowcowi Kiriłłowowi udało się wydobyć czysty tytan w 1875 roku. Wydał broszurę szczegółowo opisującą jego pracę. Jednak badania mało znanego Rosjanina pozostały niezauważone.

Ogólne informacje o tytanie

Stopy tytanu są wybawieniem dla mechaników i inżynierów. Na przykład korpus samolotu jest wykonany z tytanu. W locie osiąga prędkość kilkukrotnie większą od prędkości dźwięku. Tytanowa obudowa nagrzewa się do temperatur powyżej 300 stopni i nie topi się.

Metal zamyka pierwszą dziesiątkę „Najbardziej powszechnych metali w przyrodzie”. Duże złoża odkryto w Republice Południowej Afryki, Chinach, a duże ilości tytanu w Japonii, Indiach i na Ukrainie.

Całkowita wielkość światowych zasobów tytanu wynosi ponad 700 milionów ton. Jeśli tempo produkcji pozostanie takie samo, tytanu wystarczy na kolejne 150–160 lat.

Największym producentem najtwardszego metalu na świecie jest rosyjskie przedsiębiorstwo VSMPO-Avisma, które zaspokaja jedną trzecią światowych potrzeb.

Właściwości tytanu

1. Odporność na korozję.
2. Wysoka wytrzymałość mechaniczna.
3. Niska gęstość.

Masa atomowa tytanu wynosi 47,88 amu, numer seryjny w układzie okresowym chemicznym to 22. Zewnętrznie jest bardzo podobny do stali.

Gęstość mechaniczna metalu jest 6 razy większa niż aluminium i 2 razy większa niż żelazo. Może łączyć się z tlenem, wodorem, azotem. W połączeniu z węglem metal tworzy niezwykle twarde węgliki.

Przewodność cieplna tytanu jest 4 razy mniejsza niż żelaza i 13 razy mniejsza niż aluminium.

Proces wydobycia tytanu

W ziemi znajdują się duże ilości tytanu, jednak wydobycie go z głębin kosztuje mnóstwo pieniędzy. Do produkcji wykorzystuje się metodę jodkową, której autorem jest Van Arkel de Boer.

Metoda opiera się na zdolności metalu do łączenia się z jodem, po rozkładzie tego związku można otrzymać czysty tytan, wolny od obcych zanieczyszczeń.

Najciekawsze rzeczy wykonane z tytanu:

• protezy w medycynie;
• tablice urządzeń mobilnych;
• systemy rakietowe do eksploracji kosmosu;
• rurociągi, pompy;
• markizy, gzymsy, okładziny zewnętrzne budynków;
• większość części (podwozie, tapicerka).

Obszary zastosowania tytanu

Tytan jest aktywnie wykorzystywany w sferze wojskowej, medycynie i biżuterii. Nadano mu nieoficjalną nazwę „metal przyszłości”. Wielu twierdzi, że pomaga zmienić marzenia w rzeczywistość.

Najtwardszy metal na świecie był początkowo używany w sferze wojskowej i obronnej. Obecnie głównym konsumentem wyrobów tytanowych jest przemysł lotniczy.

Tytan jest uniwersalnym materiałem konstrukcyjnym. Przez wiele lat wykorzystywano go do budowy turbin lotniczych. W silnikach lotniczych elementy wentylatorów, sprężarki i tarcze są wykonane z tytanu.

Konstrukcja nowoczesnego samolotu może zawierać do 20 ton stopu tytanu.

Główne obszary zastosowań tytanu w budowie samolotów:

• produkty formy przestrzennej (obrzeża drzwi, włazy, okładziny, podłogi);
• zespoły i podzespoły narażone na duże obciążenia (wsporniki skrzydeł, podwozie, siłowniki hydrauliczne);
• części silnika (obudowa, łopatki sprężarki).

Dzięki tytanowi człowiek był w stanie przekroczyć barierę dźwięku i przedostać się w przestrzeń kosmiczną. Wykorzystywano go do tworzenia załogowych systemów rakietowych. Tytan może wytrzymać promieniowanie kosmiczne, zmiany temperatury i prędkość ruchu.

Metal ten ma niską gęstość, co jest ważne w przemyśle stoczniowym. Produkty wykonane z tytanu są lekkie, co oznacza zmniejszenie masy i zwiększenie ich zwrotności, szybkości i zasięgu. Jeśli kadłub statku zostanie pokryty tytanem, nie będzie trzeba go malować przez wiele lat - tytan nie rdzewieje w wodzie morskiej (odporność na korozję).

Najczęściej metal ten wykorzystywany jest w przemyśle stoczniowym do produkcji silników turbinowych, kotłów parowych i rur skraplaczy.

Przemysł naftowy i tytan

Bardzo głębokie wiercenie uważane jest za obiecujący obszar zastosowania stopów tytanu. Aby zbadać i wydobyć zasoby podziemne, należy zejść głęboko pod ziemię - ponad 15 tysięcy metrów. Na przykład aluminiowe rury wiertnicze pękną pod wpływem własnego ciężaru, a tylko stopy tytanu mogą sięgać naprawdę dużych głębokości.

Nie tak dawno temu zaczęto aktywnie wykorzystywać tytan do tworzenia studni na szelfach morskich. Specjaliści wykorzystują stopy tytanu jako sprzęt:

• instalacje do produkcji ropy naftowej;
• zbiorniki wysokociśnieniowe;
• pompy głębinowe, rurociągi.

Tytan w sporcie, medycynie

Tytan jest niezwykle popularny w sporcie ze względu na swoją wytrzymałość i lekkość. Kilkadziesiąt lat temu ze stopów tytanu wykonano rower, pierwszy sprzęt sportowy wykonany z najtwardszego materiału na świecie. Nowoczesny rower składa się z tytanowego korpusu, takich samych sprężyn hamulcowych i siodełka.

Tytanowe kije golfowe powstały w Japonii. Urządzenia te są lekkie i trwałe, ale niezwykle drogie.

Z tytanu wykonana jest większość przedmiotów znajdujących się w plecakach wspinaczy i podróżników – zastawa stołowa, zestawy kuchenne, stojaki do wzmacniania namiotów. Czekany tytanowe są bardzo popularnym sprzętem sportowym.

Metal ten jest bardzo poszukiwany w przemyśle medycznym. Większość narzędzi chirurgicznych jest wykonana z tytanu – jest lekka i wygodna.

Kolejnym obszarem zastosowania metalu przyszłości jest tworzenie protetyki. Tytan „łączy się” doskonale z ludzkim ciałem. Lekarze nazywali ten proces „prawdziwym pokrewieństwem”. Struktury tytanowe są bezpieczne dla mięśni i kości, rzadko powodują reakcję alergiczną i nie ulegają zniszczeniu przez płyny znajdujące się w organizmie. Protezy tytanowe są trwałe i wytrzymują ogromne obciążenia fizyczne.

Tytan to niesamowity metal. Pomaga człowiekowi osiągnąć niespotykane dotąd wyżyny w różnych obszarach życia. Jest kochany i szanowany za swoją siłę, lekkość i długie lata służby.

Chrom jest jednym z najtwardszych metali.

Ciekawe fakty na temat chromu

1. Nazwa metalu pochodzi od greckiego słowa „chroma”, co oznacza farbę.
2. W środowisku naturalnym chrom nie występuje w czystej postaci, lecz jedynie w postaci rudy chromowo-żelazowej, podwójnego tlenku.
3. Największe złoża metalu znajdują się w Republice Południowej Afryki, Rosji, Kazachstanie i Zimbabwe.
4. Gęstość metalu – 7200 kg/m3.
5. Chrom topi się w temperaturze 1907 stopni.
6. Wrze w temperaturze 2671 stopni.
7. Absolutnie czysty chrom bez zanieczyszczeń charakteryzuje się ciągliwością i lepkością. W połączeniu z tlenem, azotem lub wodorem metal staje się kruchy i bardzo twardy.
8. Ten srebrzystobiały metal odkrył Francuz Louis Nicolas Vauquelin pod koniec XVIII wieku.

Właściwości chromu metalicznego

Chrom ma bardzo wysoką twardość i może ciąć szkło. Nie utlenia się pod wpływem powietrza i wilgoci. Jeśli metal zostanie podgrzany, utlenianie nastąpi tylko na powierzchni.

Rocznie zużywa się ponad 15 000 ton czystego chromu. Angielska firma Bell Metals uznawana jest za lidera w produkcji czystego chromu.

Największe ilości chromu zużywa się w USA, Europie Zachodniej i Japonii. Rynek chromu jest zmienny, a ceny wahają się w szerokim zakresie.

Obszary zastosowania chromu

Najczęściej stosowany do tworzenia stopów i powłok galwanicznych (chromowanie w transporcie).

Do stali dodaje się chrom, który poprawia właściwości fizyczne metalu. Stopy te są najbardziej poszukiwane w metalurgii żelaza.

Najpopularniejszy gatunek stali składa się z chromu (18%) i niklu (8%). Stopy takie charakteryzują się doskonałą odpornością na utlenianie i korozję oraz są trwałe nawet w wysokich temperaturach.

Piece grzewcze wykonane są ze stali, która zawiera jedną trzecią chromu.

Co jeszcze wytwarza się z chromu?

1. Lufy do broni palnej.
2. Kadłub łodzi podwodnej.
3. Cegły stosowane w hutnictwie.

Kolejnym niezwykle twardym metalem jest wolfram.

Interesujące fakty na temat wolframu

1. Nazwa metalu przetłumaczona z języka niemieckiego („Wolf Rahm”) oznacza „wilczą pianę”.
2. Jest to najbardziej ogniotrwały metal na świecie.
3. Wolfram ma jasnoszary odcień.
4. Metal odkrył pod koniec XVIII w. (1781 r.) Szwed Karl Scheele.
5. Wolfram topi się w temperaturze 3422 stopni, wrze w temperaturze 5900.
6. Metal ma gęstość 19,3 g/cm3.
7. Masa atomowa – 183,85, pierwiastek grupy VI układu okresowego Mendelejewa (numer seryjny – 74).

Proces wydobycia wolframu

Wolfram należy do dużej grupy metali rzadkich. Zawiera także rubid i molibden. Grupę tę charakteryzuje niskie rozpowszechnienie metali w przyrodzie i mała skala ich zużycia.

Produkcja wolframu składa się z 3 etapów:

• oddzielanie metalu od rudy, gromadzenie go w roztworze;
• izolacja związku, jego oczyszczanie;
• oddzielenie czystego metalu od gotowego związku chemicznego.
• Materiałami wyjściowymi do produkcji wolframu są scheelit i wolframit.

Zastosowania wolframu

Wolfram jest podstawą większości wytrzymałych stopów. Wykorzystuje się go do produkcji silników lotniczych, części elektrycznych urządzeń próżniowych i żarników.
Wysoka gęstość metalu umożliwia wykorzystanie wolframu do produkcji rakiet balistycznych, pocisków, przeciwwag i pocisków artyleryjskich.

Związki na bazie wolframu stosowane są do przetwórstwa innych metali, w górnictwie (wiercenie odwiertów), farbach i lakierach oraz tekstyliach (jako katalizator w syntezie organicznej).

Ze złożonych związków wolframu wytwarzają:

• druty – stosowane w piecach grzewczych;
• taśmy, folie, płyty, arkusze - do walcowania i kucia płaskiego.

Tytan, chrom i wolfram znajdują się na szczycie listy „najtwardszych metali świata”. Znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach działalności człowieka – lotnictwie i rakietach, wojsku, budownictwie, a jednocześnie nie jest to pełny zakres zastosowań metali.

DEFINICJA

Tytan w postaci wlewka - twardy, srebrzystobiały metal (ryc. 1), kowalny i ciągliwy, łatwy w obróbce. Jednak nawet niewielka ilość zanieczyszczeń radykalnie zmienia jego właściwości mechaniczne, czyniąc go twardszym i bardziej kruchym.

Ryż. 1. Tytan. Wygląd.

Główne stałe tytanu podano w poniższej tabeli.

Tabela 1. Właściwości fizyczne i gęstość tytanu.

Tytan ma sześciokątną, zwartą strukturę, która w wysokich temperaturach przekształca się w strukturę sześcienną skupioną wokół ciała.

Występowanie tytanu w przyrodzie

Tytan zajmuje dziewiąte miejsce wśród wszystkich pierwiastków chemicznych pod względem liczebności w skorupie ziemskiej. Jego zawartość w nim wynosi 0,63% (mas.). Tytan występuje w przyrodzie wyłącznie w postaci związków. Spośród minerałów tytanu najważniejsze to rutyl TiO 2, ilmenit FeTiO 3 i perowskit CaTiO 3.

Krótki opis właściwości chemicznych i gęstości tytanu

W zwykłych temperaturach tytan w postaci zwartej (tj. w postaci wlewków, grubego drutu itp.) w powietrzu jest odporny na korozję. Na przykład, w przeciwieństwie do stopów na bazie żelaza, nie rdzewieje nawet w wodzie morskiej. Wyjaśnia to tworzenie się cienkiej, ale ciągłej i gęstej ochronnej warstwy tlenku na powierzchni. Po podgrzaniu film ulega zniszczeniu, a aktywność tytanu zauważalnie wzrasta. Zatem w atmosferze tlenu kompaktowy tytan zapala się dopiero w temperaturze białego ciepła (1000 o C), zamieniając się w proszek tlenku TiO2. Reakcje z azotem i wodorem przebiegają w przybliżeniu w tej samej temperaturze, ale znacznie wolniej, i powstają azotek tytanu TiN i wodorek tytanu TiH 4.

Ti + O2 = TiO2;

2Ti + N2 = 2TiN;

Ti + 2H 2 = TiH 4.

Powierzchnia tytanu znacząco wpływa na szybkość reakcji utleniania: cienkie wióry tytanu zapalają się po wprowadzeniu do płomienia, a bardzo drobne proszki piroforyczne zapalają się samorzutnie w powietrzu.

Reakcja z halogenami rozpoczyna się od niskiego ogrzewania i z reguły towarzyszy jej uwolnienie znacznej ilości ciepła i zawsze tworzą się tetrahalogenki. Dopiero w interakcji z jodem wymaga wyższych temperatur (200 o C).

Ti + 2Cl2 = TiCl4;

Ti + 2Br 2 = TiBr 4.

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

PRZYKŁAD 2