Šta je titanijum čelik?

Čelik koji sadrži kombinaciju titanijuma i dodatnih legirajućih elemenata kao što su nikl, molibden, hrom, aluminijum, vanadijum, bakar i ugljik naziva se titanijum čelik, takođe poznat kao čelik od legure titana. Fizičke i mehaničke kvalitete čelika, kao što su čvrstoća, tvrdoća, žilavost loma i otpornost na puzanje pri visokim temperaturama, mogu se poboljšati dodavanjem titanijuma kao legirajućeg elementa.

Od čega je napravljen titanijum čelik?

Primarni metal utitanijum čelikje gvožđe, koje čini osnovnu matricu legure. Količina željeza varira, ali je obično oko 85-95 posto po težini. Titanijum se dodaje do oko 5-15 posto kako bi se dala korisna svojstva. Drugi legirajući elementi poput nikla, molibdena, hroma, vanadijuma, bakra, aluminijuma i ugljenika se takođe mogu dodati u malim količinama kako bi se dodatno prilagodile svojstva i karakteristike čelika.

Proizvodnja titan čelika počinje topljenjem željeza i drugih metala zajedno u elektrolučnoj peći ili indukcijskoj peći. Otopljeni metal se zatim rafinira i legirajući elementi poput titanijuma, nikla, kroma, molibdena se dodaju u preciznim količinama. Smjesa se zatim lijeva u ingote ili kontinuirano lijeva u gredice za dalju obradu. Čelik se zatim podvrgava vrućem valjanju, toplinskoj obradi i hladnoj obradi kako bi se proizveo konačni proizvod od titanovog čelika.

Za šta se koristi titan čelik?

Čelik od titana nalazi se u širokom spektru kritičnih primjena gdje je potrebna visoka čvrstoća, mala težina i dobra otpornost na koroziju. Neke od glavnih upotreba titanijum čelika su:

Vazdušna industrija: Koristi se u strukturnim dijelovima aviona kao što su krila, trup, stajni trapovi gdje su čvrstoća i mala težina kritični. Visoka specifična čvrstoća titanijum čelika pomaže maksimiziranju nosivosti i efikasnosti goriva.

Industrijske primjene: Koristi se u parnim i plinskim turbinama za proizvodnju električne energije. Čvrstoća na visokim temperaturama omogućava komponentama poput oštrica, diskova, kućišta da izdrže ekstremna okruženja. Također se koristi u izmjenjivačima topline i kondenzatorima u elektranama.

Automobilska industrija: Koristi se u dijelovima kao što su klipnjače, radilice, opruge, pričvršćivači, komponente izduvnih gasova gdje je potrebna čvrstoća na povišenim temperaturama. Visoka čvrstoća na zamor je vrijedna.

Industrija hemijske obrade: Zbog dobre otpornosti na koroziju, titanijum čelik se koristi u hemijskim reaktorima, izmenjivačima toplote, ventilima, pumpama za rukovanje korozivnim sredinama.

Biomedicinski implantati: Biokompatibilnost i otpornost na koroziju omogućavaju upotrebu u hirurškim implantatima kao što su zglobovi kuka i koljena, koštane ploče, šrafovi.

Sportska oprema: palice za golf, okviri za bicikle i felge imaju visok odnos čvrstoće i težine i otpornost na zamor.

Oprema za preradu hrane: Sa dobrom otpornošću na koroziju, titanijumski čelici se dobro ponašaju u priboru za jelo, posudama pod pritiskom, kotlovima za preradu hrane.

Da li je titan čelik kvalitetan?

Da, titan čelik se smatra visokokvalitetnim inženjerskim materijalom zbog sljedećih povoljnih svojstava:

Visoka vlačna čvrstoća - Titanijumski čelici obično imaju vlačnu čvrstoću u rasponu od 700 MPa do 1300 MPa, što je znatno veće od konvencionalnih čelika. Ovo omogućava dizajniranje lakih komponenti.

Dobra duktilnost - Unatoč visokoj čvrstoći, titan čelik zadržava pristojnu duktilnost kako bi se izbjegao prijevremeni kvar pod stresom. Vrijednosti izduženja se kreću od 10-25 posto u većini legura titanijuma.

Izvrsna čvrstoća na zamor - Otpornost na ciklička naprezanja titanijum čelika prevazilazi druge legirane čelike, što ih čini idealnim za dinamičke primene.

Izvanredna otpornost na koroziju - Titanijum značajno povećava otpornost na koroziju zbog svoje vatrostalne prirode. Ovo omogućava upotrebu u teškim okruženjima.

Čvrstoća na visokim temperaturama - Titanijumski čelici održavaju svoju čvrstoću i otpornost na puzanje na temperaturama do 600 stepeni, omogućavajući primenu na visokim temperaturama.

Niska toplinska ekspanzija - Koeficijent toplinskog širenja je skoro polovina čelika, smanjujući savijanje i toplinski zamor.

Nemagnetna - dodavanjem titana dobija se legura koja nije magnetna, što je korisno u određenim kritičnim primenama.

Vrhunski kvalitet i performanse titanijum čelika imaju veću cijenu. Međutim, kada se računaju tokom životnog ciklusa proizvoda, superiorna svojstva obično opravdavaju višu početnu cijenu.

Da li je titanijum čelik isto što i nerđajući čelik?

Ne, titan čelik i nehrđajući čelik su potpuno različiti materijali u smislu sastava, svojstava i primjene. Ključne razlike su:

Sastav: Nerđajući čelici sadrže visoke nivoe hroma (10-20 procenata) i nikla (8-20 procenata) zajedno sa čelikom.Titanijumčelici sadrže titan kao glavni legirajući element sa minimalnim količinama hroma i nikla.

Osobine: Nerđajući čelici svoju snagu dobijaju od visokog sadržaja hroma i naknadne termičke obrade. Titanijumski čelici dobijaju svoju snagu od titanijuma koji deluje kao čvrsti rastvor učvršćivača u gvozdenoj matrici.

Otpornost na koroziju: Nehrđajući čelici zavise prvenstveno od sloja krom oksida za otpornost na koroziju. Titanijum čelik se oslanja na inertnost titanijuma za otpornost na koroziju.

Čvrstoća na visokim temperaturama: Titanijumski čelici zadržavaju snagu i otpornost na puzanje do 600 stepeni. Nerđajući čelici ne mogu raditi iznad 300-400 stepena zbog taloženja krhkih faza.

Magnetna permeabilnost: Nerđajući čelici su feromagnetni zbog gvožđa i hroma. Titanijumski čelici su nemagnetni.

Cena: Titanijum je skuplji od hroma i nikla. Dakle, titanijum čelik košta više od nerđajućeg čelika.

Primene: Iako postoji izvesno preklapanje, titanijum čelik se generalno koristi tamo gde je kritičan veći odnos čvrstoće i težine, otpornost na zamor ili visoke temperature. Nehrđajući čelici nalaze širu upotrebu za opće primjene korozije.

Ukratko, titan i nehrđajući čelik imaju potpuno različite sastave prilagođene za razvoj određenih svojstava i primjena. Titanijumski čelici nude superioran omjer čvrstoće i težine, ali po višoj cijeni. Nehrđajući čelici pružaju odličnu otpornost na koroziju po nižoj cijeni. Odabir ovisi o specifičnim zahtjevima aplikacije.

Reference:

Davis, JR (1993). Legiranje: razumijevanje osnova. ASM International.

Lütjering, G. (2003). Titanijum (inženjerski materijali i procesi). Springer Science & Business Media.

Polmear, IJ (2005). Lake legure: metalurgija lakih metala. Butterworth-Heinemann.

Donachie, MJ (2000). Titanijum: Tehnički vodič. ASM International.

Bauccio, M. (1993). ASM Metals Reference Book. ASM International.

Baldev Raj, TS, Jayakumar T. (2011). Korozijsko ponašanje titanijumskih legura. u Bhadeshia HKDH, Honeycombe RWK (eds) Steels. Springer, Berlin, Hajdelberg.