איזה סוג מתכת הוא טיטניום?
טיטניום הוא יסוד מתכת מעבר בטבלה המחזורית, עם המספר האטומי 22 והסמל Ti. היא מסווגת כמתכת עקשנית, כלומר בעלת נקודת התכה גבוהה והיא עמידה בפני חום ובלאי.טִיטָןבעל שילוב ייחודי של חוזק, צפיפות נמוכה ועמידות בפני קורוזיה שהופך אותה למתכת מבנית חשובה.
בטבלה המחזורית, טיטניום שייך לקבוצה 4 יחד עם מתכות מעבר נוספות כולל זירקוניום, הפניום ורניום. יש לו ארבעה איזוטופים טבעיים. התצורה האלקטרונית היא [Ar] 4s2 3d2. לטיטניום רדיוס אטומי של 176 pm, משקל אטומי של 47.9 גרם/מול וצפיפות של 4.5 גרם/cm3.
האם טיטניום היא מתכת מתכתית?
כן, טיטניום היא מתכת מעבר מבריקה עם תכונות מתכתיות מובהקות:
זהו מוליך מצוין של חום וחשמל, כמו אלמנטים מתכתיים אחרים. המוליכות החשמלית היא כ-2 אחוזים IACS (International Annealed Copper Standard).
יש לו מראה מתכתי כסוף-אפור טיפוסי כשהוא מלוטש, אם כי יכול להיות אפור כהה עד שחור בהתאם לחמצון פני השטח.
טיטניום הוא גמיש וגמיש, מה שמאפשר לזייף, לגלגל אותו, למשוך אותו לתיל ולעבד אותו לצורות שונות.
הוא נצמד היטב למתכות אחרות כאשר מרותכים או מולחמים. ייתכן שיהיה צורך להסיר את שכבת התחמוצת לפני ההצטרפות.
סגסוגות טיטניום מתקשות באופן משמעותי במהלך עיבוד דפורמציה קרה כמו יצירת גיליון מתכת, בדומה לחומרים מתכתיים אחרים.
בצורת אבקה,מתכת טיטניוםמפגין יכולת סינטר במהלך טכניקות מתכות אבקה כמו כבישה איזוסטטית חמה.
אז טיטניום מציג את כל המאפיינים של יסוד מתכתי אמיתי, אם כי עם כמה תכונות ייחודיות בהשוואה למתכות מעבר אחרות. הוא תופס מקום חשוב בטבלה המחזורית בין המתכות הריאקטיביות למתכות האצילות.
האם טיטניום היא מתכת קשה או רכה?
בסולם קשיות Mohs, טיטניום טהור מסחרית מקבל 6, מה שמכשיר אותו כמתכת קשה. בצורות סגסוגת, טיטניום יכול להגיע לקשיות של מעל 400 HV בסולם ויקרס, ומתקרב לרמות הקשיות של מתכות כבדות בהרבה כמו פלדה.
כמה עובדות מפתח על קשיות טיטניום:
מבנה הקריסטל הצפוף המשושה של טיטניום תורם לקשיות גבוהה יחסית למתכת קלת משקל.
תוספות סגסוגות כמו אלומיניום, ונדיום ומוליבדן מגדילות עוד יותר את הקשיות באמצעות תמיסה מוצקה וחיזוק משקעים.
השפעות התקשות בעבודה במהלך עבודה קרה מייצרות ספייק קשיות ליד פני השטח של מוצרי טיטניום.
ניתן להשתמש בתהליכי טיפול בחום כמו הזדקנות כדי להקשיח סגסוגות טיטניום באופן סלקטיבי על ידי מניפולציה של טרנספורמציות פאזה.
בממוצע, סגסוגות טיטניום קשות בערך פי שניים מסגסוגות אלומיניום אך מעט רכות יותר מסגסוגות על בסיס ברזל כמו פלדה.
אז למרות שאינו בקצה העליון של דירוגי הקשיות, טיטניום הוא בעל קשיות מספקת עבור יישומים הנדסיים מבנים תוך שמירה על גמישות וקשיחות טובה - שילוב רצוי.
ממה עשויה מתכת טיטניום?
מתכת טיטניום מורכבת אך ורק מאטומי טיטניום. יש לו משקל אטומי של 47.9 אמו והמספר האטומי 22. כמה עובדות מפתח על הרכב מתכת טיטניום:
בצורתו הטהורה, טיטניום מסחרי מכיל 99.5-99.9 אחוז אטומי טיטניום לפי משקל. חמצן, חנקן, פחמן וברזל מהווים את השאר.
ציוני סגסוגת מכילים אלמנטים אחרים כמו אלומיניום, ונדיום, מוליבדן וכרום שנוספו לשיפור התכונות.
לטיטניום יש חמישה איזוטופים המופיעים באופן טבעי, אבל רק Ti-48 ו-Ti-50 חשובים מבחינה מסחרית. Ti-48 מהווה 73 אחוז ואילו Ti-50 מהווה 5.5 אחוז .
קיימות חמש צורות גבישיות אלוטרופיות של טיטניום, אך שלב האלפא הצפוף המשושה יציב בטמפרטורת החדר.
במהלך ההמסה, טיטניום טהור הופך ממבנה אלפא HCP לשלב בטא BCC בטמפרטורה גבוהה יותר ב-1668 מעלות F (825 מעלות).
יסודות סגסוגת כמו מוליבדן, ונדיום וכרום מייצבים את שלב הבטא, ומאפשרים לו להתקיים בטמפרטורת החדר.
אז בעצם, מתכת טיטניום טהורה מבחינה מסחרית מורכבת בעיקר מאטומי טיטניום בסידור משושה. ציוני סגסוגת מתאימים את המבנה המיקרו ואת המאפיינים על ידי תוספות של אלמנטים מתכתיים אחרים.
האם טיטניום היא מתכת חזקה?
כן, טיטניום היא מתכת חזקה במיוחד ביחס לצפיפות הנמוכה שלה. על בסיס חוזק למשקל, סגסוגות טיטניום משיגות חוזק דומות לפלדות פחמן בינוניות, אך הן קלות יותר בכמעט 50 אחוז.
כמה עובדות מפתח על חוזק טיטניום:
לטיטניום טהור מסחרית יש רמות חוזק מתיחה בסביבות 63,000 psi. סגסוגות משפרות זאת באופן משמעותי ל-160,000 psi או יותר.
חוזק המתיחה האולטימטיבי של סגסוגות טיטניום גבוה יותר מסגסוגות אלומיניום, סגסוגות מגנזיום וסגסוגות נחושת.
טיטניום שומר על החוזק הגבוה שלו בטמפרטורות גבוהות הרבה יותר טוב מסגסוגות קלות אחרות כמו אלומיניום.
בשימוש עבור חלקי מבנה, טיטניום מאפשר קיבולת עומס רב יותר וחיסכון בדלק בהשוואה לחלופות מתכתיות כבדות יותר.
ניתן להתאים את החוזק של סגסוגות טיטניום על ידי תהליכי טיפול בחום, המאפשרים למהנדס חומרים לתכנן את האיזון האופטימלי.
אז טיטניום בבירור מדורג בין החזקות במעמד המתכות המבניות הקלות. המאפיינים הייחודיים שלו מאפשרים שיפור בביצועים ביישומים קריטיים כמו מטוסים, טילים וטורבינות לייצור חשמל.
הפניות:
C. Leyens ומ. Peters, עורכים. (2003). טיטניום וסגסוגות טיטניום. Wiley-VCH.
M. Niinomi, עורך. (2008). מתכות למכשירים ביו-רפואיים. הוצאת וודהד.
M. Donachie Jr. (2000). טיטניום: מדריך טכני. ASM הבינלאומי.
G. Lütjering and J. Williams (2007). טִיטָן. Springer Science & Business Media.
ASM Handbook, Vol 2 - Properties and Selection: Non-ferrous Alloys and Special-Purpose Materials (1990). ASM הבינלאומי.
