Anvendelse og indflydelse af titanium i stål
Titanium (Ti), som et legeringselement af høj kvalitet, bruges i vid udstrækning til at forbedre stålets omfattende ydeevne, især inden for luftfart, skibsteknik og konstruktion. Anvendelsen af titanium i stål er hovedsageligt fokuseret på at forbedre styrke, korrosionsbestandighed og duktilitet, og kan effektivt reducere materialets skørhed og vægt.
1. Effekten af titanium på mikrostrukturen og varmebehandlingen af stål
Titanium har en stærk affinitet med elementer som nitrogen, oxygen og kulstof. Det er et fremragende deoxidationsmiddel og et effektivt element til fiksering af nitrogen og kulstof. I stål har forbindelsen (TiC) dannet af titanium og kulstof en stærk bindekraft og høj stabilitet. Det vil kun langsomt opløses i den faste opløsning af jern ved høje temperaturer (over 1000 grader). Disse TiC-partikler kan forhindre vækst og forgrovning af stålkorn og har en vigtig indflydelse på stålets mikrostruktur. Derudover er titanium et af de stærkt ferritdannende grundstoffer, som vil reducere austenitfasearealet. Fast opløsning af titanium kan forbedre stålets hærdbarhed, mens tilstedeværelsen af TiC-partikler vil reducere stålets hærdbarhed. Når titaniumindholdet når en vis værdi, vil der opstå præcipitationshærdning på grund af spredningen og udfældningen af TiFe2.
2. Titaniums indflydelse på stålets mekaniske egenskaber
Titaniums indflydelse på stålets mekaniske egenskaber afhænger af dets eksistensform, indholdsforholdet mellem titanium og kulstof og varmebehandlingsmetoden. Når titanium eksisterer i ferrit i en fast opløsningstilstand, er dets styrkende effekt højere end for elementer som aluminium, mangan, nikkel og molybdæn, og er kun næst efter elementer som beryllium, fosfor, kobber og silicium. I området fra 0.03 % til .1 % massefraktion af titanium kan titanium øge stålets flydespænding. Men når indholdsforholdet mellem titanium og kulstof overstiger 4, vil stålets styrke og sejhed falde kraftigt. Derudover kan titanium også forbedre stålets langsigtede styrke og krybemodstand og forbedre stålets sejhed, især slagstyrken ved lav temperatur.
3. Titaniums indflydelse på stålets fysiske, kemiske og procesegenskaber
Titanium kan forbedre stabiliteten af stål i miljøer med høj temperatur, højt tryk og brint og forbedre korrosionsbestandigheden af rustfrit syrefast stål, især modstanden mod intergranulær korrosion. I lavkulstofstål, når forholdet mellem titanium og kulstof når 4,5 eller mere, har stålet fremragende modstandsdygtighed over for spændingskorrosion og alkaliskørhed. Derudover kan titanium forbedre stålets oxidationsmodstand ved høje temperaturer og fremme dannelsen af nitreringslag, for at opnå den nødvendige overfladehårdhed hurtigere. Titaniumholdigt stål kaldes "hurtigt nitrerende stål" og kan bruges til at fremstille højpræcisionsskruer. Samtidig kan titanium også forbedre svejsbarheden af kulstoffattigt manganstål og højlegeret rustfrit stål.
4. Resumé
Generelt er titanium meget udbredt i stål. Når dens massefraktion overstiger 0.025 %, kan den betragtes som et legeringselement. Titan er meget udbredt i almindeligt lavlegeret stål, legeret konstruktionsstål, legeret værktøjsstål, højhastighedsværktøjsstål, rustfrit syrefast stål, varmebestandigt ikke-skaleringsstål, permanentmagnetlegering og støbt stål. Derudover er titanium blevet en vigtig bestanddel af forskellige avancerede materialer og et vigtigt strategisk materiale. I rumfartsindustrien tegner brugen af titanium sig for mere end halvdelen, og det er meget udbredt i rumfartskøretøjer, kraftmaskiner og andre områder.
