Metalurgia Titanului

8/13/2019 Metalurgia Titanului

1/16

4.TITANUL I ALIAJE PE BAZ DE TITAN

4.1. Proprietile titanului.4.1.1. Proprieti fii!e.Titanul face parte dintre metalele cele mai rspndite n scoara terestr

(0,61%), ocupnd locul al patrulea dup aluminiu (7,4%), fier (4,!%) "ima#ne$iu(!,%).

&e"i titanul ca element c'imic, a fost descoperit nc din anul 1! sauputut o*ine titan metalic pur, do+edinduse c este suficient de plastic n condiiilelipsei impuritilor.

roducia industrial de titan "i de alia-e de titan a nceput n anul 147 "i sade$+oltat ntrun ritm nemaintlnit la nici un alt metal.

Titanul se #se"te n sistemul periodic al elementelor n #rupa /*. cest

metal poate a+ea n compu"ii c'imici, pe care i formea$, +alenele !, "i 4.&intre aceste +alene, +alenele ! "i sunt insta*ile. 2ta*il este +alena 4.Titanul pre$int dou forme alotropice de cristali$are "i anume3 de la

temperaturi sc$ute "i pn la !o5 acest metal cristali$ea$ n sistemul 'ea#onalcompact la temperatura de !o5 are loc transformarea alotropic "i peste aceasttemperatur "i pn la temperatura de topire, care este de 160 o5, titanul are reeacu*ic cu +olum centrat. 8orma alotropic cu reea 95 se notea$ Ti: iar formaalotropic cu reea 5/5 se notea$ Ti;. Titanul are numrul atomic !! "i masaatomic 47,76. dm iar la o5densitatea acestui element este de 4,1=#>dm. 5ldura latent de topire a titanuluieste de 447!0 ?>=# iar cldura latent de fier*ere a acestuia este de !000?>=#.Titanul fier*e la temperatura de !0o5. 5ldura specific medie la !0o5 pentrutitanul : este de ,!! ?>=#.o5 iar a titanului ; este de 67 ?>=#.o5.

/aloarea medie a coeficientului de dilatare liniar a titanului, ntre 0@0o5, este de ,7.106 o51

Adat cu cre"terea temperaturii +aloarea coeficientului de dilatare liniarcre"te "i ea. stfel dac ntre !0@!00o5 +aloarea coeficientului de dilatare liniareste de ,0.106 o51atunci ntre 700@00o5 coeficientul de dilatare liniar are+aloarea medie de 10,0.106 o5>1.

5onducti+itatea termic la !0o

5, pentru titanul pur, este 1,1 ?>m.s.o

5.5onducti+itatea termic scade cu cre"terea temperaturii. stfel la 700o5conducti+itatea termic a titanului este de 1!,1 ?>m.s.o5.

5aracteristicile electrice ale titanului depind foarte mult de puritatea acestuia.stfel, la temperatur normal, re$isti+itatea electric +aria$ ntre limitele [email protected]. Titanul te'nic are la !0o5 re$isti+itatea de BC.cm iar titanul o*inutcu metoda prin iodurare are re$isti+itatea de 4! BC.cm. De$isti+itatea titanului, ca

6


2/16

oricrui metal, cre"te odat cu cre"terea temperaturii. stfel re$isti+itatea electrica titanului de puritate , are la E0 o5 +aloarea de 6, BC.cm, la !0o5 este de,4 BC.cm, la 100o5 este de 70,1 BC.cm "i la 00o5 este de 16 BC.cm.De$isti+itatea cre"te aproape liniar pn la aproimati+ 00o5, apoi la temperaturala temperatura de transformare alotropic (!o5) sufer o scdere *rusc. Titanul: are o puternic ani$otropie a unor proprieti fi$ice cum ar fi re$isti+itateaelectric "i coeficientul de dilatare liniar. ceasta se datorea$ structurii'ea#onale. &ea lun#ul aelor a "i c, ale monocristalelor, +alorile proprietiloramintite difer cu aproimati+ !0%.

4.1.".Proprieti !#i$i!e.Fn seria electroc'imic a metalelor titanul ocup un loc ntre *eriliu "i

ma#ne$iu, deci este un element acti+ din punct de +edere c'imic. &e aceea titanular tre*ui s corode$e puternic n electrolii dar, n pre$ena oi#enului, acest

fenomen nu are loc. ceasta deoarece pe suprafaa metalului se formea$ o peliculde protecie "i titanul se pasi+ea$. 5ompo$iia peliculei de protecie depinde decompo$iia mediului n care se afl metalul "i de condiiile n care se formea$aceast pelicul. Fn ma-oritatea ca$urilor pelicula protectoare are compo$iiaoidului TiA!(rutil).


3/16

Titanul corodea$ n acid fluor'idric, acidul clor'idric, acidul ortofosforic,clorur de aluminiu, peroid de sodiu, com*inaii fluorate "i amestecuri de cloruri"i floruri ale metalelor alcaline. Totu"i "i n aceste medii, la temperaturi -oase,titanul re$ist satisfctor la coro$iune. /ite$a de coro$iune n soluie de acidclor'idric poate fi mic"orat prin introducerea de su*stane oidante, care conduc la

pasi+area titanului.De$istena la coro$iune a titanului se poate m*unti prin protecie anodic.

Fn anumite medii coro$i+e aceast re$isten se poate m*unti prin aliere cu altemetale, care asi#ur formarea unei pelicule superficiale protectoare. &e eemplualierea titanului cu moli*den, $irconiu sau nio*iu mre"te re$istena la coro$iune, aacestuia, n soluii clor'idrice, fosforice sau sulfurice.

Adat cu cre"terea topiturii, re$istena la coro$iune a titanului scade mult.Titanul te'nic pur este foarte re$istent la coro$iune n ap de mare. e *a$a

datelor eperimentale o*inute "i prin etrapolarea acestora sa dedus c o

coro$iune, n ap de mare, cu o adncime de aproimati+ 0,1mm sar putea producea*ia n circa 4000 de ani.ul*erea de titan cu ct are #reutatea mai mic "i cu ct este mai neoidant

cu att este mai acti+. ul*erea, care de a*ia a fost redus, se poate autoaprinde naer, la temperatura de 00@600o5. Fn urma procesului se formea$ oid "i nitrurde titan.

4.1.%. Proprieti $e!ani!e/alorile proprietilor mecanice ale titanului te'nic depind n mare msur

de natura "i de concentraiile impuritilor adic, n ultim instan, de procesul deo*inere al metalului.

Titanul de mare puritate are re$isten la rupere cu +alori mai mici(DmH!!@!6daI>mm!)dar plasticitatea lui este foarte *un, de eemplu alun#ireala rupere a-un#e la 60%. mpuritile eistente n titanul te'nic, c'iar "i n cantitimici, reduce mult plasticitatea (de eemplu alun#irea la rupere a-un#e la !@0%),dar determin cre"terea semnificati+ a +alorii re$istenei la rupere pn la 4@6daI>mm!. Fn ta*elul 4.1. sunt pre$entate +alorile unor caracteristici mecanice aletitanului pur, o*inut prin iodurare, "i ale titanului te'nic. /alorile pre$entate aufost o*inute la !0o5.

Ta*elul 4.1.5aracteristici mecanice ale titanului


4/16

Denu$irea!ara!teri&ti!ii

$e!ani!e

Uniti'e

$&ur

Titan pur o(inut prinio'urare

Titan te#ni! o(inutprin

$a)neio*ter$i!eDinTiI4

re!opt +n

,i' la-/o0

etopit +n,i'

2i turnat

etopit +n,i'

turnat 2iretopit

3interiat+n

,i'De$istena la ruperela traciune

&aI>mm!

!!,4 !. 6@! 6

mm!

1!,! 1,7 0@77 4

lun#irea la rupere % 6!@70 1!@! 7,@!

Jtuirea la rupere % 60 @ @60 !6@0De$istena K5L &a?>cm

!!0 ! @7

&uritatea 9M &aI>mm!

10 11@1 1

/alorile proprietilor mecanice, ale titanului te'nic pur, depind mult demodul de o*inere "i de #radul de deformare la rece. Fn fi#ura 4.1. este pre$entat+ariaia unor proprieti ale titanului te'nic, n funcie de #radul de deformare larece.

8i#.4.1./ariaia unor proprieti mecanice ale titanului n funcie de #radul de

deformare la rece3a) o*inut prin reducere cu ma#ne$iu *) o*inut prin iodurare.

/alorile proprietilor mecanice de re$isten (Dm,Dp 0,!), a titanuluideformat plastic la rece, se mic"orea$ treptat prin ncl$ire, n timp ce +alorile

proprietilor mecanice de plasticitate (,N) cresc. /aloarea tenacitii, eprimatprin +aloarea tenacitii K5L, la nceput cre"te odat cu cre"terea temperaturii iarla cre"terea n continuare a temperaturii tenacitatea titanului scade. Fn fi#ura 4.!.este pre$entat influena temperaturii de recoacere asupra proprietilor mecanicede re$isten, plasticitate "i tenacitate ale titanului deformat plastic la rece, cu o

reducere de seciune de 40% "i la o durat de reducere de !'.i).4.". 5ariaia proprietilor $e!ani!e ale titanului o(inut prin io'urare6 +n

fun!ie 'e te$peratura 'e re!oa!ere

rin recristali$area titanului te'nic pur, la temperaturi la care este sta*il Ti:,se formea$ o structur poliedric cu #runi fini. &ac #radul de deformare a fostmai mare de % nu se modific, prin recristali$are, tetura de deformare.


5/16

de deformare mai mici (de apro. 0@60%) tetura de recristali$are se deose*e"tede tetura de deformare. ceasta depinde de puritatea titanului "i de tipul "ire#imul de deformare plastic.

entru #rade mici de deformare plastic (!,@%) dup recoacere la 700@00o5 se o*ser+ o cre"tere considera*il a mrimii #runilor titanului :.5aracterul acestei structuri nu depinde de +ite$a de rcire dup recoacere.

Fn ta*elul 4.!. sunt pre$entate temperaturile de nceput "i de sfr"it derecristali$are ale titanului te'nic pur, n funcie de #radul de deformare la rece.

Ta*elul 4.!.Temperaturile de recristali$are ale titanului te'nic pur n funcie de#radul de doformare la rece.

7ra'ul 'e

'efor$are68

Te$peratura 'e re!ri!taliare6 o0

9n!eput 3f:r2it10 7@600 60@700!0 0@7 6!@600 00@0 6!@6040 00@0 6!@600 40@00 6!@606 40@00 6!0 40@00 600@6!

rin recoacere la temperaturi mai mari de !

o

5, adic n domeniul desta*ilitate al titanului ;, nu se mai o*ser+ o cre"tere a mrimii #runilor, datoritunui #rad critic de deformare plastic. cest lucru se eplic prin aceea cncl$irea, la temperaturi superioare temperaturii la care are loc transformareaalotropic, conduce la formarea unor #runi cristalini de Ti; ale cror dimensiunisunt cu att mai mari, cu ct este mai nalt temperatura de recoacere.


6/16

o*ine o anumit mrime "i orientare a #ranulaiei, care la rndul lor influenea$considera*il caracteristicile mecanice ale metalului. Fn ta*elul 4.. sunt pre$entate+alorile unor caracteristici mecanice, re$ultate dup diferite tratamente termiceaplicate titanului te'nic.

Ta*elul 4.. 5aracteristici mecanice ale titanului te'nic dup diferitere#imuri de tratament termic

Trata$entul ter$i! $'aN;$$"

A8

Z 8

Decoacere la 1100o5 urmat de rcire lent , 1! !4,Decoacere la 1100o5 urmat de rcire lent rencl$ire la 00o5 cu meninere de 6' urmat de rcire lent.

6 1,! !1,4

Decoacere la 1100o5 clire de la 0o5 re+enirela 00o5 cu meninere de 6'

6!,4 1!,6 ,

Dencepere la 1100o5 clire de la 0o5 ncl$ire rapid la00o5 cu meninere de 6' la aceast temperatur. 6, 1, ,

&up cum se o*ser+ din ta*elul 4.. cea mai mare cre"tere a re$istenei larupere "i a plasticitii (N) se o*in prin clire de la temperaturi superioaretemperaturii de transformare alotropic, urmat de re+enire la temperaturi aflateimediat su* temperatura de transformare alotropic.

2pre deose*ire de oeluri, cel mai mare efect de finisare a #runilor de titan,se o*ine prin re+enirea metalului clit, pn la o temperatur ct mai apropiat, dar

inferioar punctului de transformare alotropic.Oicrostructura titanului, recopt n +id, la 1100o5 "i apoi rcit ncet, esteformat din #runi poliedrici de Ti:.

5lirea titanului de la temperaturi superioare temperaturii de transformarealotropic (!o5)se o*ine o structur de tip martensitic (acicular) a titanului :sau a unei soluii solide care are matricea format din aceast form alotropic atitanului.

Fn procesul de re+enire, particulele de fa$ :, de+in mai mult sau mai puin#lo*ulare.

Pfectul tratamentului termic asupra structurii "i proprietilor titanului "i deconinutul unor impuriti pre$ente n titanul te'nic "i n special de natura acestora.&e eemplu impuritile de oi#en "i de a$ot eercit o influen ma-or asupradesf"urrii transformrilor structurale ale titanului.

4.%.Influena i$puritilor 2i a ele$entelor 'e aliere a&upra &tru!turii 2iproprietilor titanului.

11


7/16

mpuritile cel mai des ntlnite n titanul te'nic sunt oi#enul, a$otul "i'idro#enul. cestea sunt solu*ile parial n titanul aflat n stare solid, dar formea$cu acest metal "i compu"i c'imici fra#ili, care i diminuea$ mult plasticitatea,re$istena "i re$istena la coro$iune. lte impuriti care se ntlnesc mai des ntitan sunt3 car*onul, fierul "i siliciul.

Ai#enul se di$ol+ cu u"urin n titanul :, limita de solu*ilitate fiind de14,%at. A. &ia#rama de ec'ili*ru a sistemului titanoi#en este pre$entat nfi#ura 4.4.

8i#.4.4.&ia#rama de ec'ili*ru a sistemului titanoi#en.

tomii de oi#en ptrund n interstiiile octaedrice ale reelei cristaline, pecare o distorsionea$, "i astfel pro+oac durificarea puternic a titanului. mm !"i totodat oscdere a +alorilor proprietilor de plasticitate, c'iar "i la 0,1%#A.Titanul cu peste0,@0,7%#A "i pierde complet capacitatea de deformare plastic "i de+ine fra#il,a"a nct nu mai poate fi utili$at.

Titanul formea$ cu oi#enul o serie de oi$i cum ar fi3 TiA(cu !,04%#A),Ti!A, TiA "i TiA!, care pre$int transformri polimorfice.

+nd n +edere cele de mai sus re$ult c, n titanul te'nic, tre*uie limitatconinutul de oi#en su* 0,1@0,!%.

nfluena oi#enului asupra unor proprieti mecanice ale titanului estepre$entat n fi#ura 4..

i)ura 4..Influena !oninutului 'e o a&upra unor!ara!teri&ti!i $e!ani!e.

$otul 2e di$ol+ n titan cu o +ite$ mult mai mic dect +ite$a de di$ol+area oi#enului. &e aceea, la ncl$irea n aer pn la 0 o5, pe suprafaa titanului se

produce numai oidarea "i de a*ia la temperaturi peste 0o5 are loc formarea uneipelicule de nitrur pe suprafaa titanului.

nfluena temperaturii "i timpului de ncl$ire asupra cantitii de a$ota*sor*it de titan este pre$entat n fi#ura 4.6.

i)ura 4.?.Depen'ena !antitii 'e aot6 a(&or(it 'e titan6 'ete$peratura 'e +n!lire 2i 'e tipul 'e $eninere.

1!


8/16

$otul este solu*il att n Ti: ct "i n Ti;, cu care formea$ soluii solideinterstiiale. 5a "i oi#enul, a$otul ridic temperatura de transformare alotropic

TiTi "i prin aceasta sta*ili$ea$ Ti: (fa$a :). re$ena n titan a unui coninutde peste 0,1%#I, conduce la formarea unei structuri aciculare (de tip martensitic),c'iar "i la rcirea n aer. &ia#rama de ec'ili*ru (parial) a sistemului TiI este

pre$entat n fi#ura 4.7.

i)ura 4.-.Poriunea (o)at +n titan a &i&te$ului (inar 'e e!#ili(ru titan* aot

Iitrura de titan TiI are temperatura de topire de !0o5 "i poate s forme$e

cu a$otul soluii solide intermediare, datorit unui dificit de atomi de titan nnitrur.

$otul durific "i fra#ili$ea$ titanul. ceast aciune este mai intens dect

a oi#enului. stfel pn la 0,!%#I, fiecare sutime de procent pro+oac cre"tereare$istenei la rupere n medie cu !daI>mm!. este 0,!%#I plasticitatea titanuluiscade drastic "i metalul de+ine fra#il. /ariaiile +alorilor unor caracteristicimecanice n funcie de concentraia a$otului n titan este pre$entat n fi#ura 4..

i)[email protected] !ara!teri&ti!ilor $e!ani!e ale titanului +n fun!ie 'e!on!entraia 'e aot 'iol,at +n $etal.

5oncentraia maim admisi*il a a$otului n titan este de 0,0@0,1%#I.9idro#enul este un element c'imic care este a*sor*it foarte ener#ic de ctre

titan. Oetalul supus, n preala*il, unei recoaceri n +id ncepe s a*soar* 'idro#enc'iar la temperatur o*i"nuit, dar +ite$a de a*sor*ie atin#e +aloarea maim la700@00o5. Titanul poate a*sor*i 'idro#en nu numai din starea #a$oas, dar "i din+aporii de ap sau din su*stanele folosite pentru decaparea ta*lelor dup laminare.&e eemplu la presiunea atmosferic "i la 600o5, 100#Ti poate a*sor*i !00cmde'idro#en, iar fierul, n acelea"i condiii, a*soar*e 1,1cm9>100#8e.

&ia#rama de ec'ili*ru Ti9 este pre$entat n fi#.4..

i).4..Poriunea (o)at +n titan a 'ia)ra$ei 'e e!#ili(ru Ti*

&in dia#rama din fi#.4.. re$ult c, spre deose*ire de a$ot, 'idro#enulsta*ili$ea$ Ti; (respecti+ soluia solid pe *a$ de Ti;), deoarece co*oartemperatura de transformare alotropic a titanului.


9/16

8a$ele : "i ; sunt soluii solide interstiiale de 'idro#en n formele alotropicecorespun$toare ale titanului, iar fa$a este o soluie solid intermediar, format

pe *a$a 'idrurii de titan Ti9!. &omeniul de omo#enitate al fa$ei este cuprinsntre limitele !,04@,6%.9.

2olu*ilitatea 'idro#enului n Ti :, la temperatura eutectoid (!o5), este de0,1%#.9, dar odat cu scderea temperaturii solu*ilitatea scade mult "i la 0o5 estede 0,.104%#.

nfluena 'idro#enului asupra unor caracteristici mecanice ale titanului estepre$entat #rafic n fi#.4.10.

i).4.1/.Influena !oninutului 'e #i'ro)en a&upra unor !ara!teri&ti!i$e!ani!e ale titanului

9idro#enul este pentru titanul mecanic o impuritate foarte duntoare,

deoarece c'iar "i n concentraii de miimi de procent mic"orea$ mult re$ilienametalului. ceasta deoarece odat cu scderea temperaturii solu*ilitatea'idro#enului n Ti : scade mult. Pcesul de 'idro#en, re$ultat prin rcirea titanului,

precipit su* form de 'idrur de titan (Ti9!) la limita #runilor soluiei solide :ct "i dea lun#ul planelor de cli+a-, pro+ocnd ruperea fra#il a metalului. &eaceea, concentraia 'idro#enului n titan tre*uie s fie mai mic de 0,01%#.9.

*sor*ia 'idro#enului n titan este un proces eoterm.5ar*onul formea$ cu titanul soluii solide interstiiale "i sta*ili$ea$ fa$a :,

deoarece ridic temperatura transformrii alotropice . Fn fi#ura 4.11. estepre$entat poriunea *o#at n titan a dia#ramei de ec'ili*ru Ti5.

i).4.11.Poriunea (o)at +n titan a 'ia)ra$ei 'e e!#ili(ru Ti*0

&up cum se o*ser+ din fi#ura 4.11., dia#rama de ec'ili*ru Ti5 are otransformare peritectic la 170o5 "i un domeniu lar# de eisten a soluiei solideintermediare Q, format pe *a$a cur*urii de titan Ti5. Fn dia#rama de ec'ili*rueist "i o transformare peritectoid la temperatura de !0o5.


10/16

&up cum se constat din dia#rama din fi#ura 4.1!. re$istena la rupere "ilimita de cur#ere ale titanului cresc sensi*il pn la o concentraie de aproimati+0,%.5,n sc'im* +alorile proprietilor de plasticitate (de eemplu a alun#irii larupere ) scad. &ac concentraia de car*on dep"e"te limita de solu*ilitate ntitan, metalul ncepe s de+in fra#il din cau$a apariiei precipitatelor de Ti5.&eaceea, coninutul de car*on se limitea$ la +alori su* 0,06@0,1%#.5.

8ierul formea$ cu titanul : "i ; soluii solide de su*stituie. Pl sta*ili$ea$fa$a ;, deoarece co*oar temperatura de transformare alotropic "i lr#e"tedomeniul de concentraii la care aceast fa$ este sta*il.

&ia#rama de ec'ili*ru a sistemului Ti8e este pre$entat n fi#ura 4.1.

i).4.1%.Dia)ra$a 'e e!#ili(ru a &i&te$ului Ti*e

&up cum se o*ser+ din fi#.4.1., la temperatura de 61o5 are loc

transformarea eutectoid a fa$ei ; n fa$ele : Ti5. ceast transformare are loccu o +ite$ mic. Fn alia-ele titanfier, la concentraii mici de fier, fa$a ; setransform direct n fa$a :, care +a fi suprasaturat n 8e.

&up cum se o*ser+ din dia#rama de ec'ili*ru Ti8e, la concentraii maimari de fier, se formea$ compu"ii intermetalici Ti8e "i Ti8e!.

Fn condiii de ec'ili*ru termodinamic limita de solu*ilitate a fierului ntitanul : este de aproimati+ 0,!%#.8e la 61o5. Adat cu scderea temperaturiisolu*ilitatea fierului n Ti : se mic"orea$. &e aceea coninutul de 8e, n titanulte'nic, se limitea$ su* 0,%#.8e.

nfluena fierului asupra caracteristicilor mecanice ale titanului este mic,comparati+ cu influena impuritilor cu care Ti formea$ fa$e interstiiale. 2econsider c fiecare sutime de procent de fier, la concentraii mai mici de0,%#.8e, determin cre"terea re$istenei la rupere la traciune a titanului cuaproimati+ 0,! daI>mm!. &e aceea n unele alia-e ale titanului fierul este folosit caelement de aliere.

2iliciul, ca "i fierul, formea$ cu titanul soluii solide de su*stituie "ista*ili$ea$ fa$a ;, deoarece co*oar temperatura de transformare alotropic.

&ia#rama de ec'ili*ru a sistemului de alia-e Ti2i este pre$entat n fi#ura4.14.

i).4.14.Dia)ra$a 'e e!#ili(ru a &i&te$ului Ti*3i.

Temperatura la care are loc transformarea eutectic este de 10 o5 iarconcentraia siliciului, n fa$a ; de compo$iie eutectic este de ,%#.2i.

1


11/16

Fn sistemul Ti2i la temperatura de 60o5, la o concentraie a siliciului nfa$a ; de 1%#.2i, are loc transformarea eutectic conform relaiei3

)1.4.(%)()( figSiTiSiTiSiTi +

i).4.1.Zona tran&for$rii eute!toi'e 'in 'ia)ra$a'e e!#ili(ru Ti*3i

2olu*ilitatea maim a siliciului n titanul : este, la temperaturatransformrii eutectice, de 0,4%#.2i.

2iliciul este o impuritate cu influen mai puin duntoare asupracaracteristicilor mecanice de re$isten ale titanului, dar reduce plasticitatea la recea acestuia. &e aceea, n titanul te'nic , concentraia de siliciu tre*uie s fie su*0,!%#.

lia-ele cu pn la ,%#.2i se pot for-a la cald.

2iliciul are proprietatea de a m*unti re$istena la oidare a titanului ndomeniul de temperaturi 00@1000o5. &e aceea siliciul este folosit, ca element dealiere, n unele alia-e pe *a$ de titan.

luminiu, $irconiul, staniul determin cre"terea temperaturii de transformarefa$ic ,c'iar peste 00o5.

Ooli*denul, cromul, +anadiul, man#anul, tantalul, nic'elul tind s sta*ili$e$efa$a ; "i de aceea determin scderea temperaturii de transformare fa$ic .

Titanul pur (,%Ti) se utili$ea$ numai n domeniile n care se cereductilitate "i re$isten la coro$iune cu +alori ridicate.

Titanul de puritate industrial (@,!%), care este mai puin costisitor, estentre*uinat mai ales n industria c'imic datorit re$istenei sale la coro$iune. Pemple decaliti de titan industrial sunt date n ta*elul 4.4.

16


12/16

0alitateaI$puriti $a


13/16

: ; Til 6 / 4Til 4 On 4Til 7 Oo 4

Til 8e1, 5r1, 4Oo1,!

10411!110

1010

1116116

; Til / 1 5r 11 1!6 11 6

lia-ele :, cu reea 'ea#onalcompact, sunt sta*ili$ate de l, Nr, 2n, 5, A "i I,elemente care ridic temperatura de transformare . 5ar*onul, oi#enul "i a$otul sunt

pre$ente ca impuriti n alia-ele titanului.lia-ele : se caracteri$ea$ prin re$isten *un la coro$iune "i prin proprieti *une de

re$isten mecanic, pn la 00o5.


14/16

lia-ele de titan cu structura format din fa$ele :;, se folosesc pentru containeredestinate #a$elor lic'efiate utili$ate la rac'etele cosmice. stfel de #a$e sunt3 oi#enul,'idro#enul sau fluorul lic'id.

&eoarece, pe ln# caracteristici mecanice cu +alori ridicate, alia-ele de titan au "i ofoarte *un re$isten la aciunea multor su*stane c'imice, acestea se utili$ea$ pe scar lar#

n industria c'imic. &in acesta se confecionea$3 +ase "i coloane de reacie, sc'im*toare decldur, pompe, precum "i conducte eecutate din ta*l "i e+i.e ln# utili$rile de-a amintite, alia-ele de titan se folosesc la fa*ricarea unor piese

utili$ate la instalaii de fora- adnc, n industria de armament, precum "i pentru confecionarean c'irur#ia medical.

4.6.rocedee de o*inere a titanului "i ela*orarea alia-elor de titan.4.6.1.rocedee de o*inere a titanului.Titanul poate fi o*inut n stare pur prin procedeul Kroll, care const n

descompunerea tetraclorurii de titan cu a-utorul ma#ne$iului, n atmosfer de 'eliu. Titanulpoate fi o*inut n stare pur "i prin metalur#ia pul*erilor.

Oateriile prime utili$ate pentru o*inerea titanului sunt3 concentraiile de rutin (TiA!)

"i $#urile de titan. N#urile de titan se o*in prin prelucrarea pirometalur#ic a concentraiilorde ilmenit (8eTiA). ceste $#uri sunt supuse unei topiri reductoare, n urma creia seo*ine font "i o $#ur *o#at n titan (6@0%TiA!). N#urile *o#ate n titan secaracteri$ea$ printro temperatur de topire ridicat, care cre"te odat cu mrirea coninutuluide TiA!. &e aceea este necesar ca ncrctura destinat topirii s ai* un adaos nsemnat defondani. Fn afar de TiA!, n $#ura final se #sesc "i cantiti importante de 8e, 5a, On, O#"i 2i.

rincipala pro*lem, la topirea reductoare a $#urii *o#ate n titan, este de a sta*ili nmod corect, n funcie de compo$iia $#urii, cantitatea "i compo$iia fondanilor astfel nct sse o*in un coninut ridicat de TiA!, o cantitate mic de elemente nsoitoare "i o temperatursc$ut a procesului.

Fn scopul o*inerii tetraclorurii de titan (Ti5l4) +olatil, se utili$ea$ clorurareamateriilor prime care conin TiA!. Aperaia se efectuea$ la 00o5 "i n pre$ena car*onului.


15/16

O#.5a produs final se o*ine, n retort, o mas *uretoas de titan metalic. Temperatura ninteriorul retortei se menine la 0o5. 5lorura de ma#ne$iu care se formea$, n urma reacieide reducere a Ti5l4, se acumulea$ la partea inferioar a retortei "i se e+acuea$ periodic.&up terminarea procesului de reducere, retorta se rce"te "i masa spon#ioas de titan estee+acuat ntro atmosfer uscat.

Lrmtoarea operaie const n distilarea *uretelui de titan. cesta, n urma reducerii,conine o serie de impuriti cum ar fi3 O#, 5l!, 8e, A!, 5, I!, 9!. entru ndeprtarea acestorase aplic o distilare ntro instalaie special "i la temperaturi ridicate, dup care se o*ine

*uretele pur de titan cu aproimati+ ,%Ti.Fn +ederea o*inerii titanului metalic "i a alia-elor acesteia se aplic procedeul de

topire a *uretelui pur. ceasta se face n condiii speciale datorit caracteristicilor fi$icoc'imice ale titanului.

4.6.!.Topirea titanului "i ela*orarea alia-elor sale.&atorit faptului c titanul este un metal foarte reacti+ "i cu temperatura nalt de

topire (160o5), n stare topit acesta atac intens cptu"eala refractar a cuptoarelor o*i"nuite"i reacionea$ cu #a$ele din atmosfera cuptoarelor, ela*orarea alia-elor pe *a$ de titan

necesit folosirea unor instalaii speciale. ceste instalaii tre*uie s asi#ure reali$area a doucondiii fundamentale "i anume3

1) topirea "i alierea s ai* loc n cuptoare cu atmosfer de #a$ inert sau n +id!) turnarea s se fac imediat n creu$ete rcite la o temperatur mult mai redus

dect temperatura de topire, astfel nct metalul s nu poat reaciona cu creu$etul.Temperatura foarte nalt care este necesar "i condiiile de lucru specifice acestui

metal se pot reali$a numai n cuptoare electrice cu arc, cu *om*ardament cu fascicol deelectroni sau n cuptoare electrice cu plasm. 5a urmare n industria titanului se folosescurmtoarele tipuri de cuptoare pentru topire "i aliere3

1) cuptoare de topire cu arc "i electrod neconsuma*il!) cuptoare de topire cu arc "i electrod consuma*il) cuptoare de topire cu *om*ardament cu fascicul de electroni4) cuptoare de topire cu plasm.rimele dou tipuri de cuptoare folosesc atmosfer de #a$e inerte (ar#on, 'eliu) sau

+id. 5uptoarele cu *om*ardament cu fascicul de electroni funcionea$ numai n +id naintat(de 104@10mm9#), iar cuptoarele cu plasm folosesc numai atmosfer de #a$e inerte.

entru a o*ine lin#ouri care s poat fi deformate plastic este necesar s se aplicetopirea repetat. rima topire se efectuea$ n +id "i prin aceasta se o*ine reducereaconinutului de #a$e (9!, A!, I!, 5A!). Detopirea a doua se efectuea$ n cuptoare cuatmosfer protectoare.

1) 5uptoarele cu arc "i electrod neconsuma*il se *a$ea$ pe formarea arcului electric

ntre metalul din creu$et "i un electrod alctuit dintro *ar de Solfram acoperit cu t'oriu,limentarea cu materialele supuse topirii, care pot fi3 *urete de titan, de"euri derecirculare, elemente de aliere sau prealia-e, se reali$ea$ su* form de #ranule sau *ric'eteamestecate "i furni$ate continuu, n spaiul arcului electric, prin intermediul unui alimentator+i*rant. 2ilo$ul cu materiale care urmea$ s fie supuse topirii precum "i instalaia dealimentare sunt nc'ise etan" "i au aceea"i atmosfer cu a cuptorului. Oetalul, care se tope"ten arcul electric, cade n creu$et unde se solidific imediat. &e aceea metalul o*inut n acestecuptoare nu este suficient de compact, are multe #oluri, inclu$iuni de particule netopite,

precum "i impurificri cu Solfram pro+enit din electrod. &e aceea acest procedeu de topire seaplic din ce n ce mai lar#.

!) 5uptoarele cu arc "i cu electrod consuma*il se utili$ea$ cel mai frec+ent n

industrie. Oaterialul care urmea$ s fie supus topirii se precompactea$ ntro pres'idraulic. Fn acest mod se o*ine electrodul consuma*il a crui compo$iie corespunde cu a

!0


16/16

alia-ului care urmea$ s fie produs. e msur ce se tope"te electrodul consuma*il acesta esteco*ort ctre lin#oul din creu$et meninnduse constant lun#imea arcului electric.

cest procedeu permite s se o*in lin#ouri compacte cu masa pn la t. Topirea sepoate efectua n +id sau n atmosfer protectoare(fi#.4.16.).

8i#.4.16.2c'ema unei instalaii cu electrod consuma*il pentru topireaTitanului "i ela*orarea alia-elor sale31cuptor!portelectrodelectrod consuma*il4lin#oupomp de +id6creu$et rcit cu ap7panou de comandintrare ap

ie"ire ap.

)5uptoarele cu *om*ardament cu fascicul de electroni sunt cele mai moderne.

8uncionarea lor se *a$ea$ pe utili$area ener#iei eli*erate n momentul impactului dintreelectronii accelerai, pro+enii din tu*uri de nalt tensiune(!0@40=/),"i metalul supus topirii(fi#.4.17.).

8i#.4.17. 2c'ema funcional a unui cuptor cu *om*ardament cu fascicul de electroni31tu* electronic!electrod consuma*ilcristali$or rcit cu ap 4lin#ou.

5uptorul funcionea$ n +id naintat. Oaterialul de topit este o *ar , precompactatsau sinteti$at, alctuit n acela"i mod ca "i electrodul consuma*il de la cuptoarele cu arcelectric.

5reu$etul sau cristali$orul se eecut din cupru sau din oelurispeciale. Dcirea lor seface cu ap sau cu sodiu topit. Ltili$area sodiului topit ca a#ent de rcire(temperatura detopire a sodiului este de o5)este preferat n instalaiile industriale pentru pre+enireaaccidentelor. Fn ca$ul n care se folose"te pentru rcire apa, o fisur n creu$et poate pro+ocaeplo$ii care, pe ln# accidente umane, produc distru#erea unor instalaii foarte scumpe.

entru aliere se folosesc att elemente de aliere, ca atare, su* form de #ranule sau desrm, ct "i prealia-e. 5ele mai frec+ent folosite prealia-e sunt3 l/, lOo5r, l2n.

Temperatura de topire a prealia-elor tre*uie s fie peste 00 o5 iar tensiunea de +apori,la topire, tre*uie s fie ct mai redus, fapt important la topirea n +id.

!1

Metalurgia Titanului

Documents

Transcript of Metalurgia Titanului