Aplikácia a vplyv titánu v oceli

Titán (Ti), ako vysoko kvalitný legovací prvok, je široko používaný na zlepšenie komplexného výkonu ocele, najmä v oblasti letectva, námorného inžinierstva a stavebníctva. Aplikácia titánu v oceli je zameraná hlavne na zlepšenie pevnosti, odolnosti proti korózii a ťažnosti a môže účinne znížiť krehkosť a hmotnosť materiálu.

1. Vplyv titánu na mikroštruktúru a tepelné spracovanie ocele
Titán má silnú afinitu k prvkom ako dusík, kyslík a uhlík. Je to vynikajúci dezoxidátor a účinný prvok na fixáciu dusíka a uhlíka. V oceli má zlúčenina (TiC) tvorená titánom a uhlíkom silnú väzbovú silu a vysokú stabilitu. Do tuhého roztoku železa sa pri vysokých teplotách (nad 1000 stupňov) rozpúšťa len pomaly. Tieto častice TiC môžu brániť rastu a hrubnutiu oceľových zŕn a majú dôležitý vplyv na mikroštruktúru ocele. Okrem toho je titán jedným zo silných prvkov tvoriacich ferit, ktorý znižuje plochu austenitickej fázy. Pevný roztok titánu môže zlepšiť kaliteľnosť ocele, zatiaľ čo prítomnosť častíc TiC zníži kaliteľnosť ocele. Keď obsah titánu dosiahne určitú hodnotu, dôjde k precipitačnému vytvrdzovaniu v dôsledku disperzie a precipitácie TiFe2.

2. Vplyv titánu na mechanické vlastnosti ocele
Vplyv titánu na mechanické vlastnosti ocele závisí od formy jej existencie, pomeru obsahu titánu a uhlíka a spôsobu tepelného spracovania. Keď titán existuje vo ferite v pevnom stave roztoku, jeho spevňujúci účinok je vyšší ako účinok prvkov, ako je hliník, mangán, nikel a molybdén, a je na druhom mieste po prvkoch, ako je berýlium, fosfor, meď a kremík. V rozsahu 0,03 % až 0,1 % hmotnostného podielu titánu môže titán zvýšiť medzu klzu ocele. Keď však pomer obsahu titánu k uhlíku presiahne 4, pevnosť a húževnatosť ocele prudko klesne. Okrem toho môže titán zlepšiť aj dlhodobú pevnosť a odolnosť ocele voči tečeniu a zlepšiť húževnatosť ocele, najmä rázovú húževnatosť pri nízkych teplotách.

3. Vplyv titánu na fyzikálne, chemické a procesné vlastnosti ocele
Titán môže zlepšiť stabilitu ocele v prostredí s vysokou teplotou, vysokým tlakom a vodíkom a zvýšiť odolnosť nehrdzavejúcej ocele odolnej voči kyselinám proti korózii, najmä odolnosť voči medzikryštalickej korózii. V nízkouhlíkovej oceli, keď pomer titánu k uhlíku dosiahne 4,5 alebo viac, má oceľ vynikajúcu odolnosť proti korózii pod napätím a alkalickému krehnutiu. Okrem toho môže titán zlepšiť odolnosť ocele voči oxidácii pri vysokých teplotách a podporiť tvorbu nitridačnej vrstvy, aby sa rýchlejšie dosiahla požadovaná tvrdosť povrchu. Oceľ obsahujúca titán sa nazýva „rýchla nitridačná oceľ“ a možno ju použiť na výrobu vysoko presných skrutiek. Zároveň môže titán zlepšiť aj zvárateľnosť nízkouhlíkovej mangánovej ocele a vysokolegovanej nehrdzavejúcej ocele.

4. Zhrnutie
Vo všeobecnosti je titán široko používaný v oceli. Keď jeho hmotnostný podiel presiahne 0,025 %, možno ho považovať za legujúci prvok. Titán je široko používaný v bežnej nízkolegovanej oceli, legovanej konštrukčnej oceli, legovanej nástrojovej oceli, vysokorýchlostnej nástrojovej oceli, nehrdzavejúcej oceli odolnej voči kyselinám, žiaruvzdornej oceli bez tvorby vodného kameňa, zliatine permanentných magnetov a liatej oceli. Okrem toho sa titán stal dôležitou súčasťou rôznych pokrokových materiálov a dôležitým strategickým materiálom. V leteckom a kozmickom priemysle predstavuje použitie titánu viac ako polovicu a je široko používaný v leteckých dopravných prostriedkoch, energetických strojoch a iných oblastiach.