Titaanin käyttö ja vaikutus teräksessä
Titaania (Ti) korkealaatuisena seosaineena käytetään laajalti parantamaan teräksen kokonaissuorituskykyä erityisesti ilmailun, meritekniikan ja rakentamisen aloilla. Titaanin käyttö teräksessä keskittyy pääasiassa lujuuden, korroosionkestävyyden ja sitkeyden parantamiseen, ja se voi tehokkaasti vähentää materiaalin haurautta ja painoa.
1. Titaanin vaikutus teräksen mikrorakenteeseen ja lämpökäsittelyyn
Titaanilla on vahva affiniteetti sellaisiin alkuaineisiin kuin typpi, happea ja hiiltä. Se on erinomainen hapettumisenestoaine ja tehokas elementti typen ja hiilen kiinnittämiseen. Teräksessä titaanin ja hiilen muodostamalla yhdisteellä (TiC) on vahva sitomisvoima ja korkea stabiilisuus. Se liukenee vain hitaasti kiinteään rautaliuokseen korkeissa lämpötiloissa (yli 1000 astetta). Nämä TiC-hiukkaset voivat estää teräsrakeiden kasvua ja karkeutumista ja niillä on tärkeä vaikutus teräksen mikrorakenteeseen. Lisäksi titaani on yksi vahvoista ferriittiä muodostavista alkuaineista, mikä pienentää austeniittifaasin pinta-alaa. Kiinteä liuostitaani voi parantaa teräksen karkenevuutta, kun taas TiC-hiukkasten läsnäolo heikentää teräksen karkenevuutta. Kun titaanipitoisuus saavuttaa tietyn arvon, tapahtuu sakkakovettumista TiFe2:n hajoamisen ja saostumisen vuoksi.
2. Titaanin vaikutus teräksen mekaanisiin ominaisuuksiin
Titaanin vaikutus teräksen mekaanisiin ominaisuuksiin riippuu sen olemassaolomuodosta, titaanin ja hiilen pitoisuudesta sekä lämpökäsittelymenetelmästä. Kun titaania esiintyy ferriitissä kiinteässä liuostilassa, sen vahvistava vaikutus on suurempi kuin alumiinin, mangaanin, nikkelin ja molybdeenin kaltaisilla alkuaineilla, ja se on toiseksi vain alkuaineiden, kuten berylliumin, fosforin, kuparin ja piin, jälkeen. Titaanin massaosuudessa 0,03–0,1 % titaani voi lisätä teräksen myötörajaa. Kuitenkin, kun titaanin ja hiilen pitoisuussuhde ylittää 4, teräksen lujuus ja sitkeys laskevat jyrkästi. Lisäksi titaani voi myös parantaa teräksen pitkäaikaista lujuutta ja virumiskestävyyttä sekä parantaa teräksen sitkeyttä, erityisesti matalien lämpötilojen iskunkestävyyttä.
3. Titaanin vaikutus teräksen fysikaalisiin, kemiallisiin ja prosessiominaisuuksiin
Titaani voi parantaa teräksen vakautta korkeissa lämpötiloissa, korkeassa paineessa ja vetyympäristöissä ja parantaa ruostumattoman haponkestävän teräksen korroosionkestävyyttä, erityisesti rakeiden välistä korroosionkestävyyttä. Vähähiilisessä teräksessä, kun titaanin ja hiilen suhde saavuttaa 4,5 tai enemmän, teräksellä on erinomainen jännityskorroosionkestävyys ja alkalihaurastuminen. Lisäksi titaani voi parantaa teräksen hapettumisenkestävyyttä korkeissa lämpötiloissa ja edistää typpikerroksen muodostumista, jotta vaadittu pintakovuus saadaan nopeammin. Titaania sisältävää terästä kutsutaan "nopeasti nitrautuvaksi teräkseksi" ja sitä voidaan käyttää erittäin tarkkojen ruuvien valmistukseen. Samaan aikaan titaani voi myös parantaa vähähiilisen mangaaniteräksen ja runsasseosteisen ruostumattoman teräksen hitsattavuutta.
4. Yhteenveto
Yleensä titaania käytetään laajalti teräksessä. Kun sen massaosuus ylittää 0,025 %, sitä voidaan pitää seosaineena. Titaania käytetään laajalti tavallisessa niukkaseosteisessa teräksessä, seostetussa rakenneteräksessä, seostetussa työkaluteräksessä, nopeassa työkaluteräksessä, ruostumattomassa haponkestävässä teräksessä, lämmönkestävässä hilseilemättömässä teräksessä, kestomagneettiseoksessa ja valuteräksessä. Lisäksi titaanista on tullut tärkeä komponentti monissa kehittyneissä materiaaleissa ja tärkeä strateginen materiaali. Ilmailuteollisuudessa titaanin käyttö on yli puolet, ja sitä käytetään laajalti ilmailu-ajoneuvoissa, voimakoneissa ja muilla aloilla.
