» » Свойства титана и циркония
06.02.2017

Титан и цирконий по внешнему виду похожи на сталь. Порошкообразные металлы темносерого цвета. Чистые металлы ковки и хорошо поддаются механической обработке давлением.
Физические и особенно механические свойства титана и циркония сильно зависят от чистоты металлов. Этим объясняются существенные расхождения данных, полученных различными исследователями.
Некоторые физико-механические свойства титана и циркония приведены в табл. 48 и 49. В табл. 49 даны примерные пределы, в которых изменяются значения механических свойств титана и циркония. Следует при этом учитывать, что механические свойства зависят не только от чистоты металла, но и от предшествующей механической и термической обработки.
Свойства титана и циркония

На воздухе компактные титан и цирконий устойчивы. При нагревании до 400—600° они покрываются окисной пленкой, затрудняющей дальнейшее окисление металла. При более высокой температуре одновременно с увеличением скорости окисления наблюдается растворение кислорода в титане и цирконии, что сильно понижает пластичность металлов.
Свойства титана и циркония

Порошкообразные титан и цирконий окисляются на воздухе при сравнительно низкой температуре и легко воспламеняются. Так, порошок циркония возгорается при температуре 180—285° (в зависимости от тонкости порошка).
Характерным свойством титана и циркония является способность активно поглощать газы, в частности кислород, азот и водород. Эти газы до известных пределов растворяются в металлах. Примеси газов делают металлы хрупкими и не способными к пластической деформации.
Титан и цирконий, полученные различными методами, значительно отличаются по своим механическим свойствам вследствие различного содержания растворенных газов (см. табл. 49 и рис. 91 и 92).
Свойства титана и циркония

Растворимость кислорода в α-титане достигает примерно 12,5% (вес.) [30% (атомн.)]. При более высоком содержания кислорода появляется вторая фаза — закись титана ТiО. Область гомогенности этой фазы простирается от 17 до 29,3% (вес.) [ст 38 до 55,5% (атомн.)] кислорода.
При дальнейшем увеличении концентрации кислорода появляется фаза Tl2O3, имеющая узкую область гомогенности от 32,5 до 34,5% (вес.).
При концентрации выше 36% (вес.) [63% (атомн.)] устойчивы фазы на основе решетки двуокиси титана (рутила). В цирконии растворяется до 40% (атомн.) кислорода. При содержании в цирконии более 0,2% (вес.) [1% (атомн.)] кислорода металл не поддается механической обработке.
Кислород поглощается титаном и цирконием необратимо (нагреванием в вакууме невозможно удалить кислород из металлов).
При температуре выше 800° титан энергично взаимодействует с азотом с образованием твердых растворов и нитрида титана TiN. Цирконий активно поглощает азот при температуре выше 900°. Растворимость азота в титане и цирконии составляет около 20% (атом.). Нитриды титана и циркония обладают высокой твердостью и температурой плавления, соответственно равной 2950 и 2930°. Азот, подобно кислороду, поглощается необратимо.
Титан и цирконий активно поглощают водород с образованием твердых растворов и гидридов. Растворимость водорода в зависимости от температуры и давления характеризуются кривыми рис. 94—96.
Металлический титан (α-модификация) растворяет до 33% (атомн.) водорода. В пределах 47,4—62,4% (атомн.) водорода образуются гидриды титана TiH и TiH2. Цирконий поглощает водород с образованием ряда гидридовг Zr2H, ZrH и ZrH2.
Растворимость водорода в α-цирконии достигает 5% (атомн.) Значительно выше растворимость в β-цирконии.
Оптимальная температура поглощения водорода цирконием 300—400°.
В отличие от кислорода и азота почти весь поглощенный титаном и цирконием водород может быть удален из металлов при нагревании их в вакууме при температуре 1000—1200°.
Углерод и углеродсодержащие газы (CO, CH4) при высокой температуре взаимодействуют с титаном и цирконием с образованием весьма твердых и тугоплавких карбидов TiC и ZrC (температура плавления соответственно 3140 и 3530°).
Титан и цирконий при повышенной температуре реагируют с серой и сероводородом с образованием сульфидов, с фтором, хлором, бромом и иодом с образованием низкокипящих или легковозгоняющихся галоидных солей.
Свойства титана и циркония

По коррозионной устойчивости титан подобен хромоникелевой нержавеющей стали. В холодной и кипящей воде титан не корродирует. Он весьма медленно взаимодействует с азотной кислотой любой концентрации, разбавленной серной кислотой, и слабыми растворами щелочей. Металл растворяется в соляной кислоте, концентрированной серной кислоте, царской водке и плавиковой кислоте.
Важное значение имеет устойчивость титана против коррозии в морской воде.
По антикоррозионной устойчивости цирконий превосходит титан и приближается к танталу и ниобию. При температуре до 100° металл устойчив против действия соляной и азотной кислот любой концентрации и серной кислоты концентрации ниже 50%. Водные растворы щелочей не действуют на цирконий. Металл растворяется в плавиковой кислоте и концентрированной серной кислоте.
Свойства титана и циркония