Titan nguyên chất, Titan tinh khiết là gì?

Titan là kim loại khá nhẹ (khối lượng riêng γ = 4,5g/cm3), nhiệt độ nóng chảy tương đối cao (16650C), có tính chống ăn mòn rất cao trong khí quyển và trong nước biển.

Titan với độ sạch cao rất dẻo (δ = 40%, ψ = 60%) nhưng kém bền (σb = 300MPa, σ0,2 = 180MPa, HB 100), song các giá trị này còn cao hơn sắt nguyên chất. Cần chú ý là cơ tính của titan phụ thuộc rất nhiều vào độ sạch của của nó, chỉ cần chứa một lượng rất nhỏ tạp chất cũng làm tính dẻo giảm mạnh (vì vậy trong thời gian dài trước đây titan bị coi là kim loại giòn) và độ bền tăng nhanh, ví dụ titan với độ nguyên chất 99,9% có độ cứng HB 100, 99,8% – HB 145, 99,5% – HB 195.

Titan nguyên chất kỹ thuật chứa 99,5%Ti có cơ tính cao khác hẳn titan nguyên chất (còn gọi là titan iôđua):

– Ở trạng thái ủ có σb = 550MPa, σ0,2 = 450MPa, δ = 25%, ψ = 35%.

– Sau khi biến dạng nguội σb = 860MPa, σ0,2 = 800MPa, δ = 7,5%, ψ = 15%.

Người ta luyện titan theo quy trình sau đây: làm giàu quặng, clorua hóa quặng titan để tạo ra TiCl4, hoàn nguyên titan từ TiCl4 bằng kim loại Mg (TiCl4 + 2Mg → Ti + 2MgCl2). Titan nhận được ở dạng khối xốp được nghiền thành bột, ép và thiêu kết hoặc đem nấu chảy ở trong lò điện hồ quang chân không hoặc trong khí quyển trơ. Các mác titan kỹ thuật của Nga là BT1 – 00, BT1 – 0, BT1 – 1 có thành phần hóa học trình bày ở bảng 6.3.

Titan có hai dạng thù hình: ở dưới 8820C có mạng lục giác xếp chặt với a = 0,296nm và c=0,472nm được ký hiệu là Tiα, cao hơn 8820C có mạng lập phương tâm khối với a = 3,32nm (tính ở 9000C) được ký hiệu là Tiβ. Khi làm nguội chậm, chuyển biến thù hình xảy ra theo cơ chế thông thường (tạo mầm và phát triển mầm, khuếch tán) tạo nên các hạt đa cạnh; nhưng khi làm nguội nhanh lại xảy ra theo cơ chế mactenxit (không khuếch tán) tạo nên các hạt hình kim.

Tính dẻo cao của loại titan iôđua so với các kim loại khác có cùng kiểu mạng lục giác (Zn, Cd, Mg) là do nó có nhiều hệ trượt hơn. Ngoài mặt trượt cơ bản (0001) là mặt đáy, titan có thể trượt theo các mặt (1010), (1011), song tinh theo các mặt (1012), (11 2 1), (11 2 2)… Nguyên nhân của hiện tượng đặc biệt này là do titan có tỷ số c/a thấp (1,587), nhỏ hơn giá trị c/a lý tưởng (1,633), trong khi đó Zn, Cd và Mg có tỷ số c/a > 1,633 tức là các mặt đáy xa nhau hơn, lực liên kết giữa chúng quá yếu và sự trượt chủ yếu được tiến hành bằng sự chuyển dời tương đối giữa các mặt này nên số hệ trượt bị hạn chế.

Nhược điểm của titan là môđun đàn hồi của nó thấp (nhỏ hơn của sắt, niken khoảng hai lần) do đó hạn chế sử dụng làm các kết cấu cứng vững.