Титан

Физические свойства

Титан расположен в группе IVB, в 4 периоде периодической системы элементов. Природный титан состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами 46 (7,95%), 47 (7,75%), 48 (73,45%), 49 (5,51%) и 50 (5,34%).

Титан — серебристо-белый металл. Титан особо ценится за низкую плотность в сочетании с высокой прочностью и высокой стойкостью к коррозии. Максимальный показатель прочности на разрыв чистого титана может достигнуть 740 Н/мм², а показатель такого сплава как LT 33, содержащего алюминий, ванадий и олово, достигает 1200 Н/мм². Температурный коэффициент расширения металла составляет около половины от температурного коэффициента расширения нержавеющей стали и меди, и одну третью часть от данного коэффициента алюминия. Его плотность составляет около 60% от плотности стали, одну вторую от плотности меди и в 1.7 раз больше, чем у алюминия. Его модуль упругости составляет половину от модуля упругости нержавеющей стали, что делает его стойким и прочным к ударам.

Титан существует в виде двух аллотропических модификаций: ниже температуры 882,5 °С устойчива α-форма с гексагональной плотноупакованной решеткой (а = 2,951Å, с = 4,679Å), a выше этой температуры - β-форма с кубической объемноцентрированной решеткой а = 3,269Å. Примеси и легирующие добавки могут существенно изменять температуру α/β превращения.

Плотность α-формы при 20°С 4,505 г/см³, a при 870°С 4,35 г/см³; β-формы при 900°С 4,32 г/см³; атомный радиус Ti 1,46 Å, ионные радиусы Ti⁺ 0,94 А, Ti²⁺ 0,78 Å, Ti³⁺ 0,69 Å, Ti⁴⁺ 0,64 Å; Т_пл 1668 °С, Т_кип 3227 °С; теплопроводность в интервале 20-25°С 22,065 вт/(м·К) [0,0527 кал/(см·сек·°С)]; температурный коэффициент линейного расширения при 20°С 8,5·10^-6, в интервале 20-700°С 9,7·10^-6; теплоемкость 0,523 кдж/(кг·К) [0,1248 кал/(г·°С)]; удельное электросопротивление 42,1·10^-6 ом·см при 20 °С; температурный коэффициент электросопротивления 0,0035 при 20 °С; обладает сверхпроводимостью ниже 0,38 К. Титан парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость 3,2·10^-6 при 20 °С. Предел прочности 256 Мн/м² (25,6 кгс/мм²), относительное удлинение 72% , твердость по Бринеллю менее 1000 Мн/м² (100 кгс/мм²). Модуль нормальной упругости 108 000 Мн/м² (10 800 кгс/мм²). Металл высокой степени чистоты ковок при обычной температуре.

Применяемый в промышленности технический титан содержит примеси кислорода, азота, железа, кремния и углерода, повышающие его прочность, снижающие пластичность и влияющие на температуру полиморфного превращения, которое происходит в интервале 865-920 °С. Для технического титана марок ВТ1-00 и ВТ1-0 плотность около 4,32 г/см³, предел прочности 300-550 Мн/м² (30-55кгс/мм²), относительное удлинение не ниже 25%, твердость по Бринеллю 1150-1650 Мн/м² (115-165 кгс/мм²). Конфигурация внешней электронной оболочки атома Ti 3d²4s².