Титан и сталь коррозия

Обновлено: 18.05.2024

Наиболее эффективным средством устранения склонности к межкристаллитной коррозии в нержавеющих сталях является снижение содержания углерода до 0,02—0,04%. При обычном содержании углерода 0,08% для устранения склонности к межкристаллитной коррозии обычно пользуются дополнительным легированием стали сильными карбидообразующими элементами — титаном или ниобием.
Нами была изучена склонность к межкристаллитной коррозии двухфазных хромомарганцевоникелевых сталей оптимального состава (18% хрома, 8% марганца и 2% никеля), содержащих 0,04 и 0,08% углерода, без титана и с добавкой титана.
Испытание на склонность к межкристаллитной коррозии производилось на образцах размером 3х20х80 мм по методу AM ГОСТ 6032—58 (160 г CuSO4 * 5Н2О + 100 мл H2SO4 + 1 л воды с медной стружкой, продолжительность кипячения 24 ч). Предварительно образцы были обработаны по режимам: закалка с последующим провоцирующим отпуском при 400—800° С различной продолжительности (от 10 мин до 500 ч).
Влияние титана в стали, содержащей 0,04% углерода. Были исследованы низкоуглеродистые стали, содержащие 0,04% углерода, 17,9% хрома, 8,5% марганца, 2,2% никеля, отличающиеся содержанием титана: одна — без титана; другая — с 0,26% титана (условное обозначение сталей: 00Х18Г8Н2 и 00Х18Г8Н2Т).
Предварительно образцы были закалены с 1000 и 1200° С. Добавка титана не оказала существенного влияния на соотношение фаз. Разница по содержанию α-фазы в обеих сталях, как после закалки с 1000° C, так и 1200°С, составляет примерно 5%, и ее оказалось возможным выявить только по величине намагниченности насыщения (намагниченность насыщения безтитановой стали на 300—400 гс меньше). Следует отметить, что влияние титана проявляется и в уменьшении склонности к росту ферритных зерен после высокотемпературных нагревов.
Склонность сталей к охрупчиванию и межкристаллитной коррозии определяли на плоских образцах одинаковых размеров (стандартные образцы). После провоцирующего отпуска до кипячения посредством изгиба образцов на 90° по наличию трещин на изогнутой поверхности (некоторые образцы ломались) были определены области хрупкого разрушения, представленные на рис. 18 (пунктирные кривые). Добавка титана не оказала влияния на области хрупкого разрушения. Повышение предварительной температуры закалки до 1200° С и соответственное увеличение количества α-фазы в исходном состоянии (перед отпуском) привело к расширению области хрупкого разрушения.

Испытание на межкристаллитную коррозию показало, что состояние поверхности изогнутых образцов после кипячения не изменилось, т. е. образцы хрупкие до кипячения остались хрупкими после кипячения, но все они сохранили металлический звук, образцы пластичные до кипячения остались пластичными и после него.
Можно заключить, что двухфазная сталь, содержащая 0,04% углерода, не склонна к межкристаллитной коррозии и поэтому добавка титана в такую сталь нецелесообразна.
Если возможность применения аустенитных сталей определяют по продолжительности провоцирующего отпуска т_min, который вызывает межкристаллитную коррозию, то, очевидно, для двухфазных сталей такую оценку следует производить также по продолжительности провоцирующего отпуска, который вызывает хрупкое разрушение (назовем это время т_{пластич}). Если т_{пластич} больше 1 ч, то двухфазную сталь можно подвергать сварке и другим горячим технологическим операциям, поскольку обычно общее время пребывания стали в опасном интервале температур не превышает этого времени. Если т_{пластич} менее 1 ч, то сталь необходимо после горячих технологических операций подвергать повторной закалке с температур не ниже 900° С.
Влияние титана в стали, содержащей 0,08% углерода. В настоящее время наша промышленность выпускает нержавеющие стали обычно с содержанием углерода 0,08—0,09%. При таком содержании углерода введение стабилизирующих добавок в аустенитные нержавеющие стали для предотвращения межкристаллитной коррозии является необходимым. Такого же мнения придерживаются некоторые авторы в отношении феррито-аустенитных нержавеющих сталей типа Х21Н5Т. Однако в сталях этого типа в ряде случаев добавка титана как сильного ферритообразующего элемента способствует ферритизации при высоких температурах и проявлению склонности к межкристаллитной коррозии по «ферритному типу». Таким образом, полезность добавки титана в двухфазные нержавеющие стали не установлена.
Для исследования были взяты двухфазные стали с химическим составом: 0,08% С, 0,38% Si, 18,2% Cr, 8,7% Mn, 2,3% Ni, отличающиеся содержанием титана: одна — без титана, другая — 0,42% Ti (условное обозначение сталей 0Х18Г8Н2 и 0Х18Г8Н2Т).
Влияние титана на соотношение фаз в сталях, как и в подобной низкоуглеродистой стали, проявляется в увеличении содержания a-фазы примерно на 5—10%.
Склонность сталей к охрупчиванию и межкристаллитной коррозии определяли по методике, описанной выше.
Испытание сталей на склонность к охрупчиванию показало, что добавка титана не оказывает существенного влияния на температурно-временные границы охрупчивания, т. е. его действие в этом отношении такое же, как и в низкоуглеродистой стали 00Х18Г8Н2. Это было подтверждено другими показателями: испытаниями на удар, твердость и магнитными измерениями (рис. 19). В интервале температур 500—800° С происходит резкое падение ударной вязкости (ниже 5 кГм/см2), повышение твердости (до 320 HB) и снижение намагниченности насыщения. Максимальное изменение этих свойств отмечается при 700° С.

Фазовый анализ, определивший количество и состав избыточных фаз в зависимости от содержания титана, производили после старения в интервале температур, вызывающих изменение свойств.
Тип и состав карбидных и интерметаллидных фаз определяли путем их электролитического выделения в осадок различными электролитами с последующим рентгеноструктурным и химическим анализом.
Электролиты и режим электролиза (плотности тока, продолжительности) подбирали как на основе литературных данных, так и экспериментально.
С помощью рентгеноструктурного анализа был определен тип избыточных фаз. В закаленном состоянии (закалка с 1200° С в воде) в стали без титана избыточных фаз нет, в стали с титаном обнаружен карбид TiC (вероятно, содержащий наряду с углеродом и некоторое количество азота).
В результате длительного старения выделяются фазы: М23С6 и σ-фаза и в титаносодержащей стали увеличивается количество карбида TiC.
Сопоставление двух исследованных сталей показало (табл. 3), что присадка титана не только вызывает появление новой фазы (TiC), но изменяет количество М23С6 и σ-фазы в состаренном состоянии. Количество карбида М23С6 резко (приблизительно в 4 раза) уменьшается, а количество a-фазы возрастет (приблизительно в 2 раза). Первое объясняется тем, что титан связывает углерод, необходимый для образования карбида М23С6, а второе — так как меньше образуется карбида М23С6, то больше хрома, необходимого для образования σ-фазы, остается в твердом растворе.

Несмотря на различное количество избыточных фаз, химический состав их одинаков, независимо от структурного состояния обеих сталей.
В двухфазных сталях склонность к охрупчиванию и межкристаллитной коррозии проявляется в одних и тех же температурных интервалах, поэтому метод оценки такой коррозии отличался от общепринятого для аустенитных сталей.
Для сравнения склонности к межкристаллитной коррозии двухфазных и однофазных (аустенитных) сталей были выплавлены две аустенитные стандартные стали, с химическим составом: 0,08% С; 18,2% Cr; 0,32% Si; 0,54% Mn; 10,1% Ni, отличающиеся содержанием титана: сталь 0Х18Н10 — без титана, сталь 0Х18Н10Т — 0,43% Ti.
Предварительно образцы были обработаны по одним и тем же режимам термической обработки: закалка с 1200° С и последующий провоцирующий отпуск при 400—800° С различной продолжительности — от 10 мин до 500 ч.
Склонность к межкристаллитной коррозии аустенитных сталей определяли по состоянию поверхности изогнутых образцов, звуку и металлографическому анализу. Образование трещин на изогнутой поверхности, потеря металлического звука, наличие межкристаллитного разрушения, обнаруживаемого на нетравленых шлифах (по сечению изогнутых образцов), свидетельствовало о наличии межкристаллитной коррозии в аустенитных сталях. На рис. 20 кривые ограничивают склонности (черные точки) сталей к межкристаллитной коррозии.
В двухфазных сталях до испытания были выявлены области охрупчивания. На рис. 20 они ограничены пунктирными линиями. Сплошные линии (с черными точками внутри) ограничивают область склонности к межкристаллитной коррозии, выявленной по потере металлического звука, металлографическому анализу и электрохимическому исследованию.

Добавка титана оказывает большое влияние на склонность аустенитных сталей к межкристаллитной коррозии. В безтитановой аустенитной стали 0Х18Н10 т_min равно 10 мин, т. е. эту сталь нельзя подвергать технологическим операциям, связанным с воздействием повышенных температур, или после их проведения необходима закалка.
Аустенитная сталь 0Х18Н10Т, стабилизированная титаном, имеет т_min, равное 50 ч; возможно применение технологических обработок без последующей закалки.
Склонность к межкристаллитной коррозии проявляется в безтитановых сталях, как аустенитной, так и двухфазной, поэтому присадка титана в них эффективна.
Различная кинетика образования карбидных фаз в зависимости от содержания титана в двухфазных сталях показана на рис. 21. Как было указано выше (табл. 3), в безтиталовой стали количество карбида M23C6 больше, чем в стали, содержащей титан. В стали с титаном выделение карбида TiC происходит быстрее карбида М23С6, и через определенный промежуток времени (примерно 10 ч) процессы выделения заканчиваются в отличие от безтитановой стали, в которой количество карбида М23С6 непрерывно увеличивается (до 500-часовой выдержки). Следовательно, более ранняя стабилизация количества хромистых карбидов типа М23С6, содержащих до 70% хрома в стали с титаном, свидетельствует о благоприятном влиянии титана, способствующего получению более однородного твердого раствора по концентрации хрома.

Таким образом, добавка титана (при отношении Ti/C~5) в сталь 0Х18Г8Н2 оказывает следующее действие:
а) ликвидирует склонность к межкристаллитной коррозии;
б) способствует стабилизации твердых растворов по концентрации хрома.
Следовательно, добавка 0,3—0,5% титана в двухфазные стали с 0,08% углерода необходима, но она таковой не является в стали с 0,04% углерода.
На основании проведенного исследования к промышленному опробованию рекомендуется сталь, содержащая до 0,08% углерода, 18% хрома, 8% марганца, 2% никеля при отношении Ti/C ~ 5 (условное обозначение 0Х18Г8Н2Т). Подобная сталь с содержанием углерода не более 0,04% может быть рекомендована без добавок титана (условное обозначение 00Х18Г8Н2).

Коррозия титана

Титан считается одним из наиболее прочных металлов. Он отлично выдерживает как механические нагрузки, так и применение в агрессивных условиях среды. Но при определенных условиях, титан также начинает портиться. Если вовремя не среагировать на возникновение проблемы, можно столкнуться с полным разрушением материала.

В этой статье будет рассказано о том, как ведет себя титан и его сплавы при столкновении с внешними катализаторами развития коррозии. Также будет затронута не менее важная тема – способы профилактики и дополнительные средства, позволяющие защитить материал от негативного внешнего воздействия и постепенного разрушения в различных средах.

Особенности протекания процесса коррозии

В основе протекания процесса коррозии лежит окисление. Оно провоцируется внешними факторами – влажностью, контактом с кислотами, щелочами и другими потенциальными угрозами.

Титан относится к категории металлов, которые хорошо сопротивляются негативному воздействию. Но при создании неверных условий и накапливании суммы факторов, возникает реальная проблема, связанная с постепенным разрушением материала.

При развитии коррозии, возникает большая опасность того, что материал полностью придет в негодность. Он теряет свою прочность, начинает разрушаться. Без правильного подхода к защите и ограничению воздействия негативных внешних условий, можно быстро лишиться даже наиболее дорогостоящих изделий.

Катализатором процесса выступает контакт с окислителем. Потому далее мы расскажем, как ведет себя сплав в разных типах агрессивных сред.

Особенности взаимодействия титана с агрессивными средами разного типа

Как уже было отмечено выше, титан относится к списку материалов, которые имеют хорошую естественную защиту от развития коррозийного процесса. Чтобы коррозия запустилась, во многих средах нужно поддерживать высокую температуру. При этом сам металл практически не вступает в химические реакции с различными видами веществ.

Главный защитный фактор – формирование на поверхности титана тонкой пленки. Она не допускает контакта с внешней средой и выступает в качестве барьера для окислителей. Интересная особенность титана, которая отличает его от других видов материалов – даже при удалении такой пленки, она появляется снова за счет протекания процесса пассивации. Таким образом, металл обладает свойством самозащиты от разрушительного воздействия.

Само поведение титана будет меняться в зависимости от того, какие условия были созданы вокруг детали. Рассмотрим наиболее распространенные.

Азотная кислота

Азотная кислота относится к списку сильных факторов, провоцирующих развитие окислительного процесса. При помещении разных видов металлов в такую среду, может наблюдаться растворение, протекающее с разной скоростью. Но титан относится к категории продукции, которая не поддается воздействию азотной кислоты.

Вне зависимости от концентрации раствора, коррозия титана протекает очень медленно. За год можно получить максимальный показатель не более 0,2 мм.

Единственное, что может угрожать металлу – красная дымящаяся азотная кислота. В ней наблюдается протекание интенсивной реакции, в результате которой стремительно развивается коррозия. Единственное средство для нейтрализации процесса – добавление небольшого количества воды.

Соляная кислота

Соляная кислота воздействует на титан намного интенсивнее, чем азотная. Многое зависит от температуры и концентрации раствора, в котором используется материал. Наименьшую опасность представляют разбавленные растворы.

При комнатной температуре интенсивность коррозии плавно возрастает по мере увеличения процентного содержания основного вещества в растворе. Значительным катализатором скорости становится увеличение температуры. Так даже в очень слабых растворах при нагреве до 100 градусов, скорость коррозии становится намного выше. Если при этом раствор становится насыщеннее, интенсивность становится только выше. Пример – если прогреть 20-процентный раствор соляной кислоты до температуры 60 градусов и погрузить в него деталь из титана, интенсивность коррозии увеличится до 29,8 мм в год – это очень высокая скорость порчи материала, которая может привести к его полному выходу из строя.

Пассивирующая пленка на поверхности металла становится все более тонкой и быстро удаляется. При этом стоит также помнить о том, что даже при сильном негативном воздействие соляной кислоты, опасность повреждения титана остается меньше, чем в случае с нержавеющей сталью в аналогичных условиях.

Серная кислота

В растворах с низкой концентрацией коррозии титана можно не опасаться. Даже если однопроцентный раствор серной кислоты нагреть до температуры 95 градусов, уровень повреждения будет оставаться невысоким.

Аналогично ведут себя и более концентрированные растворы, до 20%, если температура среды не поднимается выше обычной комнатной.

С увеличением температуры, коррозийный процесс становится все более интенсивным. Так если сильно прогреть 20-процентный раствор серной кислоты, титан может начать постепенно растворяться. Скорость коррозии в год достигает 10 мм. Существуют проверенные методы, позволяющие уменьшить скорость растворения. Для этого в состав нужно добавить другие варианты кислот – хромовую, марганцевую, азотную или другие.

Органические кислоты

Материал хорошо показывает себя с большинством органических кислот, практически не наблюдается химической реакции. Даже если речь идет про винную, уксусную и молочную кислоту, титан остается целостным и защитная пленка на его поверхности оказывается неповрежденной.

Расплавленные металлы

При контакте с расплавами металлов, большое значение имеет тип сплава титана. Так чистый материал даже в сильно прогретой расплавленной среде не начинает ржаветь при контакте с калием, оловом, магнием, ртутью и другими потенциально-опасными агрессивными веществами.

Плавиковая кислота

Такой раствор является наиболее опасным для титана. Даже слабый, однопроцентный раствор, очень сильно увеличивает скорость протекания коррозийного процесса. С повышением концентрации, титановые детали начинают быстро плавиться. И в этом отношении состав во многом аналогичен по особенностям своего поведения с другими типами металлов и сплавов.

Другие виды кислот

Деталь из титана можно также помещать в различные варианты кислот. К ним относятся кремнефтористоводородная и фосфорная.

Материал отлично противостоит повреждению при контакте со спиртами, перекисью водорода, бромом, хлором и многими другими.

Для того, чтобы увеличить стойкость титана к коррозии, можно использовать дополнительные окислители и ингибиторы. В качестве такого ингибитора может использоваться как медь, так и железо в разной степени концентрации.

Также материалы можно использовать и с другими металлами, которые значительно увеличивают коррозийную стойкость. К ним относятся:

• Гафний.
• Тантал.
• Вольфрам.
• Цирконий и многое другое.

Далее мы также расскажем о том, как именно легирование помогает сильно нарастить качество материала и значительно увеличить длительность его использования.

Легирование как метод защиты титана от коррозии

Одним из наиболее распространенных и хорошо зарекомендовавших себя средств защиты титана от коррозии, становится использование дополнительных легирующих элементов. Все они разделены на несколько групп. К ним относятся:

• Первая. Это элементы с невысоким пассивирующим эффектом. Лучше всего показывает себя добавление таких элементов, как Мо, Та, Nb. Главное преимущество использования легирования элемента первой группы – снижение активности анодного процесса. При этом сама среда также может сильно влиять на то, как именно легирующий элемент влияет на стабильность металла.
• Вторая. Ко второй группе относятся такие элементы, как Cr, Ni, Mn, Fe. Важное отличие элементов, что у них есть собственные высокие защитные коррозийные свойства. Лучше всего материалы обеспечивают защиту от коррозии при использовании в кислотах с низким уровнем интенсивности окисления.
• Третья. Есть несколько категорий элементов – это Al, Sn, О, N. Стойкость титана коррозии оказывается выше при легировании вне зависимости от состояния – как пассивного, так и активного. Также обеспечиваются хорошие параметры при внедрении материала в нейтральные среды. Уровень отрицательного воздействия при этом оказывается невысоким, потому что пленки на поверхности титана не меняют своего состава.
• Четвертая. Наиболее эффективные элементы – это Си, W, Мо, Ni, Re. Лучше всего использовать такое средство легирования для того, чтобы затормозить или полностью исключить катодный процесс.

Стоит также обратить внимание на то, при помощи какого материала проводится легирование. Лучше всего показывает использование таких веществ, как ниобий и молибден. Также можно активно использовать тантал и цирконий.

Особенности возникновения гальванических пар

Одной из проблем при использовании изделий из титана может стать возникновение процесса электрохимической коррозии. Есть несколько основных случаев, при которых могут появляться коррозийные гальванические пары:

• Соприкосновение с электролитом. Это актуально в том случае, если применяется два металла разного типа. Они могут находиться в скрепленном друг с другом состоянии. Также есть большая вероятность того, что коррозия титана станет сильнее, если есть контакт между металлами с разным уровнем активности.
• При контакте металлов с материалами, выступающими в качестве полупроводника. При этом у свободного металла может накапливаться отрицательный заряд, который в соединении становится положительным.
• Накапливание в воздухе электролита или контакт с ним в растворе. Электрохимическая коррозия титана в таком состоянии может стать еще более быстрой и интенсивной.

Стоит также обратить внимание на то, в какой ситуации используется металл. В ряде случаев для обеспечения оптимальной защиты, можно будет просто изменить условие эксплуатации или устранить потенциально-опасное соседство.

Основы защиты титана от развития коррозии

Существует несколько наиболее распространенных средств, которые позволяют сильно уменьшить опасность устранения защитной пленки на поверхности материала.

Есть несколько наиболее распространенных методов:

• Рационализация строения конструкции. Нужно обратить внимание на то, где именно используется деталь, есть ли потенциально-опасное соседство, которое может стимулировать появление процесса электрохимической коррозии. Лучше всего, чтобы строение изделия было таким, чтобы его можно было быстро и без проблем очистить от скопившейся грязи и различных потенциально-опасных веществ.
• Работа с окружающей средой. Нужно обратить внимание на то, опасна ли среда, в которой используется изделие из титана. Можно повлиять на среду с использованием различных типов добавок. Так растворы кислот и щелочей можно сделать менее агрессивными, нарастить длительность использования без потенциальных внешних проблем.
• Нанесение на материал специального защитного покрытия. Главное, что обеспечивает такое покрытие – недопущение контакта металла с агрессивными средами и катализаторами окисления. Необходимо обратить внимание на то, чтобы на протяжении всего времени эксплуатации такое покрытие сохраняло свою равномерность и целостность. В случае необходимости, такое покрытие можно дополнительно обновить.

Наша компания обеспечивает предоставление услуг по качественной защите материала от коррозии. Мы готовы ответить на все интересующие клиентов вопросы, а также быстро подготовить все, что нужно для устранения потенциальных рисков окисления в процессе использования продукции из титана.

Титан и сталь коррозия

и энергично растворяется в растворе кислоты уже при концентрации ее, равной 1%. Сильное корродирующее действие на титан оказывают и ионы фтора: даже незначительные добавки фторидов могут в десятки раз увеличить скорость коррозии титана в азотной, серной, бромистой, йодной и муравьиной кислотах.

В азотной кислоте самых различных концентраций титан обладает высокой коррозионной стойкостью вплоть до температуры кипения. В очень концентрированных растворах кислоты, насыщенных окислами азота (красная дымящая кислота) скорость коррозии титана значительно возрастает по сравнению с растворами кислоты, не содержащих окислов азота. В дымящей кислоте, кроме того, титан склонен к коррозии под напряжением, сопровождающейся взрывами.

Во влажном хлоре и водных растворах хлоридов титан обладает очень высокой коррозионной стойкостью. В этом отношений титан заметно превосходит лучшие коррозионно-стойкие нержавеющие стали и сплавы на основе никеля.

Титан весьма устойчив в водных растворах хлоридов железа, меди, ртути, олова, никеля, марганца, натрия, алюминия, кальция, магния, ария и цинка различной концентрации. Исключение составляет хлористый алюминий концентрации выше 25% при высокой температуре.

В слабых растворах щелочей коррозионная стойкость титана высока. Кипящие растворы TSIHOH 20%-ной концентрации, NaOH и КОН 10%-ной - оказывают малое воздействие на титан. Однако при концентрации едкого натрия 40% и температуре 80° появляется коррозия, достигающая скорости 0,4-0,5 мм/год. При содержании свободного хлора коррозия титана в щелочных растворах резко снижается.

Кроме того, титан стоек в царской водке при комнатной температуре, в различных смесях серной и азотной кислот при температурах до 35° С. Полностью устойчив титан в холодных и горячих растворах следующих солей: сернокислая медь, углекислый натрий, цианистый натрий, сульфит и сульфат натрия и др. Высокой стойкостью он обладает также в расплавленной сере, ряде расплавленных металлов: олове до температуры 480° С, галлии до 400° С, магнии до 700° С и ртути до 350° С (при ограниченном сроке воздействия).

В расплавах солей при допуске воздуха скорость коррозии титана очень велика; при отсутствии воздуха коррозия протекает слабо.

К большинству газов при комнатной температуре титан инертен. Исключение составляют сухие галогены: сухой газообразный хлор вызывает сильную коррозию титана. Наличие влаги создает определенную пассивность титана в этих средах: так, присутствие в хлоре даже незначительного количества влаги (0,005%) предотвращает коррозию титана [89].

Повышение температуры выше 450-500° С резко уменьшает

химическую стойкость титана по отношению к газам - в этих условиях титан проявляет большую активность по отношению к кислороду, азоту и водороду, что объясняется слабыми защитными свойствами окалины.

В большинстве органических соединений титан обладает исключительно высокой стойкостью. Скорость коррозии его в наиболее агрессивных средах зависит от аэрации раствора или наличия свободного доступа к нему кислорода воздуха.

Так, в условиях аэрации титан устойчив в муравьиной кислоте всех концентраций до температуры +100° С. Однако в 50%-ном растворе при температуре кипения он подвергается сильной коррозии. В аэрируемых воздухом растворах уксусной кислоты любых концентраций и при различных температурах до 100° коррозия титана практически отсутствует. В ледяной уксусной кислоте при температуре кипения скорость коррозии титана не превышает 0,0011 мм/год даже при отсутствии аэрации. В уксусном ангидриде (99,5%) при температуре кипения скорость коррозии титана также невелика (~0,01 мм/год). В хлоруксусной кислоте при температуре кипения титан полностью устойчив; в дихлоруксусной кислоте корродирует слабо (менее 0,01 мм/год), а в треххлоруксусной кислоте - неустойчив. В растворах молочной кислоты при всех концентрациях в условиях аэрации титан достаточно устойчив при температуре от комнатной до +100°.

Коррозия титана в 25%-ной дубильной кислоте при аэрации практически отсутствует или является совершенно незначительной. В. щавелевой кислоте титан относительно устойчив лишь при комнатной температуре и хорошей аэрации раствора воздухом. При повышенных температурах щавелевая кислота оказывает сильное корродирующее действие на титан даже в разбавленном состоянии.

В аэрируемых растворах винной кислоты при концентрации до 50% и температурах до 100° коррозия титана ничтожна и не превышает 0,003 мм/год. Исследования коррозионной стойкости титана и его сплавов в ряде пищевых сред показали высокую стойкость титана и его сплавов в средах, соответствующих винному и чайному производству, на различных стадиях консервации фруктов и др. [99]. Хорошую коррозионную стойкость титан и его сплавы показали при испытании их в молоке и молочных продуктах, в лимонной кислоте и фруктовых соках. Исследования, проведенные в институте металлургии АН Грузинской ССР с целью выяснения возможности использования титана для нужд медицинской промышленности, показали, что титановые сплавы обладают самой высокой стойкостью в настойках, экстрактах и промышленных растворах таннина и галловой кислоты [871.

Влияние легирования на коррозионную стойкость сплавов титана. Основной объем сведений о коррозионной стойкости промышленных сплавов титана, а также о влиянии на коррозионную стойкость ряда легирующих элементов приведен в рабо-

Tax [87, 90]. В общем случае коррозионная стойкость промышленных титановых сплавов мало отличается от коррозионной стойкости титана: в тех средах, где устойчив технически чистый титан, обычно устойчивы и промышленные сплавы на его основе. Природа коррозионной стойкости сплавов такая же, как у технически чистого титана. Для сплавов титана так же, как и для других металлов, наиболее высокая коррозионная стойкость наблюдается при наличии гомогенных структур: появление структурных неоднородностей в ряде случаев может привести к появлению структурной коррозии. Особенно это относится к сплавам с повышенным (6% и более) содержанием алюминия, где появление в структуре участков аз-фазы, являющихся микроанодами по отношению к матрице, приводит к значительному изменению электрохимических свойств титана в некоторых агрессивных средах. Так, в серной и соляной кислотах наибольшее разрушение образцов из сплавов системы Ti-А1 наблюдается при содержании алюминия >6%, т. е. в том случае, когда в структуре сплава одновременно присутствуют а- и аз-фазы [99]. У сплавов систем Ti-Сг и Ti-Мп при появлении интерметаллида коррозионная стойкость ухудшается. Отмечается также снижение коррозионной стойкости при легировании титана такими эвтектоидообразую-щими элементами, как Fe и Ni. При легировании титана р-изо-морфным элементом (ванадием) наблюдается повышение коррозионной стойкости при введении его в количестве, не превышающем предел растворимости в а-фазе и некоторое уменьшение - при появлении в структуре р-фазы. Тантал, ниобий и молибден существенно повышают коррозионную стойкость титана в ряде агрессивных сред. Легирование цирконием улучшает коррозионную стойкость титана в соляной кислоте любой концентрации и 75%-ной серной кислоте. Считают [87], что сплав Ti-9Zr может заменить по корррзионной стойкости чистый цирконий, являющийся более дорогим и дефицитным металлом, чем титан.

Представляет интерес специальное легирование титана с целью повышения его коррозионной стойкости в тех средах, где его устойчивость невелика. В частности, сплав Ti-(32-34)Мо с р-струк-турой отличается высокой коррозионной стойкостью в растворах серной, соляной, фосфорной кислот, кипящих растворах FeClg, CUCI3. В настоящее время разработан сплав Ti-0,2Pd, получивший марку 4200, который во многих средах (НС1, H3SO4, Н3РО4 и др.) по своей коррозионной стойкости значительно превосходит чистый титан (табл. 7). Добавка 0,2Pd повышает кислотостойкость не только технически чистого титана, но и ряда сплавов на его основе: 0Т4, ВТ6, ВТ 14 [90].

Контактная коррозия. Этот вид коррозии часто наблюдается на большинстве конструкций, состоящих из разнородных металлов. Величина ее зависит от разности стационарных потенциалов металлов, образующих контакты, и их коррозионных характеристик в данных условиях. Б табл. 8 приводятся фактические данные по

Коррозия и защита титана

В атмосферных условиях титан и его сплавы являются одним из. наиболее стойких технических материалов. В табл. 7 представлены данные о скорости коррозии титана в сравнении с дру­гими металлами в морской и промышленной атмосферах.

Образцы титана не изменили вида поверхности и не имели заметных коррозионных потерь. На всех остальных металлах были обнаружены видимые продукты коррозии.

Атмосферные коррозионные испытания отечественного ти­тана в промышленной атмосфере также показали его абсолютную устойчивость. При параллельных испытаниях нержавеющей стали Х18Н9Т обнаружено, что она в тех же условиях покрывалась небольшими пятнами ржавчины, стали марок 3X13, 40Х, Ст.З корродировали сильно [31].

В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ

В водопроводной и пресной речной воде титан не корроди­рует. В этих условиях также была стойкой нержавеющая сталь Х18Н9Т. Стали 3X13, 40Х и Ст. 3 подвергались коррозии со ско­ростью в пределах 0,01—0,5 мм/год [31].

В морской воде, как показали многочисленные исследования, титан обладает очень высокой коррозионной стойкостью. Ре­зультаты натурных испытаний титана и ряда других металлов в морской воде на побережье Атлантического океана приведены в табл. 8. Исследования в движущейся естественной морской воде проводились в специальном желобе. Во время испытания все металлы обросли морскими организмами. Под обрастанием на всех металлах за исключением титана была обнаружена кор­розия язвенного типа. На фиг. 5 приведены результаты исследований титана и дру­гих отечественных материалов, применяемых в судостроении. Испытания проводились в синтетической морской воде, имеющей состав тихоокеанской воды. Раствор в ваннах менялся каждые 3—5 дней. Как видно, титан и его сплавы, а также сталь Х18Н9Т обладают самой высокой стойкостью [32]. Следует, однако, учитывать, что нержавеющая сталь Х18Н9Т имеет рав­ную с титаном коррозионную стойкость только при испытаниях в синтетической морской воде, а при натурных испытаниях она подвергается обрастанию морскими организмами, под ко­торыми развивается язвенная коррозия. Таким образом, в мор­ской воде титан обладает наиболее высокой устойчивостью из всех конструкционных матери­алов, применяемых в настоя­щее время в судостроении.

В морской воде титан так­же обладает высокой устойчи­востью к кавитационной эро­зии. Например, при испытании титана в течение 30 суток под ударом струи морской воды, содер­жащей инжектированный воздух (2,4% объемных) и текущей со скоростью 3,65 м/сек (температура 23°,5), почти не было обна­ружено весовых потерь и признаков точечной коррозии [30]. На фиг. 6 сопоставлена эрозионная стойкость титана и ряда других металлов, обычно применяемых для изготовления кон­денсаторных трубок, в морской воде, текущей со скоростью 1,8 м/сек и содержащей 40 г/л песка, крупностью 60 меш. Ти­тан оказался по крайней мере в 12 раз более стойким, чем луч­шие эрозионно-стойкие металлы на медной основе [33].

В НЕЙТРАЛЬНЫХ РАСТВОРАХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ И ОРГАНИЧЕСКИХ ХЛОРИДОВ И ЩЕЛОЧНЫХ СРЕДАХ

В растворах хлоридов коррозионная стойкость титана заметно выше, чем нержавеющей стали. В табл. 9 представлены резуль­таты коррозионных испытаний промышленного титана и одной из наиболее кислотостойких хромоникельмолибденовой нержа­веющей стали (20% Сr; 29% Ni; 2% Мо; 3% Си; 1% Si; 0,75% Μn; 0,17% С) в различных водных растворах неоргани­ческих хлоридов. Видно, что титан имеет значительно более высокую стойкость в растворах хлоридов, чем высоколегирован­ная нержавеющая сталь, которая почти во всех случаях испы­таний подвергалась сильной питтинговой коррозии. Заметное коррозионное растворение титана наблюдалось только в рас­творе А1С13 при температуре 100°, причем коррозия по своему характеру была равномерной. Относительно высокая скорость коррозии титана в растворе А1С13, по-видимому, связана с под­кислением коррозионной среды в результате гидролиза этой соли.

В табл. 10 приведены результаты исследований титана и не­ржавеющей стали того же состава, что и в табл. 9, в 50%-ных смесях, хлорзамешенных углеводородов с водой. В таблице при­ведена средняя скорость коррозии четырех образцов, два из которых находились в жидкой, а два в паровой фазе. Коррози­онная стойкость титана и нержавеющей стали в обеих фазах была высокой. В четыреххлористом углероде стойкость титана заметно превосходила стойкость нержавейщей стали; при этом было отмечено, что нержавеющая сталь в противоположность титану обладает каталитической способностью к разложению этого соединения (которая, впрочем, у нержавеющей стали не превышает такой же спо­собности никеля и никельмедного сплава, счи­тающихся лучшими мате­риалами для изготовле­ния емкостей, предназначенных для углеводоро­дов) . Следовательно, ти­тан, совершенно не обладающий каталитической способностью к разложе­нию углеводородов, будет в четыреххлористом угле­роде лучшим материалом, чем никель и никельмедный сплав [35].

Титан устойчив в че­тыреххлористом углероде и при наличии ионизирую­щего излучения, когда вследствие радиолиза в слегка влажном четыреххлористом углероде образуются ионы хлора, свободный хлор, а также некоторые короткоживущие радикалы, например ОН, НО2. Вследствие образо­вания этих продуктов кор­розия ряда металлов мо­жет сильно возрасти. Ре­зультаты исследования коррозии металлов в четы­реххлористом углеводоро­де, облучаемом рентге­новским излучением, при­ведены в табл. 11. Инте­гральная доза излучения облучаемой системы за 10 ч опыта составляла 0,8Х 1022 электрон-вольта, причем вся энергия по­глощалась в коррозион­ной среде.

Без облучения все ис­следованные металлы за время опыта (10 ч) совершенно не корродировали, воздействии облучения, как видно из табл. 11, они подвергались довольно сильной корозии, за исключением титана и циркония, коррозия которых, особенно титана, незначи­тельна 136].

По-видимому, значительно более высокая скорость коррозии циркония, чем титана, объясняется наличием в коррозионной

среде свободного хлора, так как цирконий в противоположность титану устойчив в сухом хлоре и неустойчив во влажном (подробнее см. в п. 9 главы I).

Из данных табл. 12 видно, что титан не корродирует в щелоч­ных средах. Только в щелочи высокой концен­трации (40% NaOH) при повышенной темпе­ратуре наблюдается его некоторая коррозия, ко­торая остается в допу­стимых для практиче­ского использования пре­делах. 4. в азотной кислоте

В азотной кислоте всех концентраций (за исключением крас­ной дымящей кислоты) при высоких температурах, включая температуру кипения, титан не растворяется.

В табл. 13 представлены данные коррозионных ис­пытании титана и нержаве­ющей стали Х18Н9Т в азотной кислоте при темпе­ратуре кипения. Видно, что стойкость титана и нержа­веющей стали при концен­трации кислоты до 50% примерно одинакова. В бо­лее чем 50%-ных концентри­рованных растворах корро­зионная стойкость нержаве­ющей стали резко снижает­ся, а титан незначительно корродирует. Титан сохраняет высокую стойкость в азотной кислоте даже при совместном воздействии высоких температур и давления. Так, по данным работы [40], титан корродировал со скоростью всего 0,01 мм/год в 65%-ной HN03 при испытаниях в автокла­вах при температуре до 204° С. В этих условиях литейная не­ржавеющая сталь типа 18% Сr—8% Ni (1,5% Si) имела ско­рость коррозии около 12,7 мм год.

В очень концентрированных растворах кислоты, насыщен­ных окислами азота (красная дымящая кислота), скорость кор­розии титана значительно возрастает по сравнению с раство­рами кислоты, не содержащими окислов азота. В табл. 14 при­ведены результаты коррозионных испытаний титана и некоторых его сплавов в дымящей азотной кислоте, содержащей различ­ные количества воды и NO2. Видно, что скорость коррозии ти­тана и его сплавов возрастает по мере повышения содержания N02 в кислоте и снижается по мере повышения содержания воды. С увеличением температуры скорость коррозии титана в дымящей азотной кислоте возрастает. Так, в кислоте, содержащей 2,5% воды и 12—14% N02, скорость коррозии техниче­ски чистого титана при 20° С составляла 1,2 а при 71° С была равна 250 мк/год.

Отмечено, что в двухфазном сплаве (α + β) Ti — 8% Мn пре­имущественному растворению подвергается β-фаза, обогащенная марганцем, что было установлено по более высокому (в два раза) содержанию марганца в растворе, чем в сплаве. В процессе коррозии в дымящей азотной кислоте на поверхности тита­на и его сплавов образуется темный налет, который дает сильный взрыв при ударе под раствор кислоты, царапа­нии или при воздействии электрической искры на прокорродировавшие образ­цы, смоченные кислотой. По данным химического и рентгеноструктурногс анализов, этот налет содержит 97,5% Ti (по-видимому, нерастворившиеся кристаллы титана, образовавшиеся в результате межкристаллитной корро­зии), остальные 2,5% составляют, ве­роятно, нитриды и окислы титана. В кислоте при коррозии титана обра­зуется соль TiO(N03)2 [41].

Возможность развития взрывной реакции между титаном и азотной кис­лотой, как и величина скорости корро­зии, зависит от содержания в кислоте N0 и воды (фиг. 7). Взрывная реакция продолжается в течение 0,01—0,1 сек и протекает так бурно, что в некоторых случаях были отмечены серьезные ранения окружающего персонала [42].

5. В СЕРНОЙ КИСЛОТЕ

В серной кислоте (за исключением ее разбавленных раство­ров) титан обладает низкой стойкостью. Видно, что титан сохраняет устойчивость только до 5%-ной концентрации серной кислоты, после чего начинается коррозия, которая с увеличением концентрации серной кислоты возрастает. На кривой зави­симости скорости коррозии от концентрации кислоты имеются два максимума, соответствующие концентрациям 40 и 78%, между которыми находится минимум скорости коррозии, соот­ветствующий области концентрации 50—65%. В серной кислоте концентрацией выше 78% скорость коррозии титана значительно снижается.

В олеуме с повышением содержания свободной SO3 вплоть до 30% (правая часть фигуры) скорость коррозии титана про­должает снижаться, а после повышения концентрации SO3 до 65% она почти не изменяется, оставаясь довольно низкой (0,1 г/м2*ч). Полной устойчивости титана в олеуме при исследованных избыточных концентрациях S03, однако, не наблю­дается. С увеличением температуры скорость коррозии титана сильно возрастает (фиг. 9), особенно в области первого максимума, но характер зависимости скорости коррозии от концентрации кислоты в общем сохраняется, за исключением того, что при температуре 100° С исчезает второй максимум [38]

На фиг. 10 показано из­менение во времени корро­зионных потерь титана (по количеству выделившегося водорода) в серной кислоте различных концентраций. Как видно, в серной кисло­те концентраций 40—78% коррозионное растворение титана в начальный период испытания протекает с неко­торым торможением во времени, после чего устанав­ливается линейная зависи­мость коррозионных потерь от времени. В 58%-ном растворе серной кислоты рас­творение титана в начальный период протекает более ин­тенсивно, чем в 40%-ной H2SO4, но после 3—4 ч сильно затормаживается, а через 8—10 ч почти совершенно прекра­щается.

Сложную зависимость скорости коррозии титана от концен­трации серной .кислоты мы объясним ниже, в п. 6 главы IV.

6. В СОЛЯНОЙ И ФОСФОРНОЙ КИСЛОТАХ

В соляной кислоте при комнатной температуре титан сохра­няет устойчивость только до 5%-ной концентрации кислоты. При повышении ее концентрации до 10% титан начинает корродировать, причем с даль­нейшим ростом концентра­ции соляной кислоты скорость коррозии титана непрерывно возрастает. На фиг. 11 пред­ставлена зависимость скорости коррозии титана от концентрации соляной кислоты в неперемешиваемом растворе при свободном доступе воздуха и температуре 25° С.

Исследование кинетики растворения титана в соляной кис­лоте, проведенное в работе Осука [50], показало, что оно про­текает с торможением во времени (фиг. 12) вследствие образо­вания защитного слоя в процессе коррозии.

С повышением температуры соляной кислоты скорость кор­розии титана сильно возрастает (табл. 15). Из этой таблицы видно, что титан сохраняет устойчивость до более высокой концентрации соляной кислоты, чем кислотостойкая хромоникельмолибденовая сталь.

В аэрированной фосфорной кислоте до 30%-ной концентра­ции при температуре 33° С титан устойчив (фиг. 13). При повышении температуры граница устойчивости титана значительно смещается в сторону меньших концентраций: при 100° С устойчивость сохраняется в кислоте кон­центрации менее 3% [34].

7. В ПЛАВИКОВОЙ КИСЛОТЕ И В КИСЛЫХ СРЕДАХ, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ ФТОРА

Фтористоводородная кислота яв­ляется по отношению к титану наи­более агрессивной средой. Ско­рость растворения титана в плави­ковой кислоте различных «концент­раций возрастает со временем, а после достижения максимального значения уменьшается. Величина максимальной скорости коррозии титана возрастает по мере повыше­ния концентрации кислоты (фиг. 14). Сопоставлением количества раство­рившегося металла и количества выделившегося водорода было уста­новлено, что титан растворяется в виде трехвалентных ионов. В прοцессе коррозии, особенно в 0,5 н. HF, было отмечено обра­зование пленки синевато-серого цвета, которая, вероятно, вызы­вала указанное выше торможение скорости коррозии после достижения максимального значения [51]. Впоследствии в ра­боте Огава и Ватанабе [52] было установлено, что пленка со­стоит из гидрида титана (подробнее см. в главе III).

Титан подвергается сильному коррозионному растворению не только в HF, но и в кислых средах, содержащих ионы фтора. Страуманисом и Гиллом [53] было изучено влияние добавок NH4F к серной и соляной кислотам на коррозионное и электро­химическое поведение титана (фиг. 15). Скорость растворения титана сильно возрастала по мере повышения концентрации NFLF в НС1 или H2S04- Это возрастание скорости коррозии объясняется, по мнению авторов [53], тем, что при введении NH4F в НС1 или H2S04 образуется свободная HF, которая растворяет защитную окисную пленку и тем самым позволяет сер­ной или соляной кислотам воздействовать на оголенную поверх­ность титана.

Однако скорость коррозии титана при повышении концен­трации NH4F не возрастает беспредельно. При доведении кон­центрации \H4F до 4—5М (14—17%)в 2н. H2S04 скорость кор­розионного растворения титана настолько резко падает, что можно было бы говорить о пассивации титана в этих условиях. Фишер [54] считает, что причиной резкого снижения скорости коррозионного растворения титана является образование на его поверхности гидрида титана. Однако это уменьшение скорости коррозии сопровождается смещением потенциала металла в от­рицательную сторону и возрастанием перенапряжения водорода по мере добавления в кислоту NH4F. Образование же гидрида титана вызывает не повышение перенапряжения водорода, а на­оборот, снижение (см. главу IV). Таким образом, наряду с гид­ридом на поверхности, вероятно, образуются какие-то другие соединения, возможно, фтористые соли титана, вызывающие по­вышение перенапряжения водорода. В табл. 16 представлены данные о коррозионной стойкости титана и кислотостойкой хромоникельмолибденомедистой не­ржавеющей стали в органических кислотах при различных тем­пературах и различных условиях аэрации. В муравьиной кис­лоте всех концентраций при температуре до 100° С в условиях воздушной аэрации титан полностью устойчив. При температуре кипения в кислоте концентраций 25% и выше без аэрации ти­тан подвергается сильной коррозии. Так же неустойчив/титан в муравьиной кислоте концентраций 25—50% (температура 60 и 100° С) и в атмосфере азота. Нержавеющая сталь менее стойка, чем титан в муравьиной кислоте, и в отличие от него стойкость ее выше в атмосфере азота, чем в аэрированных рас­творах. Титан неустойчив в кипящих 100%-ной трихлоруксусной кислоте и в 50%-ной лимонной кислоте. Нержавеющая сталь в этих средах также неустойчива. В щавелевой кислоте при по­вышенных температурах титан имеет низкую стойкость даже в разбавленных растворах, нержавеющая сталь в этой кислоте во много раз более стойка, чем титан. В растворах молочной, дубильной и винной кислот титан полностью устойчив. В соля­нокислом анилине титан имел высокую стойкость, нержавеющая сталь в этой среде подвергалась сильной коррозии с образова­нием глубоких язв. Можно сделать вывод, что титан имеет преимущества по стойкости перед нержавеющей сталью в муравьиной, хлоруксусной, молочной кислотах, а также в уксусном ангидриде и соля­нокислом анилине. Гегнером и Вильсоном [55] непосредственно в производствен­ных условиях было проведено исследование коррозионной стой­кости титана и некоторых других металлов в химических средах, часто встречающихся в технологических процессах заводов хлорнощелочной группы. Химический состав исследованных сплавов приведен в табл. 17; титан, цирконий, тантал и алюми­ний были технической чистоты. Испытания проводились непо­средственно в химических апаратах, сосудах, трубах и на дру­гом оборудовании.

Титан против нержавеющей стали, в чем разница?

Титан и нержавеющая сталь являются традиционными металлами, которые сегодня часто используются в обрабатывающей промышленности. Эти два металла по своей природе изысканны, и оба обладают уникальным набором свойств и прочностью. Следовательно, знание как титана, так и нержавеющей стали может иметь большое значение для достижения вашей цели в вашем проекте. Мы составили это подробное руководство, чтобы помочь вам отличить оба металла.

Давайте сравним 17 различий между титаном и нержавеющей сталью

Титан и нержавеющая сталь обладают превосходными характеристиками, которые отличают их друг от друга. Для простоты понимания мы проведем сравнение между титаном и нержавеющей сталью, используя разные свойства. Эти свойства включают элементный состав, коррозионную стойкость, электропроводность, теплопроводность, температуру плавления, твердость, вес и многое другое.

Титан против нержавеющей стали: состав элементов

Элементный состав — это характеристика, по которой можно отличить титан от нержавеющей стали. Для сравнения, коммерчески чистый титан содержит множество элементов, включая азот, водород, кислород, углерод, железо и никель. Имея титан в качестве основного элемента, состав других элементов варьируется от 0.013 до 0.5 процента.

С другой стороны, нержавеющая сталь состоит из разновидностей элементного состава с 11% хрома, а также других элементов с процентным составом от 0.03% до более 1.00%. Содержание хрома в нержавеющей стали помогает предотвратить ржавчину, а также обеспечивает характеристики термостойкости. Эти элементы включают алюминий, кремний, серу, никель, селен, молибден, азот, титан, медь и ниобий.

Титан против нержавеющей стали: коррозионная стойкость

Когда дело доходит до применений, связанных с коррозией, существует термин, называемый специальными металлами. Эти специальные металлы обладают высокой коррозионной стойкостью. В этом контексте специальные металлы, такие как титан, обеспечивают высокую коррозионную стойкость и механическую стабильность, в то время как другие металлы, такие как нержавеющая сталь и многие другие, являются недостаточными. Материалы из нержавеющей стали обладают превосходными механическими свойствами; однако их коррозионная стойкость ограничена. Это ограничение в основном встречается в концентрированных кислотах при высоких температурах.

Специальные металлы, такие как титан, наиболее привлекательны для использования в чувствительном к коррозии оборудовании в различных отраслях промышленности. В заключение, титан более устойчив к коррозии, чем нержавеющая сталь, в широкой области, такой как коррозия от щелочей, кислот, природных вод и промышленных химикатов.

Титан против нержавеющей стали: электропроводность

Электропроводность включает поток электронов через материал из-за падения потенциала. Кроме того, атомная структура такого металла сильно влияет на его электропроводность. По сравнению с использованием меди в качестве стандарта для измерения электропроводности, титан не является хорошим проводником. Он демонстрирует проводимость меди около 3.1%, в то время как нержавеющая сталь имеет проводимость меди 3.5%.

С другой точки зрения, электрическое сопротивление, которое противопоставляет материал потоку электронов. С этой точки зрения титан обладает плохой электропроводностью. В результате титан является хорошим резистором.

Титан против нержавеющей стали: теплопроводность

Теплопроводность — еще одна характеристика, которую можно использовать для сравнения титана и нержавеющей стали. Теплопроводность — это мера, с которой титан и нержавеющая сталь могут использоваться для тепловых применений. В этом процессе измеряется и определяется количество энергии, а также скорость, с которой энергия поглощается и передается. Для сравнения, теплопроводность титана составляет 118 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F.

С другой стороны, теплопроводность нержавеющей стали колеблется от 69.4 до 238 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F. Это означает, что нержавеющая сталь обладает более высокой теплопроводностью по сравнению с титаном. В ситуации, когда теплопроводность имеет приоритет над другими характеристиками, то можно рассматривать нержавеющую сталь.

Титан против нержавеющей стали: температура плавления

Температура плавления материала, известная как точка плавления, представляет собой температуру, при которой материал начинает переходить из твердой фазы в жидкую. При этой температуре твердая фаза материала и жидкая фаза такого материала находятся в равновесии. Как только материал достигает этого температурного уровня, его можно легко формовать и использовать для термических применений.

В этом случае титан имеет температуру 1650–1670 °C (3000–3040 °F), а нержавеющая сталь — 1230–1530 °C (2250–2790 °F). Это показывает, что, когда для определения точки плавления требуется металл, титан предпочтительнее нержавеющей стали.

Титан против нержавеющей стали: твердость

Твердость материала — это сравнительная величина, которая помогает описать реакцию такого материала на травление, деформацию, царапание или вмятину вдоль поверхности материала. Эта мера в основном выполняется с использованием инденторных машин, которые существуют в большом количестве в зависимости от прочности материала. Для высокопрочных материалов производители или пользователи используют критерий твердости по Бринеллю.

Хотя твердость нержавеющей стали по Бринеллю сильно зависит от состава сплава и термической обработки, в большинстве случаев она тверже титана. Однако титан легко деформируется при вмятинах или царапинах. Чтобы избежать этого, титан образует оксидный слой, называемый слоем оксида титана, который образует исключительно твердую поверхность, сопротивляющуюся большинству сил проникновения. Титан и нержавеющая сталь являются прочными материалами, которые отлично работают в суровых условиях.

Титан против нержавеющей стали: вес

Одним из важных поразительных различий между титаном и нержавеющей сталью является их плотность. Титан имеет превосходное соотношение прочности к весу, благодаря чему он обеспечивает почти такую ​​же прочность, как нержавеющая сталь, при 40% своего веса. При измерении титан наполовину плотнее стали и значительно легче нержавеющей стали.

В результате титан жизненно важен для проектов, требующих минимального веса при максимальной прочности. Вот почему титан отлично подходит для изготовления деталей самолетов и других приложений, зависящих от веса. С другой стороны, сталь применяется в шасси транспортных средств и во многих других областях, но в большинстве случаев снижение веса часто вызывает озабоченность.

Титан против нержавеющей стали: долговечность

Долговечность материала — это его способность оставаться функциональными без использования чрезмерного ремонта или технического обслуживания всякий раз, когда материал сталкивается с проблемами нормальной эксплуатации в течение своего полураспада. И титан, и нержавеющая сталь долговечны благодаря превосходным свойствам, которые они предлагают. Для сравнения, титан примерно в 3-4 раза прочнее нержавеющей стали. Это делает титан долговечным в течение нескольких поколений. Тем не менее, титан можно легко поцарапать, так как он требует регулярной полировки или рискует повредить его поверхность или потускнеть.

Титан против нержавеющей стали: обрабатываемость

Обрабатываемость — это сравнительная оценка, присваиваемая металлам для определения их реакции на механические нагрузки, включая фрезерование, токарную обработку, штамповку и многое другое. Эта оценка жизненно важна для проведения сравнений, чтобы определить лучший обрабатываемый материал для успеха вашего проекта. Кроме того, показатели обрабатываемости можно использовать для определения типа используемой механической обработки. Модуль упругости титана почему-то низкий, что говорит о том, что титан легко изгибается и деформируется. Это связано с трудностями обработки титана, поскольку он склеивает фрезы и предпочитает возвращаться к своей первоначальной форме.

С другой стороны, нержавеющая сталь имеет гораздо более высокий модуль упругости, что позволяет легко обрабатывать ее. В результате он используется в приложениях, включая кромки ножей, потому что он ломается и не сгибается под нагрузкой.

Титан против нержавеющей стали: формуемость

Когда материал проявляет пластическую деформацию, не повреждаясь при формовании, это называется формуемостью материала. Когда титан сравнивают с нержавеющей сталью, титан и его сплав можно формировать с использованием методов и оборудования, подходящих для нержавеющей стали. Однако титан обладает более низкой пластичностью при растяжении и требует больших радиусов изгиба.

Кроме того, титан имеет большую склонность к истиранию по сравнению с нержавеющей сталью и может быть исправлен с помощью горячей штамповки. Кроме того, может иметь место пружинение, в то время как подавляющее большинство титана изготавливается путем холодной или горячей штамповки с последующей горячей проклейкой для решения этой проблемы.

Титан против нержавеющей стали: свариваемость

Свариваемость, также известная как соединяемость, представляет собой способность материала к сварке. Титан и нержавеющая сталь можно сваривать, но один из двух металлов сваривается легче, чем другой. Свариваемость материала обычно используется для определения процесса сварки и для сравнения качества окончательного сварного шва с качеством другого материала. Для сравнения, нержавеющая сталь легче сваривается по сравнению с титаном. Это связано с тем, что сварка титана — это специальность внутри специальности. Хотя на первый взгляд сварка титана похожа на сварку стали, она требует высокого профессионализма.

Титан против нержавеющей стали: предел текучести

При сравнении предела текучести титана и нержавеющей стали интересно отметить, что нержавеющая сталь намного прочнее титана. Это интересное открытие противоречит распространенному заблуждению о том, что предел текучести титана выше, чем у большинства металлов. В то время как титан только на одном уровне с нержавеющей сталью, он демонстрирует это при половине плотности нержавеющей стали. Вот почему титан считается одним из самых прочных металлов на единицу массы.

С другой стороны, нержавеющая сталь является идеальным материалом, когда проект требует общей прочности. В заключение, когда в проекте требуется только прочность, нержавеющая сталь является идеальным выбором, тогда как титан предпочтительнее, когда требуется прочность на единицу массы.

Титан против нержавеющей стали: прочность на растяжение

Предел прочности материала на растяжение является максимальным на инженерной кривой напряжения-деформации. Это максимальное напряжение, которое может выдержать материал при растяжении. Предельная прочность на растяжение в большинстве случаев сокращается до «прочности» или «предела прочности».

Когда металл достигает своего предела прочности на растяжение, материал подвергается сужению, при котором площадь поперечного сечения локально уменьшается. При сравнении титан демонстрирует предел прочности при растяжении 230 МПа (31900 фунтов на квадратный дюйм), в то время как нержавеющая сталь имеет предел прочности при растяжении от 34.5 до 3100 МПа (5000–450000 фунтов на квадратный дюйм). Это значение показывает, что нержавеющая сталь имеет более высокий предел прочности при растяжении и поэтому предпочтительнее титана.

Титан против нержавеющей стали: прочность на сдвиг

Прочность материала на сдвиг — это его устойчивость к нагрузке сдвига до того, как компонент разрушится при сдвиге. Действие сдвига обычно происходит в направлении, параллельном направлению силы, действующей на плоскости. Напряжение сдвига титана составляет от 240 до 335 МПа в зависимости от свойств сплава, в то время как напряжение сдвига нержавеющей стали составляет от 74.5 до 597 МПа. Это показывает, что нержавеющая сталь является идеальным выбором в ситуациях, когда требуется высокая устойчивость к сдвигающей нагрузке.

Читайте также:

  
• Муфта стальная 50 вес
  
• Блок дверной стальной наружный двупольный дсн дкн
  
• Стальное горло булгаков сочинение
  
• Zwilling j a henckels сталь
  
• Рулонная сталь в контейнере