legura titanijuma. Upotreba metalnog titanijuma u industriji i građevinarstvu

19.10.2019

Fizička i hemijska svojstva titanijuma, dobijanje titana

Upotreba titana u čistom obliku iu obliku legura, upotreba titana u obliku spojeva, fiziološki učinak titana

Odjeljak 1. Istorijat i pojava titanijuma u prirodi.

titan -Ovo element sekundarne podgrupe četvrte grupe, četvrtog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 22. Jednostavna supstanca titanijum (CAS broj: 7440-32-6) je laki metal srebra -bijele boje. Postoji u dvije kristalne modifikacije: α-Ti sa heksagonalnom zbijenom rešetkom, β-Ti sa kubičnim tijelo-centriranim pakovanjem, temperatura polimorfne transformacije α↔β je 883 °C. Tačka topljenja 1660±20 °C.

Istorijat i prisustvo titanijuma u prirodi

Titan je dobio ime po drevnim grčkim likovima Titanima. Njemački hemičar Martin Klaproth ga je tako nazvao iz ličnih razloga, za razliku od Francuza, koji su pokušali da daju imena u skladu sa hemijskim karakteristikama elementa, ali pošto su svojstva elementa u to vrijeme bila nepoznata, takav naziv je bio izabrani.

Titanijum je 10. element po svom broju na našoj planeti. Količina titana u zemljinoj kori iznosi 0,57% po težini i 0,001 miligrama na 1 litar morske vode. Ležišta titana nalaze se na teritoriji: Južnoafričke Republike, Ukrajine, Rusije, Kazahstana, Japana, Australije, Indije, Cejlona, Brazila i Južne Koreje.

Što se tiče fizičkih svojstava, titan je lagan srebrnast metal, osim toga, karakteriše ga visoka viskoznost prilikom obrade i sklon je lijepljenju za rezni alat, pa se za otklanjanje ovog efekta koriste posebna maziva ili prskanje. Na sobnoj temperaturi prekriven je prozirnim filmom od TiO2 oksida, zbog čega je otporan na koroziju u većini agresivnih sredina, osim na alkalije. Titanijumska prašina ima sposobnost da eksplodira, sa tačkom paljenja od 400 °C. Titanijumske strugotine su zapaljive.

Za proizvodnju čistog titana ili njegovih legura, u većini slučajeva se koristi titanov dioksid s malim brojem spojeva koji su u njemu. Na primjer, koncentrat rutila dobijen obogaćivanjem titanovih ruda. Ali rezerve rutila su izuzetno male, pa se s tim u vezi koristi takozvani sintetički rutil ili titanijumska šljaka, dobijena preradom ilmenitnih koncentrata.

Za pronalazača titanijuma smatra se 28-godišnji engleski monah William Gregor. 1790. godine, dok je obavljao mineraloška istraživanja u svojoj župi, skrenuo je pažnju na rasprostranjenost i neobična svojstva crnog pijeska u dolini Menaken na jugozapadu Engleske i počeo ga istraživati. U pijesku je svećenik pronašao zrnca crnog sjajnog minerala, privučena običnim magnetom. Dobiven 1925. godine od strane Van Arkela i de Boera jodidnom metodom, ispostavilo se da je najčistiji titan duktilni i tehnološki metal s mnogo vrijedne nekretnine, što je privuklo pažnju širokog spektra dizajnera i inženjera. Croll je 1940. godine predložio magnezijum-termalnu metodu za vađenje titana iz ruda, koja je i danas glavna. Godine 1947. proizvedeno je prvih 45 kg komercijalno čistog titanijuma.

U Mendeljejevljevom periodičnom sistemu elemenata, titanijum ima serijski broj 22. Atomska masa prirodnog titanijuma, izračunata na osnovu rezultata proučavanja njegovih izotopa, je 47.926. Dakle, jezgro neutralnog atoma titana sadrži 22 protona. Broj neutrona, odnosno neutralnih nenabijenih čestica je različit: češće 26, ali može varirati od 24 do 28. Stoga je broj izotopa titana različit. Sada je poznato ukupno 13 izotopa elementa broj 22. Prirodni titanijum se sastoji od mešavine pet stabilnih izotopa, najzastupljeniji je titan-48, čiji udeo u prirodnim rudama iznosi 73,99%. Titan i drugi elementi IVB podgrupe su po svojstvima vrlo slični elementima IIIB podgrupe (skandijuma grupa), iako se razlikuju od ovih potonjih po svojoj sposobnosti da ispolje veliku valentnost. Sličnost titanijuma sa skandijem, itrijumom, kao i sa elementima VB podgrupe - vanadijumom i niobijumom, izražava se i u činjenici da se titanijum često nalazi u prirodnim mineralima zajedno sa ovim elementima. Sa monovalentnim halogenima (fluor, brom, hlor i jod) može formirati di-tri- i tetra jedinjenja, sa sumporom i elementima njegove grupe (selen, telur) - mono- i disulfide, sa kiseonikom - okside, diokside i triokside. .

Titanijum takođe formira jedinjenja sa vodonikom (hidridi), azotom (nitridi), ugljenikom (karbidi), fosforom (fosfidi), arsenom (arsidi), kao i jedinjenja sa mnogim metalima - intermetalna jedinjenja. Titanijum formira ne samo jednostavna, već i brojna složena jedinjenja; mnoga od njegovih jedinjenja sa organska materija. Kao što se vidi iz liste jedinjenja u kojima titanijum može da učestvuje, on je hemijski veoma aktivan. A u isto vrijeme, titan je jedan od rijetkih metala s izuzetno visokom otpornošću na koroziju: praktično je vječan u atmosferi zraka, u hladnoj i kipućoj vodi i vrlo je otporan na morska voda, u rastvorima mnogih soli, neorganskih i organskih kiselina. Po otpornosti na koroziju u morskoj vodi nadmašuje sve metale, osim plemenitih - zlato, platinu itd., većinu vrsta nerđajućeg čelika, nikla, bakra i drugih legura. U vodi, u mnogim agresivnim sredinama, čisti titanijum nije podložan koroziji. Otporan na titanijum i erozijsku koroziju koja je rezultat kombinacije hemijskih i mehaničkih efekata na metal. U tom smislu, nije inferioran u odnosu na najbolje kvalitete nehrđajućeg čelika, legura na bazi bakra i drugih konstrukcijskih materijala. Titan je također dobro otporan na zamornu koroziju, koja se često manifestira u vidu narušavanja integriteta i čvrstoće metala (pucanje, lokalni centri korozije, itd.). Ponašanje titanijuma u mnogim agresivnim sredinama, kao što su azot, hlorovodonična, sumporna, "carska voda" i druge kiseline i lužine, je za ovaj metal iznenađujuće i vredno divljenja.

Titanijum je veoma vatrostalan metal. Dugo se vjerovalo da se topi na 1800°C, ali sredinom 50-ih. Engleski naučnici Diardorf i Hayes ustanovili su tačku topljenja čistog elementarnog titanijuma. Iznosio je 1668 ± 3 ° C. Po svojoj vatrostalnosti, titan je inferioran samo metalima kao što su volfram, tantal, niobijum, renijum, molibden, platinoidi, cirkonijum, a među glavnim konstrukcijskim metalima je na prvom mestu. Najvažnija karakteristika titanijuma kao metala je njegova jedinstvena fizička i hemijska svojstva: mala gustina, visoka čvrstoća, tvrdoća itd. Glavna stvar je da se ta svojstva ne menjaju značajno na visokim temperaturama.

Titanijum je lak metal, njegova gustina na 0°C je samo 4,517 g/cm8, a na 100°C je 4,506 g/cm3. Titan spada u grupu metala sa specifičnom težinom manjom od 5 g/cm3. Ovo uključuje sve alkalni metali(natrijum, kadijum, litijum, rubidijum, cezijum) sa specifičnom težinom od 0,9–1,5 g/cm3, magnezijum (1,7 g/cm3), aluminijum (2,7 g/cm3) itd. Titanijum je više od 1,5 puta teži od aluminijuma, i u tome, naravno, gubi od njega, ali je 1,5 puta lakši od željeza (7,8 g / cm3). Međutim, uzimanje specifična gravitacija međupoložaj između aluminijuma i gvožđa, titan ih višestruko nadmašuje po svojim mehaničkim svojstvima.). Titanijum ima značajnu tvrdoću: 12 puta je tvrđi od aluminijuma, 4 puta tvrđi od gvožđa i bakra. Još jedna važna karakteristika metala je njegova granica tečenja. Što je veći, to su dijelovi od ovog metala bolje otporni na radna opterećenja. Granica tečenja titanijuma je skoro 18 puta veća od one kod aluminijuma. Specifična čvrstoća titanijumskih legura može se povećati za faktor 1,5-2. Njegova visoka mehanička svojstva su dobro očuvana na temperaturama do nekoliko stotina stepeni. Čisti titan je pogodan za sve vrste prerade u toplom i hladnom stanju: može se kovati poput gvožđa, vuče pa čak i praviti žicu, valjati u limove, trake i folije debljine do 0,01 mm.

Za razliku od većine metala, titan ima značajan električni otpor: ako se električna provodljivost srebra uzme za 100, tada je električna provodljivost bakra 94, aluminijuma 60, gvožđa i platine -15, a titanijuma samo 3,8. Titanijum je paramagnetski metal, nije magnetizovan kao gvožđe u magnetnom polju, ali nije istisnut iz njega kao bakar. Njegova magnetska osjetljivost je vrlo slaba, ovo svojstvo se može koristiti u građevinarstvu. Titan ima relativno nisku toplotnu provodljivost, samo 22,07 W/(mK), što je približno 3 puta niže od toplotne provodljivosti gvožđa, 7 puta niže od magnezijuma, 17-20 puta niže od aluminijuma i bakra. U skladu s tim, koeficijent linearne toplinske ekspanzije titana je niži od koeficijenta drugih konstrukcijskih materijala: na 20 C, on je 1,5 puta manji od željeza, 2 - za bakar i skoro 3 - za aluminij. Dakle, titanijum je loš provodnik struje i toplote.

Zbog visoke otpornosti na koroziju u morskoj vodi, titan i njegove legure se koriste u brodogradnji za proizvodnju propelera, brodskih oplata, podmornica, torpeda itd. Školjke se ne lijepe za titan i njegove legure, što naglo povećava otpor posude kada se kreće. Postepeno, područja primjene titanijuma se šire. Titan i njegove legure koriste se u hemijskoj, petrohemijskoj, celulozno-papirnoj i prehrambenoj industriji, obojenoj metalurgiji, energetici, elektronici, nuklearnoj tehnologiji, galvanizaciji, u proizvodnji oružja, za proizvodnju oklopnih ploča, hirurških instrumenata, hirurški implantati, postrojenja za desalinizaciju, dijelovi za trkaće automobile, sportska oprema (golf palice, oprema za penjanje), dijelovi za satove, pa čak i nakit. Nitriranje titana dovodi do stvaranja zlatnog filma na njegovoj površini, koji po ljepoti nije inferioran od pravog zlata.

Otkriće TiO2 gotovo istovremeno i nezavisno su napravili Englez W. Gregor i njemački hemičar M. G. Klaproth. W. Gregor, proučavajući sastav magnetnog ferruginskog pijeska (Creed, Cornwall, Engleska, 1791), izolovao je novu "zemlju" (oksid) nepoznatog metala, koji je nazvao menaken. 1795. godine njemački hemičar Klaproth otkrio je novi element u mineralu rutilu i nazvao ga titanijum. Dvije godine kasnije, Klaproth je ustanovio da su rutil i menaken zemlja oksidi istog elementa, iza kojih je ostao naziv "titanijum" koji je predložio Klaproth. Nakon 10 godina, otkriće titanijuma dogodilo se po treći put. Francuski naučnik L. Vauquelin otkrio je titan u anatazu i dokazao da su rutil i anataz identični titanijum oksidi.

Prvi uzorak metalnog titanijuma dobio je 1825. J. Ya. Berzelius. Zbog visoke hemijske aktivnosti titanijuma i složenosti njegovog prečišćavanja, Holanđani A. van Arkel i I. de Boer su 1925. dobili uzorak čistog titana termičkom razgradnjom pare titanijum jodida TiI4.

Titanijum je 10. najzastupljeniji u prirodi. Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,57% mase, u morskoj vodi 0,001 mg/l. 300 g/t u ultrabazičnim stijenama, 9 kg/t u bazičnim stijenama, 2,3 kg/t u kiselim stijenama, 4,5 kg/t u glinama i škriljcima. U zemljinoj kori titan je skoro uvek četvorovalentan i prisutan je samo u jedinjenjima kiseonika. Ne javlja se u slobodnom obliku. Titanijum u uslovima vremenskih uslova i padavina ima geohemijski afinitet prema Al2O3. Koncentrisan je u boksitima kore trošenja i u morskim glinovitim sedimentima. Prijenos titana se vrši u obliku mehaničkih fragmenata minerala iu obliku koloida. U nekim glinama se akumulira i do 30% TiO2 po težini. Minerali titanijuma otporni su na vremenske uslove i formiraju velike koncentracije u naslagama. Poznato je više od 100 minerala koji sadrže titanijum. Najvažniji od njih su: rutil TiO2, ilmenit FeTiO3, titanomagnetit FeTiO3 + Fe3O4, perovskit CaTiO3, titanit CaTiSiO5. Postoje primarne rude titana - ilmenit-titanomagnetit i placer - rutil-ilmenit-cirkon.

Glavne rude: ilmenit (FeTiO3), rutil (TiO2), titanit (CaTiSiO5).

U 2002. godini, 90% iskopanog titana korišteno je za proizvodnju titan dioksida TiO2. Svjetska proizvodnja titan dioksida iznosila je 4,5 miliona tona godišnje. Potvrđene rezerve titan dioksida (bez Rusije) iznose oko 800 miliona tona.Za 2006. godinu, prema podacima američkog Geološkog zavoda, u pogledu titanijum dioksida i bez Rusije, rezerve rude ilmenita iznose 603-673 miliona tona, a rutila - 49,7- 52,7 miliona tona.Tako će, pri sadašnjoj stopi proizvodnje, dokazane svjetske rezerve titanijuma (bez Rusije) biti dovoljne za više od 150 godina.

Rusija ima druge najveće svjetske rezerve titanijuma nakon Kine. Baza mineralnih resursa titanijuma u Rusiji sastoji se od 20 ležišta (od kojih je 11 primarnih i 9 aluvijalnih), prilično ravnomerno raspoređenih po celoj zemlji. Najveće od istraženih nalazišta (Yaregskoye) nalazi se 25 km od grada Ukhta (Republika Komi). Rezerve ležišta se procjenjuju na 2 milijarde tona rude sa prosječnim sadržajem titan dioksida od oko 10%.

Najveći svjetski proizvođač titanijuma - Ruska kompanija"VSMPO-AVISMA".

Po pravilu, polazni materijal za proizvodnju titana i njegovih spojeva je titan dioksid sa relativno malom količinom nečistoća. Konkretno, to može biti koncentrat rutila koji se dobija tokom pročišćavanja titanijumskih ruda. Međutim, rezerve rutila u svijetu su vrlo ograničene, a sve češće se koristi tzv. sintetički rutil ili titanijumska šljaka, dobijena preradom koncentrata ilmenita. Da bi se dobila titanijumska troska, koncentrat ilmenita se redukuje u elektrolučnoj peći, dok se gvožđe odvaja u metalnu fazu (liveno gvožđe), a ne redukovani titanijum oksidi i nečistoće formiraju fazu troske. Bogata šljaka se prerađuje metodom klorida ili sumporne kiseline.

U čistom obliku iu obliku legura

Titanijumski spomenik Gagarinu na Lenjinskom prospektu u Moskvi

Metal se koristi u: hemijskoj industriji (reaktori, cjevovodi, pumpe, cjevovodna armatura), vojnoj industriji (panciri, oklopne i protivpožarne barijere u avijaciji, trupovi podmornica), industrijskim procesima(postrojenja za desalinizaciju, procesi celuloze i papira), automobilska industrija, poljoprivredna industrija, prehrambena industrija, piercing nakit, medicinska industrija (proteze, osteoproteze), dentalni i endodontski instrumenti, zubni implantati, sportska oprema, nakit (Aleksandar Khomov), mobilni telefoni, lake legure itd. Najvažnije je konstrukcijski materijal u avionskoj, raketnoj i brodogradnji.

Lijevanje titana se izvodi u vakuumskim pećima u grafitnim kalupima. Koristi se i vakuumsko livenje. Zbog tehnoloških poteškoća koristi se u umjetničkom livenju u ograničenoj mjeri. Prva monumentalna livena skulptura od titanijuma na svetu je spomenik Juriju Gagarinu na trgu koji nosi njegovo ime u Moskvi.

Titan je dodatak za legiranje u mnogim legiranim čelicima i većini specijalnih legura.

Nitinol (nikl-titan) je legura sa pamćenjem oblika koja se koristi u medicini i tehnologiji.

Aluminidi titana su veoma otporni na oksidaciju i otporni na toplotu, što je zauzvrat odredilo njihovu upotrebu u vazduhoplovstvu i automobilskoj industriji kao konstrukcijskih materijala.

Titan je jedan od najčešćih getter materijala koji se koristi u visokovakumskim pumpama.

Bijeli titan dioksid (TiO2) koristi se u bojama (kao što je titan bijela), kao iu proizvodnji papira i plastike. Dodatak hrani E171.

Organotitanijumska jedinjenja (npr. tetrabutoksititanijum) se koriste kao katalizatori i učvršćivači u hemijskoj industriji i industriji boja.

Neorganska jedinjenja titana koriste se u hemijskoj, elektronskoj industriji, industriji staklenih vlakana kao aditivi ili premazi.

Titanijum karbid, titan diborid, titan karbonitrid su važne komponente supertvrdih materijala za obradu metala.

Titan nitrid se koristi za premazivanje alata, crkvenih kupola i u izradi bižuterije, jer. ima boju sličnu zlatnoj.

Barijum titanat BaTiO3, olovo titanat PbTiO3 i niz drugih titanata su feroelektrici.

Postoji mnogo legura titanijuma sa različitim metalima. Legirajući elementi se dijele u tri grupe, ovisno o njihovom utjecaju na temperaturu polimorfne transformacije: beta stabilizatori, alfa stabilizatori i neutralni učvršćivači. Prvi snižavaju temperaturu transformacije, drugi je povećavaju, a drugi na nju ne utiču, već dovode do očvršćavanja matrice rastvorom. Primjeri alfa stabilizatora: aluminij, kisik, ugljik, dušik. Beta stabilizatori: molibden, vanadijum, gvožđe, hrom, nikl. Neutralni učvršćivači: cirkonijum, kalaj, silicijum. Beta stabilizatori se, pak, dijele na beta-izomorfne i beta-eutektoidne formacije. Najčešća legura titana je legura Ti-6Al-4V (u ruskoj klasifikaciji - VT6).

60% - boja;

20% - plastika;

13% - papir;

7% - mašinstvo.

15-25 dolara po kilogramu, u zavisnosti od čistoće.

Čistoća i kvaliteta grubog titana (titanijum sunđera) obično se određuju njegovom tvrdoćom, koja zavisi od sadržaja nečistoća. Najčešći brendovi su TG100 i TG110.

Cijena ferotitanija (minimalno 70% titanijuma) od 22.12.2010. je 6,82 dolara po kilogramu. Na dan 01.01.2010. godine cijena je bila na nivou od 5,00$ po kilogramu.

U Rusiji su cijene titanijuma početkom 2012. bile 1200-1500 rubalja/kg.

Prednosti:

mala gustoća (4500 kg / m3) pomaže u smanjenju mase upotrijebljenog materijala;

visoka mehanička čvrstoća. Vrijedi napomenuti da na povišene temperature(250-500 °C) legure titanijuma su superiornije u čvrstoći od legura aluminijuma i magnezijuma visoke čvrstoće;

neobično visoka otpornost na koroziju, zbog sposobnosti titanijuma da formira tanke (5-15 mikrona) neprekidne filmove TiO2 oksida na površini, čvrsto vezane za metalnu masu;

specifična čvrstoća (omjer čvrstoće i gustoće) najboljih legura titana doseže 30-35 ili više, što je gotovo dvostruko više od specifične čvrstoće legiranih čelika.

Nedostaci:

visoka cijena proizvodnje, titan je mnogo skuplji od željeza, aluminija, bakra, magnezija;

aktivna interakcija na visokim temperaturama, posebno u tečnom stanju, sa svim gasovima koji čine atmosferu, usled čega se titan i njegove legure mogu topiti samo u vakuumu ili u okruženju inertnih gasova;

poteškoće u proizvodnji otpada od titanijuma;

loša antifrikciona svojstva zbog lepljenja titanijuma za mnoge materijale, titanijum uparen sa titanom ne može da deluje na trenje;

visoka sklonost titanijuma i mnogih njegovih legura vodoničnom krtosti i koroziji soli;

loša obradivost slična onoj kod austenitnih nerđajućih čelika;

visoka reaktivnost, sklonost rastu zrna na visokim temperaturama i fazne transformacije tokom ciklusa zavarivanja uzrokuju poteškoće u zavarivanju titanijuma.

Najveći dio titanijuma se troši za potrebe avijacije i raketne tehnike i brodogradnje. Titan (ferotitan) se koristi kao legirajući aditiv visokokvalitetnim čelicima i kao deoksidans. Tehnički titanijum se koristi za proizvodnju rezervoara, hemijskih reaktora, cjevovoda, fitinga, pumpi, ventila i drugih proizvoda koji rade u agresivnom okruženju. Rešetke i drugi dijelovi elektrovakuum uređaja koji rade na visokim temperaturama izrađeni su od kompaktnog titanijuma.

U pogledu upotrebe kao konstrukcijskog materijala, titan je na 4. mjestu, drugi iza Al, Fe i Mg. Aluminidi titana su veoma otporni na oksidaciju i otporni na toplotu, što je zauzvrat odredilo njihovu upotrebu u vazduhoplovstvu i automobilskoj industriji kao konstrukcijskih materijala. Biološka sigurnost titanijuma čini ga odličnim materijalom za prehrambenu industriju i rekonstruktivnu hirurgiju.

Titan i njegove legure se široko koriste u inženjerstvu zbog svoje visoke mehaničke čvrstoće, koja se održava na visokim temperaturama, otpornosti na koroziju, otpornosti na toplinu, specifične čvrstoće, male gustoće i drugih korisnih svojstava. Visoka cijena titanijuma i njegovih legura u mnogim slučajevima je nadoknađena njihovim većim performansama, au nekim slučajevima oni su jedini materijal od kojeg je moguće proizvesti opremu ili strukture sposobne za rad u datim specifičnim uvjetima.

Legure titana igraju važnu ulogu u vazduhoplovnoj tehnologiji, gde je cilj da se dobije najlakši dizajn u kombinaciji sa potrebnom čvrstoćom. Titanijum je lagan u odnosu na druge metale, ali u isto vreme može da radi na visokim temperaturama. Legure titana koriste se za izradu kože, dijelova za pričvršćivanje, pogonskog sklopa, dijelova šasije i raznih jedinica. Takođe, ovi materijali se koriste u konstrukciji avionskih mlaznih motora. To vam omogućava da smanjite njihovu težinu za 10-25%. Legure titana se koriste za proizvodnju diskova i lopatica kompresora, dijelova za usis zraka i vodeće lopatice, te pričvršćivača.

Titanijum i njegove legure se takođe koriste u raketnoj nauci. U pogledu na kratkoročni rad motora i brzog prolaska gustih slojeva atmosfere u raketnoj nauci, problemi čvrstoće zamora, statičke izdržljivosti i djelimično puzanja su u velikoj mjeri otklonjeni.

Tehnički titan nije pogodan za primjenu u zrakoplovstvu zbog svoje nedovoljno visoke otpornosti na toplinu, ali zbog izuzetno visoke otpornosti na koroziju u nekim slučajevima je nezamjenjiv u kemijskoj industriji i brodogradnji. Stoga se koristi u proizvodnji kompresora i pumpi za pumpanje agresivnih medija kao što su sumporni i hlorovodonične kiseline i njihove soli, cjevovodi, ventili, autoklavi, razne posude, filteri, itd. Samo titan ima otpornost na koroziju u medijima kao što su vlažni hlor, voda i kiseli rastvori hlora, pa se od ovog metala proizvodi oprema za industriju hlora. Titan se koristi za izradu izmjenjivača topline koji rade u korozivnim sredinama, na primjer, u azotna kiselina(nije zadimljeno). U brodogradnji, titan se koristi za proizvodnju propelera, oplata brodova, podmornica, torpeda itd. Školjke se ne lijepe za titan i njegove legure, što naglo povećava otpor posude kada se kreće.

Legure titana obećavaju upotrebu u mnogim drugim aplikacijama, ali njihova upotreba u tehnologiji je ograničena visokim troškovima i nedostatkom titanijuma.

Jedinjenja titana se također široko koriste u raznim industrijama. Titanov karbid ima visoku tvrdoću i koristi se u proizvodnji reznih alata i abrazivnih materijala. Bijeli titan dioksid (TiO2) koristi se u bojama (kao što je titan bijela), kao iu proizvodnji papira i plastike. Organotitanijumska jedinjenja (npr. tetrabutoksititanijum) se koriste kao katalizatori i učvršćivači u hemijskoj industriji i industriji boja. Neorganska jedinjenja titana koriste se u hemijskoj, elektronskoj, stakloplastici kao aditivi. Titanijum diborid je važna komponenta supertvrdih materijala za obradu metala. Titanijum nitrid se koristi za premazivanje alata.

Uz postojeće visoke cijene titanijuma, on se uglavnom koristi za proizvodnju vojne opreme, pri čemu glavna uloga nije cijena, već tehničke karakteristike. Međutim, postoje poznate namjene jedinstvena svojstva titanijum za civilne potrebe. Kako cijena titanijuma opada i njegova proizvodnja raste, upotreba ovog metala u vojne i civilne svrhe će se sve više širiti.

Avijacija. Mala specifična težina i visoka čvrstoća (posebno na povišenim temperaturama) titanijuma i njegovih legura čine ih veoma vrednim vazduhoplovnim materijalima. U oblasti konstrukcije aviona i proizvodnje avionskih motora titanijum sve više zamenjuje aluminijum i nerđajući čelik. Kako temperatura raste, aluminijum brzo gubi snagu. S druge strane, titan ima jasnu prednost u pogledu čvrstoće na temperaturama do 430°C, a povišene temperature ovog reda se javljaju na velike brzine zbog aerodinamičkog grijanja. Prednost zamjene čelika titanom u avijaciji je smanjenje težine bez žrtvovanja snage. Sveukupno smanjenje težine uz povećane performanse na povišenim temperaturama omogućava povećanje nosivosti, dometa i manevrisanja aviona. To objašnjava napore usmjerene na proširenje upotrebe titanijuma u konstrukciji aviona u proizvodnji motora, konstrukciji trupa, proizvodnji omotača, pa čak i pričvršćivača.

U konstrukciji mlaznih motora titan se uglavnom koristi za proizvodnju lopatica kompresora, turbinskih diskova i mnogih drugih štancanih dijelova. Ovdje titanijum zamjenjuje nehrđajuće i termički obrađene legirane čelike. Ušteda od jednog kilograma na težini motora štedi do 10 kg ukupne težine aviona zbog olakšanja trupa. U budućnosti se planira upotreba lima titanijuma za proizvodnju kućišta za komore za sagorevanje motora.

U konstrukciji aviona, titan se široko koristi za dijelove trupa koji rade na povišenim temperaturama. Titanijumski lim se koristi za izradu svih vrsta omotača, zaštitnih omotača kablova i vodilica za projektile. Od legiranih titanijumskih limova izrađuju se razni elementi za ukrućenje, okviri trupa, rebra itd.

Poklopci, poklopci, omoti kablova i vodilice projektila izrađeni su od nelegiranog titanijuma. Legirani titan se koristi za izradu okvira trupa, okvira, cjevovoda i protupožarnih barijera.

Titanijum se sve više koristi u konstrukciji aviona F-86 i F-100. U budućnosti će se od titanijuma praviti vrata stajnog trapa, hidraulički cjevovodi, izduvne cijevi i mlaznice, lamele, klapne, sklopivi podupirači itd.

Titanijum se može koristiti za izradu oklopnih ploča, lopatica propelera i kutija za školjke.

Trenutno se titanijum koristi u konstrukciji vojnih aviona Douglas X-3 za kožu, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 i Boeing B-52.

Titanijum se takođe koristi u konstrukciji civilnih aviona DC-7. Kompanija Douglas, zamjenom aluminijskih legura i nehrđajućeg čelika titanijumom u proizvodnji gondole motora i protupožarnih barijera, već je postigla uštede u težini konstrukcije aviona od oko 90 kg. Trenutno je težina titanijumskih delova u ovom avionu 2%, a očekuje se da će ta cifra biti povećana na 20% ukupne težine aviona.

Upotreba titanijuma omogućava smanjenje težine helikoptera. Titanijumski lim se koristi za podove i vrata. Značajno smanjenje težine helikoptera (oko 30 kg) postignuto je zamjenom legiranog čelika titanom za oblaganje lopatica njegovih rotora.

mornarica. Otpornost na koroziju titanijuma i njegovih legura čini ih veoma vrednim materijalom na moru. Američko Ministarstvo mornarice opsežno istražuje otpornost titanijuma na koroziju na izlaganje dimnim plinovima, pari, nafti i morskoj vodi. Visoka specifična čvrstoća titanijuma je od gotovo istog značaja u pomorstvu.

Niska specifična težina metala, u kombinaciji sa otpornošću na koroziju, povećava manevarsku sposobnost i domet brodova, a također smanjuje troškove održavanja materijalnog dijela i njegovog popravka.

Primjena titanijuma u mornarici uključuje prigušivače izduvnih gasova za podmorske dizel motore, diskove s instrumentima, cijevi tankih stijenki za kondenzatore i izmjenjivače topline. Prema riječima stručnjaka, titan, kao nijedan drugi metal, može produžiti vijek trajanja prigušivača na podmornicama. Za mjerne diskove izložene slanoj vodi, benzinu ili ulju, titan će pružiti bolju izdržljivost. Istražuje se mogućnost korištenja titanijuma za izradu cijevi izmjenjivača topline, koji bi trebao biti otporan na koroziju u morskoj vodi koja pere cijevi izvana, a istovremeno izdržati efekte izduvnog kondenzata koji teče unutar njih. Razmatra se mogućnost izrade antena i komponenti radarskih instalacija od titanijuma, koji moraju biti otporni na uticaj dimnih gasova i morske vode. Titanijum se takođe može koristiti za proizvodnju delova kao što su ventili, propeleri, delovi turbina itd.

Artiljerija. Očigledno, najveći potencijalni potrošač titanijuma može biti artiljerija, gdje su trenutno u toku intenzivna istraživanja različitih prototipova. Međutim, u ovoj oblasti standardizovana je proizvodnja samo pojedinačnih delova i delova od titanijuma. Veoma ograničena upotreba titanijum u artiljeriji sa velikim opsegom istraživanja objašnjava se njegovom visokom cenom.

Istraženi su različiti detalji artiljerijsku opremu u smislu mogućnosti zamjene konvencionalnih materijala titanijumom, uz sniženje cijena titanijuma. Glavna pažnja je posvećena dijelovima za koje je bitno smanjenje težine (dijelovi koji se prenose ručno i transportuju zrakom).

Osnovna ploča od maltera napravljena od titanijuma umesto čelika. Takvom zamjenom i nakon određene izmjene, umjesto čelične ploče od dvije polovice ukupne težine 22 kg, moguće je napraviti jedan dio težine 11 kg. Zahvaljujući ovoj zamjeni, moguće je smanjiti broj servisera sa tri na dvoje. Razmatra se mogućnost upotrebe titanijuma za izradu odvodnika plamena pištolja.

Testiraju se nosači topova od titanijuma, krstovi lafeta i trzajni cilindri. Široka primjena titanijum se može dobiti u proizvodnji vođenih projektila i projektila.

Prva istraživanja titanijuma i njegovih legura pokazala su mogućnost proizvodnje oklopnih ploča od njih. Zamjena čeličnog oklopa (debljine 12,7 mm) titanijumski oklop ista otpornost projektila (debljine 16 mm) omogućava, prema ovim studijama, uštedu do 25% težine.

Visokokvalitetne legure titana daju nadu u mogućnost zamjene čeličnih ploča titanijumskim pločama jednake debljine, čime se štedi do 44% u težini. Industrijska primjena titanijum će omogućiti veću manevarsku sposobnost, povećati domet transporta i izdržljivost pištolja. Sadašnji nivo razvoja vazdušnog saobraćaja čini očiglednim prednosti lakih oklopnih automobila i drugih vozila od titanijuma. Artiljerijsko odjeljenje namjerava u budućnosti opremiti pješadiju šlemovima, bajonetima, bacačima granata i ručnim bacačima plamena od titanijuma. Titanijumska legura je prvi put korištena u artiljeriji za proizvodnju klipa nekih automatskih topova.

Transport. Mnoge prednosti upotrebe titanijuma u proizvodnji oklopnog materijala odnose se i na vozila.

Zamjena konstruktivnih materijala koje trenutno troše poduzeća transportnog inženjeringa titanijumom trebala bi dovesti do smanjenja potrošnje goriva, povećanja nosivosti, povećanja granice zamora dijelova koljenastih mehanizama itd. željeznice bitno je smanjiti mrtvu težinu. Značajno smanjenje ukupne težine voznog parka zbog upotrebe titanijuma će uštedjeti na vuči, smanjiti dimenzije vratova i osovinskih kutija.

Težina je takođe važna za prikolice. Vozilo. Ovdje bi zamjena čelika titanom u proizvodnji osovina i kotača također povećala nosivost.

Sve ove mogućnosti mogle bi se ostvariti smanjenjem cijene titanijuma sa 15 na 2-3 dolara po kilogramu titanijumskih poluproizvoda.

Hemijska industrija. U proizvodnji opreme za hemijsku industriju otpornost metala na koroziju je od najveće važnosti. Također je bitno smanjiti težinu i povećati snagu opreme. Logično, treba pretpostaviti da bi titanijum mogao pružiti niz prednosti u proizvodnji opreme za transport kiselina, lužina i anorganskih soli iz njega. Dodatne mogućnosti upotrebe titanijuma otvaraju se u proizvodnji opreme kao što su rezervoari, kolone, filteri i sve vrste cilindara visokog pritiska.

Upotreba titanijumskih cevi može poboljšati efikasnost grejnih spirala u laboratorijskim autoklavima i izmenjivačima toplote. Primjenjivost titanijuma za proizvodnju cilindara u kojima se plinovi i tekućine čuvaju pod pritiskom dugo vremena dokazuje korištenje u mikroanalizi produkata sagorijevanja umjesto teže staklene cijevi (prikazano u gornjem dijelu slike). Zbog male debljine stijenke i male specifične težine, ova cijev se može vagati na manjim, osjetljivijim analitičkim vagama. Ovdje kombinacija lakoće i otpornosti na koroziju poboljšava tačnost kemijske analize.

Ostale aplikacije. Upotreba titanijuma je svrsishodna u prehrambenoj, naftnoj i elektro industriji, kao i za proizvodnju hirurških instrumenata i u samoj hirurgiji.

Stolovi za pripremu hrane, stolovi za kuhanje na pari od titanijuma superiorni su kvalitetom u odnosu na čelične proizvode.

U industriji bušenja nafte i plina borba protiv korozije je od velike važnosti, pa će upotreba titana omogućiti rjeđu zamjenu korodirajućih šipki opreme. U katalitičkoj proizvodnji i za proizvodnju naftovoda poželjno je koristiti titan, koji zadržava mehanička svojstva na visokim temperaturama i ima dobru otpornost na koroziju.

U elektroindustriji, titan se može koristiti za armiranje kablova zbog svoje dobre specifične čvrstoće, visoke električne otpornosti i nemagnetnih svojstava.

U različitim industrijama počinju se koristiti pričvršćivači jednog ili drugog oblika od titana. Daljnje širenje upotrebe titanijuma moguće je za proizvodnju hirurških instrumenata, uglavnom zbog njegove otpornosti na koroziju. Titanijumski instrumenti su superiorniji u ovom pogledu od konvencionalnih hirurških instrumenata kada se više puta kuvaju ili autoklaviraju.

U oblasti hirurgije, titanijum se pokazao boljim od vitalijuma i nerđajućeg čelika. Prisustvo titanijuma u telu je sasvim prihvatljivo. Ploča i vijci od titanijuma za pričvršćivanje kostiju bili su u telu životinje nekoliko meseci, a kost je urasla u navoje šrafova i u otvor na ploči.

Prednost titanijuma je i u tome što se na ploči formira mišićno tkivo.

Otprilike polovina proizvoda od titanijuma proizvedenih u svijetu obično se šalje u industriju civilnih zrakoplova, ali njen pad nakon poznatih tragičnih događaja prisiljava mnoge sudionike industrije da traže nove aplikacije za titan. Ovaj materijal predstavlja prvi dio izbora publikacija u stranoj metalurškoj štampi posvećenih perspektivi titanijuma u savremenim uslovima. Prema jednom od vodećih američkih proizvođača titanijuma RT1, od ukupnog obima proizvodnje titanijuma na globalnom nivou na nivou od 50-60 hiljada tona godišnje, avio-svemirski segment čini do 40 potrošnje, industrijskih primena i primena. čine 34, a vojno područje 16 , a oko 10 otpada na upotrebu titanijuma u proizvodima široke potrošnje. Industrijska primjena titanijuma uključuje hemijske procese, energiju, industriju nafte i gasa, postrojenja za desalinizaciju. Vojne neaeronautičke primjene uključuju prvenstveno upotrebu u artiljeriji i borbenim vozilima. Sektori sa značajnom upotrebom titanijuma su automobilska industrija, arhitektura i građevinarstvo, sportska oprema i nakit. Gotovo sav titanijum u ingotima proizvodi se u SAD-u, Japanu i ZND - Evropa čini samo 3,6 globalne količine. Regionalna tržišta krajnje upotrebe za titanijum se uveliko razlikuju - većina odličan primjer Japan je jedinstven, gdje civilni avio-svemirski sektor čini samo 2-3, a koristi 30 od ukupne potrošnje titana u opremi i strukturnim elementima hemijskih postrojenja. Otprilike 20 ukupne potražnje u Japanu dolazi iz nuklearne energije a u elektranama na čvrsta goriva, ostalo je u arhitekturi, medicini i sportu. Suprotna slika je uočena u SAD i Evropi, gde isključivo veliki značaj ima potrošnju u vazduhoplovnom sektoru - 60-75 i 50-60 za svaki region, respektivno. U SAD tradicionalno jaka krajnja tržišta su hemikalije, medicinska oprema, industrijska oprema, dok je u Evropi najveći udio u industriji nafte i plina i građevinskoj industriji. Veliko oslanjanje na avio industriju je dugotrajna briga za industriju titanijuma, koja pokušava da proširi primjenu titanijuma, posebno u trenutnom padu globalnog civilnog vazduhoplovstva. Prema podacima američkog Geološkog zavoda, u prvom kvartalu 2003. godine došlo je do značajnog pada uvoza titanijumskog sunđera - samo 1319 tona, što je 62 manje od 3431 tone u istom periodu 2002. godine. Vazduhoplovstvo će uvijek biti jedno od vodećih tržišta za titanijum, ali mi u industriji titana moramo odgovoriti izazovu i učiniti sve što je u našoj moći da osiguramo da se naša industrija ne razvija i recesijski ciklusi u sektoru zrakoplovstva. Neki od vodećih proizvođača titanijumske industrije vide rastuće mogućnosti na postojećim tržištima, od kojih je jedno tržište podmorske opreme i materijala. Prema Martinu Proku, menadžeru prodaje i distribucije za RT1, titan se koristi u proizvodnji električne energije i podvodnim aplikacijama već duže vrijeme, od ranih 1980-ih, ali tek u posljednjih pet godina ova područja postaju stabilno razvijana uz odgovarajući rast u tržišnu nišu. U podmorskom sektoru, rast je prvenstveno vođen operacijama bušenja na većim dubinama, gdje je titanijum najpogodniji materijal. Njegov, takoreći, podvodni životni ciklus je pedeset godina, što odgovara uobičajenom trajanju podvodnih projekata. Već smo naveli područja u kojima je vjerovatno povećanje upotrebe titanijuma. Voditelj prodaje Howmet Ti-Cast-a Bob Funnell napominje da se trenutno stanje na tržištu može vidjeti kao prilike za rast u novim područjima kao što su rotirajući dijelovi za kamionske turbo punjače, rakete i pumpe.

Jedan od naših tekućih projekata je razvoj lakih artiljerijskih sistema BAE Butitzer XM777 kalibra 155 mm. Newmet će isporučiti 17 od 28 strukturnih titanijumskih sklopova za svaki topovski nosač, s isporukom američkom marinskom korpusu u avgustu 2004. Sa ukupnom težinom pištolja od 9.800 funti od približno 4,44 tone, titanijum čini oko 2.600 funti od približno 1.18 tona titanijuma u svom dizajnu - koristi se legura 6A14U sa velikim brojem odlivaka, kaže Frank Hrster, šef sistema za podršku vatre. BAE Sy81et8. Ovaj sistem XM777 će zamijeniti trenutni M198 Newitzer sistem, koji je težak oko 17.000 funti i otprilike 7,71 tona. Masovna proizvodnja planirana je za period od 2006. do 2010. godine - prvobitno su predviđene isporuke u SAD, Veliku Britaniju i Italiju, ali se program može proširiti i na isporuke u zemlje članice NATO-a. John Barber iz Timeta ističe te primjere vojne opreme, u čijoj konstrukciji se koriste značajne količine titanijuma, su rezervoar Abramé i borbena mašina Bradley. U protekle dvije godine u toku je zajednički program između NATO-a, SAD-a i UK-a za intenziviranje upotrebe titanijuma u oružju i odbrambenim sistemima. Kao što je više puta napomenuto, titan je vrlo pogodan za upotrebu u automobilskoj industriji, međutim, udio ovog smjera je prilično skroman - oko 1 ukupne količine potrošenog titana, ili 500 tona godišnje, prema talijanskom kompanija Poggipolini, proizvođač komponenti i delova od titanijuma za Formulu-1 i trkaće motocikle. Daniele Stoppolini, šef istraživanja i razvoja ove kompanije, smatra da je trenutna potražnja za titanijumom u ovom segmentu tržišta na nivou od 500 tona, uz masovnu upotrebu ovog materijala u izradi ventila, opruga, izduvnih sistema, transmisije. osovine, vijci, potencijalno bi mogli porasti na nivo od skoro ne 16.000 tona godišnje. On je dodao da njegova kompanija tek počinje da razvija automatizovanu proizvodnju titanijumskih vijaka kako bi smanjila troškove proizvodnje. Prema njegovom mišljenju, ograničavajući faktori, zbog kojih upotreba titanijuma ne raste značajno u automobilskoj industriji, su nepredvidivost potražnje i neizvjesnost u nabavci sirovina. Istovremeno, velika potencijalna niša za titan ostaje u automobilskoj industriji, kombinujući optimalne karakteristike težine i čvrstoće za spiralne opruge i sisteme izduvnih gasova. Nažalost, na američkom tržištu široku upotrebu titana u ovim sistemima obilježava samo prilično ekskluzivni polu-sportski model Chevrolet Corvette Z06, koji nikako ne može tvrditi da je masovni automobil. Međutim, zbog tekućih izazova uštede goriva i otpornosti na koroziju, izgledi za titan u ovoj oblasti ostaju. Za odobrenje na tržištima nevazduhoplovnih i nevojnih aplikacija, nedavno je stvoreno zajedničko ulaganje UNITI u njegovo ime, riječ jedinstvo se izigrava - jedinstvo i Ti - oznaka titana u periodnom sistemu kao dijela svjetskog vodeći proizvođači titanijuma - američki Allegheny Technologies i ruski VSMPO-Avisma. Ova tržišta su namjerno isključena, rekao je Carl Moulton, predsjednik nove kompanije, jer namjeravamo da od nove kompanije napravimo vodećeg dobavljača za industrije koje koriste dijelove i sklopove od titanijuma, prvenstveno petrohemiju i proizvodnju električne energije. Osim toga, namjeravamo se aktivno plasirati na tržište u oblastima uređaja za desalinizaciju, vozila, potrošačkih proizvoda i elektronike. Vjerujem da se naši proizvodni pogoni dobro nadopunjuju - VSMPO ima izvanredne mogućnosti za proizvodnju krajnjih proizvoda, Allegheny ima odličnu tradiciju u proizvodnji hladno i toplo titan valjanih proizvoda. Očekuje se da će UNITI-jev udio na globalnom tržištu proizvoda od titanijuma iznositi 45 miliona funti, otprilike 20.411 tona. Tržište medicinske opreme može se smatrati tržištem u stalnom razvoju - prema britanskoj Titanium International Group, godišnji sadržaj titana širom svijeta u raznim implantatima i protezama je oko 1000 tona, a ova brojka će se povećavati kako se povećavaju mogućnosti operacije zamjene. ljudski zglobovi nakon nezgoda ili ozljeda. Pored očiglednih prednosti fleksibilnosti, snage, lakoće, titanijum je veoma kompatibilan sa telom u biološkom smislu zbog odsustva korozije za tkiva i tečnosti u ljudskom telu. U stomatologiji je upotreba proteza i implantata također u vrtoglavom porastu - tri puta u posljednjih deset godina, prema American Dental Association, najvećim dijelom zbog karakteristika titana. Iako upotreba titanijuma u arhitekturi datira više od 25 godina, njegova široka upotreba u ovoj oblasti počela je tek godine. poslednjih godina. Proširenje aerodroma Abu Dabi u UAE, planirano za završetak 2006. godine, koristit će do 1,5 miliona funti od približno 680 tona titanijuma. Planirano je da se realizuje dosta različitih arhitektonskih i građevinskih projekata koji koriste titanijum ne samo u razvijenim zemljama SAD, Kanade, Velike Britanije, Nemačke, Švajcarske, Belgije, Singapura, već iu Egiptu i Peruu.

Tržišni segment robe široke potrošnje trenutno je najbrže rastući segment tržišta titanijuma. Dok je prije 10 godina ovaj segment bio samo 1-2 na tržištu titanijuma, danas je narastao na 8-10 tržišta. Sveukupno, potrošnja titana u industriji robe široke potrošnje rasla je otprilike dvostruko brže od cjelokupnog tržišta titana. Upotreba titanijuma u sportu je najdugovječnija i drži najveći udio u upotrebi titana u proizvodima široke potrošnje. Razlog popularnosti titana u sportskoj opremi je jednostavan - omogućava vam da dobijete omjer težine i snage superiorniji od bilo kojeg drugog metala. Upotreba titanijuma u biciklima počela je pre oko 25-30 godina i bila je to prva upotreba titanijuma u sportskoj opremi. Uglavnom se koriste cijevi od legure Ti3Al-2.5V ASTM razreda 9. Ostali dijelovi napravljeni od titanijumskih legura uključuju kočnice, lančanike i opruge sedišta. Upotreba titanijuma u proizvodnji palica za golf prvi put je počela kasnih 80-ih i ranih 90-ih od strane proizvođača palica u Japanu. Do 1994-1995, ova primjena titanijuma bila je praktički nepoznata u SAD-u i Evropi. To se promijenilo kada je Callaway predstavio svoj Ruger Titanium titanijumski štap, nazvan Great Big Bertha. Zbog očiglednih prednosti i dobro osmišljenog marketinga iz Callaway-a, titanijumski štapići su odmah postali hit. U kratkom vremenskom periodu, palice od titanijuma su od ekskluzivne i skupe opreme male grupe igrača golfa postale široko korištene od strane većine golfera, dok su i dalje skuplje od čeličnih palica. Naveo bih glavne, po mom mišljenju, trendove u razvoju tržišta golfa koje je u kratkom periodu od 4-5 godina prešlo od visokotehnološke do masovne proizvodnje, prateći put drugih industrija sa visokom radnom snagom. troškovi kao što su proizvodnja odjeće, igračaka i potrošačke elektronike, proizvodnja palica za golf otišla je u zemlje sa najjeftinijom radnom snagom prvo u Tajvan, zatim u Kinu, a sada se grade fabrike u zemljama sa još jeftinijom radnom snagom, kao što je Vijetnam i Tajlanda, titan se definitivno koristi za vozače, gdje njegovi vrhunski kvaliteti daju jasnu prednost i opravdavaju veću cijenu. Međutim, titan još nije naišao na veliku upotrebu na kasnijim klubovima, jer značajno povećanje troškova nije podržano odgovarajućim poboljšanjem igre. Trenutno se drajveri uglavnom proizvode sa kovanom udarnom površinom, kovanim ili livenim vrhom i liveno dno Nedavno je Profesionalna golf asocijacija ROA dozvolila povećanje gornje granice takozvanog povratnog faktora, u vezi sa čim će svi proizvođači klubova nastojati da povećaju opružna svojstva udarne površine. Da biste to učinili, potrebno je smanjiti debljinu udarne površine i za to koristiti jače legure, kao što su SP700, 15-3-3-3 i VT-23. Sada se fokusirajmo na upotrebu titanijuma i njegovih legura na drugoj sportskoj opremi. Cijevi za trkaće bicikle i ostali dijelovi su napravljeni od ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V legure. Iznenađujuće značajna količina titanijumske ploče koristi se u proizvodnji noževa za ronjenje. Većina proizvođača koristi leguru Ti6Al-4V, ali ova legura ne pruža izdržljivost ivica oštrice kao druge jače legure. Neki proizvođači prelaze na korištenje legure BT23.

Maloprodajna cijena noževa za ronjenje od titanijuma je otprilike 70-80 dolara. Potkovice od livenog titanijuma obezbeđuju značajno smanjenje težine u poređenju sa čelikom, istovremeno obezbeđujući potrebnu čvrstoću. Nažalost, ova upotreba titana nije se ostvarila jer su titanijumske potkove svjetlucale i plašile konje. Malo tko će pristati koristiti potkove od titana nakon prvih neuspješnih eksperimenata. Titanium Beach, sa sjedištem u Newport Beachu, Kalifornija, Newport Beach, Kalifornija, razvio je noževe za klizaljke od legure Ti6Al-4V. Nažalost, i ovdje je problem izdržljivost ruba oštrica. Mislim da ovaj proizvod ima šanse za život ako proizvođači koriste jače legure poput 15-3-3-3 ili BT-23. Titanijum se veoma široko koristi u planinarenju i planinarenju, za skoro sve predmete koje penjači i planinari nose u svojim ruksacima boce, čaše od 20 do 30 dolara u maloprodaji, setovi za kuvanje oko 50 dolara u maloprodaji, posuđe uglavnom napravljeno od komercijalno čistog titanijuma 1 i 2 stepena. Drugi primeri Od opreme za penjanje i planinarenje su kompaktne peći, nosači i nosači za šatore, cepine i vijci za led. Proizvođači oružja su nedavno počeli proizvoditi pištolje od titanijuma za sportsko streljaštvo i za primjenu zakona.

Potrošačka elektronika je prilično novo i brzo rastuće tržište za titanijum. U mnogim slučajevima, upotreba titana u potrošačkoj elektronici nije samo zbog njegovih odličnih svojstava, već i zbog atraktivnog izgleda proizvoda. Komercijalno čisti titanijum stepena 1 koristi se za izradu kućišta za laptop računare, mobilne telefone, plazma televizore sa ravnim ekranom i drugu elektronsku opremu. Upotreba titanijuma u konstrukciji zvučnika daje bolja akustička svojstva zbog toga što je titanijum lakši od čelika što rezultira povećanom akustičnom osetljivošću. Titanijumski satovi, koje su na tržište prvi predstavili japanski proizvođači, danas su jedan od najpristupačnijih i najpriznatijih proizvoda od titanijuma za potrošače. Svjetska potrošnja titana u proizvodnji tradicionalnog i takozvanog nosivog nakita mjeri se u nekoliko desetina tona. Sve češće možete pronaći titanijum burme, i naravno, ljudi koji nose nakit na tijelu jednostavno su obavezni da koriste titanijum. Titan se široko koristi u proizvodnji brodskih spojnih elemenata i fitinga, gdje je kombinacija visoke otpornosti na koroziju i čvrstoće vrlo važna. Atlas Ti sa sjedištem u Los Angelesu proizvodi široku paletu ovih proizvoda od VTZ-1 legure. Upotreba titanijuma u proizvodnji alata prvi put je počela u Sovjetskom Savezu početkom 80-ih, kada su, po nalogu vlade, napravljeni laki i praktični alati za olakšavanje rada radnika. Sovjetski gigant proizvodnje titanijuma, Verkhne-Saldinskoye proizvodno udruženje za preradu metala, u to je vreme proizvodilo titanijumske lopate, alate za izvlačenje eksera, nosače, sekire i ključeve.

Kasnije su japanski i američki proizvođači alata počeli koristiti titan u svojim proizvodima. Ne tako davno VSMPO je potpisao ugovor sa Boeingom za isporuku titanijumskih ploča. Ovaj ugovor je nesumnjivo veoma blagotvorno uticao na razvoj proizvodnje titana u Rusiji. Titanijum se već dugi niz godina široko koristi u medicini. Prednosti su čvrstoća, otpornost na koroziju, a što je najvažnije, neki ljudi su alergični na nikal, neophodnu komponentu nerđajućeg čelika, dok niko nije alergičan na titan. Korištene legure su komercijalno čisti titan i Ti6-4Eli. Titanijum se koristi u proizvodnji hirurških instrumenata, unutrašnjih i spoljašnjih proteza, uključujući i one kritične kao što je srčani zalistak. Štake i invalidska kolica su napravljeni od titanijuma. Upotreba titanijuma u umetnosti datira od 1967. godine, kada je u Moskvi podignut prvi spomenik od titanijuma.

Trenutno je na gotovo svim kontinentima podignut značajan broj spomenika i zgrada od titanijuma, uključujući i one poznate poput Gugenhajmovog muzeja, koji je sagradio arhitekt Frank Gehry u Bilbau. Materijal je veoma popularan među ljudima umetnosti zbog svoje boje, izgled, čvrstoća i otpornost na koroziju. Iz tih razloga, titan se koristi u suvenirima i galanteriji bižuterije, gdje se uspješno takmiči s plemenitim metalima poput srebra, pa čak i zlata. . Prema Martinu Proku iz RTi-a, prosječna cijena titanijumskog sunđera u SAD je 3,80 po funti, au Rusiji 3,20 po funti. Osim toga, cijena metala u velikoj mjeri ovisi o cikličnosti komercijalne zrakoplovne industrije. Razvoj mnogih projekata mogao bi se dramatično ubrzati ako se pronađu načini za smanjenje troškova proizvodnje i prerade titana, prerade otpada i tehnologija topljenja, rekao je Markus Holz, generalni direktor njemačkog Deutshe Titana. British Titanium se slaže da širenje proizvoda od titanijuma koče visoki troškovi proizvodnje i da je potrebno napraviti mnoga poboljšanja da bi se titan mogao masovno proizvoditi. moderne tehnologije.

Jedan od koraka u tom smjeru je razvoj tzv. FFC procesa, koji je novi elektrolitički proces za proizvodnju metalnog titana i legura, čija je cijena znatno niža. Prema Danieleu Stoppoliniju, cjelokupna strategija u industriji titana zahtijeva razvoj najprikladnijih legura, proizvodnu tehnologiju za svako novo tržište i primjenu titanijuma.

Izvori

Wikipedia - Besplatna enciklopedija, WikiPedia

metotech.ru - Metotehnika

housetop.com - House Top

atomsteel.com – Atom tehnologija

domremstroy.ru - DomRemStroy

- element 4 grupe 4 perioda. Prijelazni metal pokazuje i bazična i kisela svojstva, prilično je rasprostranjen u prirodi - 10. mjesto. Za nacionalnu privredu je najzanimljivija kombinacija visoke tvrdoće i lakoće metala, što ga čini nezamjenjivim elementom za industriju aviona. Ovaj članak će vam reći o označavanju, legiranju i drugim svojstvima metala titana, dati opći opis i zanimljive činjenice o tome.

Po izgledu, metal najviše podsjeća na čelik, ali su mu mehaničke kvalitete veće. Istovremeno, titan se odlikuje malom težinom - molekulskom težinom 22. Fizička svojstva elementa su prilično dobro proučena, ali jako zavise od čistoće metala, što dovodi do značajnih odstupanja.

Osim toga, bitna su njegova specifična hemijska svojstva. Titanijum je otporan na alkalije, azotnu kiselinu, au isto vreme burno reaguje sa suvim halogenima, a na višim temperaturama sa kiseonikom i azotom. Još gore, počinje apsorbirati vodik čak i na sobnoj temperaturi, ako postoji aktivna površina. A u talini apsorbuje kiseonik i vodonik tako intenzivno da se topljenje mora vršiti u vakuumu.

Još jedna važna karakteristika koja određuje fizičke karakteristike je postojanje 2 faze stanja.

Niska temperatura- α-Ti ima heksagonalnu zbijenu rešetku, gustina supstance je 4,55 g / cu. cm (na 20 C).
visoke temperature- β-Ti karakterizira kubična rešetka usmjerena na tijelo, fazna gustina je manja - 4,32 g / cu. vidi (na 900C).

Temperatura faznog prijelaza - 883 C.

U normalnim uvjetima, metal je prekriven zaštitnim oksidnim filmom. U njegovom odsustvu, titanijum je velika opasnost. Dakle, titanijumska prašina može eksplodirati, temperatura takvog blica je 400C. Titanijumski čipovi su materijal opasan za požar i skladište se u posebnom okruženju.

Video ispod govori o strukturi i svojstvima titanijuma:

Svojstva i karakteristike titanijuma

Titanijum je daleko najjači od svih postojećih tehnički materijali, stoga se, uprkos složenosti dobijanja i visokim sigurnosnim zahtjevima za , koristi prilično široko. Fizičke karakteristike elementa su prilično neobične, ali u velikoj mjeri zavise od čistoće. Tako se čisti titan i legure aktivno koriste u raketnoj i avionskoj industriji, dok je tehnički titan neprikladan, jer gubi snagu na visokim temperaturama zbog nečistoća.

gustina metala

Gustina tvari varira s temperaturom i fazom.

Na temperaturama od 0 do tačke topljenja, smanjuje se sa 4,51 na 4,26 g / cu. cm, a tokom faznog prelaza povećavate ga za 0,15%, a zatim ponovo smanjujete.
Gustina tečnog metala je 4,12 g/cu. cm, a zatim opada sa porastom temperature.

Tačke topljenja i ključanja

Fazna tranzicija razdvaja sva svojstva metala na kvalitete koje α- i β-faze mogu pokazati. Dakle, gustina do 883 C odnosi se na kvalitete α-faze, a tačke topljenja i ključanja - na parametre β-faze.

Tačka topljenja titanijuma (u stepenima) je 1668+/-5 C;
Tačka ključanja dostiže 3227 C.

O sagorevanju titanijuma govori se u ovom videu:

Mehaničke karakteristike

Titanijum je oko 2 puta jači od gvožđa i 6 puta jači od aluminijuma, što ga čini tako vrednim konstrukcijskim materijalom. Eksponenti se odnose na svojstva α-faze.

Vlačna čvrstoća tvari je 300-450 MPa. Indikator se može povećati na 2000 MPa dodavanjem nekih elemenata, kao i pribjegavanjem posebnoj obradi - otvrdnjavanju i starenju.

Zanimljivo je da titanijum zadržava visoku specifičnu čvrstoću čak i na najnižim temperaturama. Štoviše, kako se temperatura smanjuje, čvrstoća na savijanje se povećava: na +20 C indikator je 700 MPa, a na -196 - 1100 MPa.

Elastičnost metala je relativno niska, što je značajan nedostatak supstance. Modul elastičnosti pri normalnim uslovima 110,25 GPa. Osim toga, titan se odlikuje anizotropijom: elastičnost u različitim smjerovima dostiže različite vrijednosti.
Tvrdoća supstance na HB skali je 103. Štaviše, ovaj pokazatelj je usrednjen. U zavisnosti od čistoće metala i prirode nečistoća, tvrdoća može biti veća.
Uslovna granica tečenja je 250–380 MPa. Što je ovaj pokazatelj veći, proizvodi tvari bolje podnose opterećenja i otporniji su na trošenje. Indeks titanijuma je 18 puta veći od aluminijuma.

U poređenju sa drugim metalima koji imaju istu rešetku, metal ima veoma pristojnu duktilnost i savitljivost.

Toplotni kapacitet

Metal karakterizira niska toplinska provodljivost, stoga se u relevantnim područjima - na primjer, ne koristi proizvodnja termoelektroda.

Njegova toplotna provodljivost je 16,76 l, W / (m × stepen). To je 4 puta manje od željeza i 12 puta manje od željeza.
Ali koeficijent toplinskog širenja titanijuma je zanemariv pri normalnoj temperaturi i raste s porastom temperature.
Toplotni kapacitet metala je 0,523 kJ/(kg K).

Električne karakteristike

Kao što je često slučaj, niska toplotna provodljivost dovodi do niske električne provodljivosti.

Električna otpornost metala je veoma visoka - 42,1·10 -6 ohm·cm u normalnim uslovima. Ako smatramo da je provodljivost srebra 100%, onda će provodljivost titanijuma biti 3,8%.
Titanijum je paramagnet, odnosno ne može se magnetizirati u polju, kao gvožđe, ali ni istisnuti iz polja, jer neće. Ovo svojstvo opada linearno sa padom temperature, ali se, nakon prolaska minimuma, donekle povećava. Specifična magnetna susceptibilnost je 3,2 10 -6 G -1. Treba napomenuti da osjetljivost, kao i elastičnost, formiraju anizotropiju i mijenjaju se ovisno o smjeru.

Na temperaturi od 3,8 K, titanijum postaje superprovodnik.

Otpornost na koroziju

U normalnim uslovima, titanijum ima veoma visoka antikorozivna svojstva. Na vazduhu je prekriven slojem titanijum oksida debljine 5-15 mikrona, koji obezbeđuje odličnu hemijsku inertnost. Metal ne korodira u zraku, morskom zraku, morskoj vodi, vlažnom hloru, hlornoj vodi i brojnim drugim tehnološkim rješenjima i reagensima, što materijal čini nezamjenjivim u kemijskoj, papirnoj, naftnoj industriji.

S povećanjem temperature ili snažnim mljevenjem metala, slika se dramatično mijenja. Metal reaguje sa gotovo svim gasovima koji čine atmosferu, a u tečnom stanju ih i apsorbuje.

Sigurnost

Titan je jedan od biološki najinertnijih metala. U medicini se koristi za izradu proteza, jer je otporan na koroziju, lagan i izdržljiv.

Titanov dioksid nije toliko siguran, iako se koristi mnogo češće - na primjer u kozmetičkoj i prehrambenoj industriji. Prema nekim izvještajima - UCLA, istraživanje profesora patologije Roberta Šistla, nanočestice titanijum dioksida utiču na genetski aparat i mogu doprineti razvoju raka. Štoviše, supstanca ne prodire u kožu, pa korištenje krema za sunčanje, koje sadrže dioksid, ne predstavlja opasnost, ali supstanca koja ulazi u organizam - s bojama za hranu, biološkim suplementima, može biti opasna.

Titanijum je jedinstveno jak, tvrd i lagan metal sa veoma interesantnim hemijskim i fizičkim svojstvima. Ova kombinacija je toliko vrijedna da čak ni poteškoće s topljenjem i rafiniranjem titana ne zaustavljaju proizvođače.

Ovaj video će vam reći kako razlikovati titan od čelika:

Odjeljak 1. Istorijat i pojava titanijuma u prirodi.

Titanijum — Ovo element bočne podgrupe četvrte grupe, četvrti period periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva, sa atomskim brojem 22. Jednostavna supstanca titanijum(CAS broj: 7440-32-6) - svijetlo srebrno bijela. Postoji u dvije kristalne modifikacije: α-Ti sa heksagonalnom zbijenom rešetkom, β-Ti sa kubičnim tijelo-centriranim pakovanjem, temperatura polimorfne transformacije α↔β je 883 °C. Tačka topljenja 1660±20 °C.

Istorijat i prisustvo titanijuma u prirodi

Titanijum je dobio ime po drevnim grčkim likovima Titanima. Njemački hemičar Martin Klaproth ga je tako nazvao iz ličnih razloga, za razliku od Francuza, koji su pokušali da daju imena u skladu sa hemijskim karakteristikama elementa, ali pošto su svojstva elementa u to vrijeme bila nepoznata, takav naziv je bio izabrani.

Titanijum je 10. element po svom broju na našoj planeti. Količina titana u zemljinoj kori iznosi 0,57% po težini i 0,001 miligrama na 1 litar morske vode. Ležišta titanijuma nalaze se na teritoriji: Južnoafričke Republike, Ukrajine, Ruske Federacije, Kazahstana, Japana, Australije, Indije, Cejlona, Brazila i Južne Koreje.

Prema fizičkim svojstvima, titanijum je svetlo srebrnast metal, osim toga, karakteriše ga visoka viskoznost tokom obrade i sklona je lijepljenju za rezni alat, pa se za otklanjanje ovog efekta koriste posebna maziva ili prskanje. Na sobnoj temperaturi prekriven je prozirnim filmom od TiO2 oksida, zbog čega je otporan na koroziju u većini agresivnih sredina, osim na alkalije. Titanijumska prašina ima sposobnost da eksplodira, sa tačkom paljenja od 400 °C. Titanijumske strugotine su zapaljive.

Za pronalazača titanijuma smatra se 28-godišnji engleski monah William Gregor. Godine 1790, dok je obavljao mineraloška istraživanja u svojoj župi, skrenuo je pažnju na rasprostranjenost i neobična svojstva crnog pijeska u dolini Menaken na jugozapadu Britanije i počeo ga istraživati. AT pijesak svećenik je otkrio zrnca crnog sjajnog minerala, privučena običnim magnetom. Dobiven 1925. godine od strane Van Arkela i de Boera jodidnom metodom, ispostavilo se da je najčistiji titan duktilni i tehnološki metal sa mnogim vrijednim svojstvima koja su privukla pažnju širokog spektra dizajnera i inženjera. Croll je 1940. godine predložio magnezijum-termalnu metodu za vađenje titana iz ruda, koja je i danas glavna. Godine 1947. proizvedeno je prvih 45 kg komercijalno čistog titanijuma.

U periodnom sistemu elemenata Mendeljejev Dmitrij Ivanovič titanijum ima serijski broj 22. Atomska masa prirodnog titanijuma, izračunata na osnovu rezultata istraživanja njegovih izotopa, je 47.926. Dakle, jezgro neutralnog atoma titana sadrži 22 protona. Broj neutrona, odnosno neutralnih nenabijenih čestica je različit: češće 26, ali može varirati od 24 do 28. Stoga je broj izotopa titana različit. Sada je poznato ukupno 13 izotopa elementa broj 22. Prirodni titanijum se sastoji od mešavine pet stabilnih izotopa, najzastupljeniji je titan-48, čiji udeo u prirodnim rudama iznosi 73,99%. Titan i drugi elementi IVB podgrupe su po svojstvima vrlo slični elementima IIIB podgrupe (skandijuma grupa), iako se razlikuju od ovih potonjih po svojoj sposobnosti da ispolje veliku valentnost. Sličnost titanijuma sa skandijem, itrijumom, kao i sa elementima VB podgrupe - vanadijumom i niobijumom, izražava se i u činjenici da se titanijum često nalazi u prirodnim mineralima zajedno sa ovim elementima. Sa monovalentnim halogenima (fluor, brom, hlor i jod) može formirati di-tri- i tetra jedinjenja, sa sumporom i elementima njegove grupe (selen, telur) - mono- i disulfide, sa kiseonikom - okside, diokside i triokside. .

Titanijum takođe formira jedinjenja sa vodonikom (hidridi), azotom (nitridi), ugljenikom (karbidi), fosforom (fosfidi), arsenom (arsidi), kao i jedinjenja sa mnogim metalima - intermetalna jedinjenja. Titan tvori ne samo jednostavna, već i brojna složena jedinjenja; poznata su mnoga njegova jedinjenja s organskim tvarima. Kao što se vidi iz liste jedinjenja u kojima titanijum može da učestvuje, on je hemijski veoma aktivan. A u isto vrijeme, titan je jedan od rijetkih metala sa izuzetno visokom otpornošću na koroziju: praktično je vječan na zraku, u hladnoj i kipućoj vodi, vrlo je otporan u morskoj vodi, u otopinama mnogih soli, anorganskih i organskih. kiseline. Po otpornosti na koroziju u morskoj vodi nadmašuje sve metale, osim plemenitih - zlato, platinu itd., većinu vrsta nerđajućeg čelika, nikla, bakra i drugih legura. U vodi, u mnogim agresivnim sredinama, čisti titanijum nije podložan koroziji. Otporan je na titanijumsku i erozijsku koroziju, koja nastaje kao rezultat kombinacije hemijskih i mehaničkih uticaja na. U tom smislu, nije inferioran u odnosu na najbolje kvalitete nehrđajućeg čelika, legura na bazi bakra i drugih konstrukcijskih materijala. Titan je također dobro otporan na zamornu koroziju, koja se često manifestira u vidu narušavanja integriteta i čvrstoće metala (pucanje, lokalni centri korozije, itd.). Ponašanje titanijuma u mnogim agresivnim sredinama, kao što su azot, hlorovodonična, sumporna, "carska voda" i druge kiseline i lužine, je za ovaj metal iznenađujuće i vredno divljenja.

Titanijum je lak metal, njegova gustina na 0°C je samo 4,517 g/cm8, a na 100°C je 4,506 g/cm3. Titan spada u grupu metala sa specifičnom težinom manjom od 5 g/cm3. Ovo uključuje sve alkalne metale (natrijum, kadijum, litijum, rubidijum, cezijum) sa specifičnom težinom od 0,9-1,5 g/cm3, magnezijum (1,7 g/cm3), (2,7 g/cm3) itd. .Titan je više od 1,5 puta teži aluminijum, i u tome, naravno, gubi od njega, ali s druge strane, 1,5 puta je lakši od željeza (7,8 g/cm3). Međutim, zauzimaju srednju poziciju u smislu specifične gustine između aluminijum i gvožđa, titan ih mnogostruko nadmašuje po svojim mehaničkim svojstvima.). Titanijum ima značajnu tvrdoću: 12 puta je tvrđi od aluminijuma, 4 puta žlezda i cuprum. Još jedna važna karakteristika metala je njegova granica tečenja. Što je veći, to su dijelovi od ovog metala bolje otporni na radna opterećenja. Granica tečenja titanijuma je skoro 18 puta veća od one kod aluminijuma. Specifična čvrstoća titanijumskih legura može se povećati za 1,5-2 puta. Njegova visoka mehanička svojstva su dobro očuvana na temperaturama do nekoliko stotina stepeni. Čisti titanijum je pogodan za sve vrste radova u toplim i hladnim uslovima: može se kovati kao gvožđe, povucite i čak napravite žicu od nje, umotajte u limove, trake, u foliju debljine do 0,01 mm.

Za razliku od većine metala, titan ima značajan električni otpor: ako se električna provodljivost srebra uzme kao 100, onda je električna provodljivost cuprum jednak 94, aluminijum - 60, gvožđe i platina-15, dok je titanijum samo 3,8. Titanijum je paramagnetski metal, nije magnetizovan, kao u magnetnom polju, ali nije istisnut iz njega, kao. Njegova magnetska osjetljivost je vrlo slaba, ovo svojstvo se može koristiti u građevinarstvu. Titan ima relativno nisku toplotnu provodljivost, samo 22,07 W/(mK), što je otprilike 3 puta niže od toplotne provodljivosti gvožđa, 7 puta magnezijuma, 17-20 puta aluminijuma i bakra. U skladu s tim, koeficijent linearnog toplinskog širenja titana je niži od koeficijenta drugih konstrukcijskih materijala: na 20 C, on je 1,5 puta manji od željeza, 2 - za bakar i skoro 3 - za aluminij. Dakle, titanijum je loš provodnik struje i toplote.

Otkriće TiO2 gotovo istovremeno i nezavisno su napravili Englez W. Gregor i njemački hemičar M. G. Klaproth. W. Gregor, istražujući sastav magnetne žlijezde pijesak(Creed, Cornwall, Engleska, 1791), izolovao je novu "zemlju" (oksid) nepoznatog metala, koji je nazvao menaken. Godine 1795. njemački hemičar Klaproth otkrio je u mineral rutil novi element i nazvao ga titanijumom. Dvije godine kasnije, Klaproth je ustanovio da su rutilni i menakenski oksidi oksidi istog elementa, iza kojih je ostao naziv "titanijum" koji je predložio Klaproth. Nakon 10 godina, otkriće titanijuma dogodilo se po treći put. Francuski naučnik L. Vauquelin otkrio je titan u anatazu i dokazao da su rutil i anataz identični titanijum oksidi.

Otkriće TiO2 gotovo istovremeno i nezavisno su napravili Englez W. Gregor i njemački hemičar M. G. Klaproth. W. Gregor, proučavajući sastav magnetnog ferruginskog pijeska (Creed, Cornwall, Engleska, 1791), izolovao je novu "zemlju" (oksid) nepoznatog metala, koji je nazvao menaken. Godine 1795. njemački hemičar Klaproth otkrio je u mineral rutil novi element i nazvao ga titanijumom. Dvije godine kasnije, Klaproth je ustanovio da su rutil i menaken zemlja oksidi istog elementa, iza kojih je ostao naziv "titanijum" koji je predložio Klaproth. Nakon 10 godina, otkriće titanijuma dogodilo se po treći put. Francuski naučnik L. Vauquelin otkrio je titan u anatazu i dokazao da su rutil i anataz identični titanijum oksidi.

Titanijum je 10. najzastupljeniji u prirodi. Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,57% mase, u morskoj vodi 0,001 mg/l. U ultrabazičnim stijenama 300 g/t, u bazičnim stijenama 9 kg/t, u kiselim stijenama 2,3 kg/t, u glinama i škriljcima 4,5 kg/t. U zemljinoj kori titan je skoro uvek četvorovalentan i prisutan je samo u jedinjenjima kiseonika. Ne javlja se u slobodnom obliku. Titanijum u uslovima vremenskih uslova i padavina ima geohemijski afinitet prema Al2O3. Koncentrisan je u boksitima kore trošenja i u morskim glinovitim sedimentima. Prijenos titana se vrši u obliku mehaničkih fragmenata minerala iu obliku koloida. U nekim glinama se akumulira i do 30% TiO2 po težini. Minerali titanijuma otporni su na vremenske uslove i formiraju velike koncentracije u naslagama. Poznato je više od 100 minerala koji sadrže titanijum. Najvažniji od njih su: rutil TiO2, ilmenit FeTiO3, titanomagnetit FeTiO3 + Fe3O4, perovskit CaTiO3, titanit CaTiSiO5. Postoje primarne rude titana - ilmenit-titanomagnetit i placer - rutil-ilmenit-cirkon.

Glavne rude: ilmenit (FeTiO3), rutil (TiO2), titanit (CaTiSiO5).

U 2002. godini, 90% iskopanog titana korišteno je za proizvodnju titan dioksida TiO2. Svjetska proizvodnja titan dioksida iznosila je 4,5 miliona tona godišnje. Dokazane rezerve titanijum dioksida (bez Ruska Federacija) iznose oko 800 miliona tona.Za 2006. godinu, prema Geološkom zavodu SAD-a, u smislu titanijum dioksida i isključujući Ruska Federacija, rezerve ruda ilmenita iznose 603-673 miliona tona, a rutila - 49,7-52,7 miliona tona.Tako će po sadašnjoj stopi proizvodnje dokazanih svjetskih rezervi titanijuma (bez Ruske Federacije) trajati više od 150 godina.

Rusija ima druge najveće svjetske rezerve titanijuma nakon Kine. Baza mineralnih resursa titana u Ruskoj Federaciji sastoji se od 20 ležišta (od kojih je 11 primarnih i 9 aluvijalnih), prilično ravnomjerno raspoređenih po cijeloj zemlji. Najveće od istraženih nalazišta (Yaregskoye) nalazi se 25 km od grada Ukhta (Republika Komi). Rezerve ležišta se procjenjuju na 2 milijarde tona rude sa prosječnim sadržajem titan dioksida od oko 10%.

Najveći svjetski proizvođač titanijuma ruska organizacija"VSMPO-AVISMA".

Po pravilu, polazni materijal za proizvodnju titana i njegovih spojeva je titan dioksid sa relativno malom količinom nečistoća. Konkretno, to može biti koncentrat rutila koji se dobija tokom pročišćavanja titanijumskih ruda. Međutim, rezerve rutila u svijetu su vrlo ograničene, a sve češće se koristi tzv. sintetički rutil ili titanijumska šljaka, dobijena preradom koncentrata ilmenita. Da bi se dobila titanijumska troska, koncentrat ilmenita se redukuje u elektrolučnoj peći, dok se gvožđe odvaja u metalnu fazu (), a ne redukovani titanijum oksidi i nečistoće formiraju fazu troske. Bogata šljaka se prerađuje metodom klorida ili sumporne kiseline.

U čistom obliku iu obliku legura

Titanijumski spomenik Gagarinu na Lenjinskom prospektu u Moskvi

metal se primenjuje u: hemijskoj industrija(reaktori, cjevovodi, pumpe, cjevovodna armatura), vojni industrija(panciri, oklopi i protivpožarne barijere u avijaciji, trupovi podmornica), industrijski procesi (postrojenja za desalinizaciju, procesi celuloza i papir), automobilska industrija, poljoprivredna industrija, prehrambena industrija, nakit za piercing, medicinska industrija (proteze, osteoproteze), dentalni i endodontski instrumenti, zubni implantati, sportska roba, predmeti za trgovinu nakitom (Aleksandar Khomov), mobilni telefoni, lake legure itd. Najvažniji je konstruktivni materijal u avionskoj, raketnoj i brodogradnji.

Titanijum je dodatak za legiranje u mnogim legiranim materijalima čelika i većina specijalnih legura.

Nitinol (nikl-titan) je legura sa pamćenjem oblika koja se koristi u medicini i tehnologiji.

Aluminidi titana su veoma otporni na oksidaciju i otporni na toplotu, što je zauzvrat odredilo njihovu upotrebu u vazduhoplovstvu i automobilskoj industriji kao konstrukcijskih materijala.

Titan je jedan od najčešćih getter materijala koji se koristi u visokovakumskim pumpama.

Bijeli titan dioksid (TiO2) koristi se u bojama (kao što je titan bijela), kao iu proizvodnji papira i plastike. Dodatak hrani E171.

Organotitanijumska jedinjenja (npr. tetrabutoksititanijum) se koriste kao katalizatori i učvršćivači u hemijskoj industriji i industriji boja.

Neorganska jedinjenja titana koriste se u hemijskoj, elektronskoj industriji, industriji staklenih vlakana kao aditivi ili premazi.

Titanijum karbid, titan diborid, titan karbonitrid su važne komponente supertvrdih materijala za obradu metala.

Titan nitrid se koristi za premazivanje alata, crkvenih kupola i u izradi bižuterije, jer. ima boju sličnu .

Barijum titanat BaTiO3, olovo titanat PbTiO3 i niz drugih titanata su feroelektrici.

Postoji mnogo legura titanijuma sa različitim metalima. Legirajući elementi se dijele u tri grupe, ovisno o njihovom utjecaju na temperaturu polimorfne transformacije: beta stabilizatori, alfa stabilizatori i neutralni učvršćivači. Prvi snižavaju temperaturu transformacije, drugi je povećavaju, a drugi na nju ne utiču, već dovode do očvršćavanja matrice rastvorom. Primjeri alfa stabilizatora: , kisik, ugljik, dušik. Beta stabilizatori: molibden, vanadijum, gvožđe, hrom, Ni. Neutralni učvršćivači: cirkonijum, silicijum. Beta stabilizatori se, pak, dijele na beta-izomorfne i beta-eutektoidne formacije. Najčešća legura titana je legura Ti-6Al-4V (VT6 u ruskoj klasifikaciji).

Godine 2005 čvrsto Titanium Corporation objavila je sljedeću procjenu potrošnje titana u svijetu:

13% - papir;

7% - mašinstvo.

15-25 dolara po kilogramu, u zavisnosti od čistoće.

Čistoća i kvaliteta grubog titana (titanijum sunđera) obično se određuju njegovom tvrdoćom, koja zavisi od sadržaja nečistoća. Najčešći brendovi su TG100 i TG110.

Tržišni segment robe široke potrošnje trenutno je najbrže rastući segment tržišta titanijuma. Dok je prije 10 godina ovaj segment bio samo 1-2 na tržištu titanijuma, danas je narastao na 8-10 tržišta. Sveukupno, potrošnja titana u industriji robe široke potrošnje rasla je otprilike dvostruko brže od cjelokupnog tržišta titana. Upotreba titanijuma u sportu je najdugovječnija i drži najveći udio u upotrebi titana u proizvodima široke potrošnje. Razlog popularnosti titana u sportskoj opremi je jednostavan - omogućava vam da dobijete omjer težine i snage superiorniji od bilo kojeg drugog metala. Upotreba titanijuma u biciklima počela je pre oko 25-30 godina i bila je to prva upotreba titanijuma u sportskoj opremi. Uglavnom se koriste cijevi od legure Ti3Al-2.5V ASTM razreda 9. Ostali dijelovi napravljeni od titanijumskih legura uključuju kočnice, lančanike i opruge sedišta. Upotreba titanijuma u proizvodnji palica za golf prvi put je počela kasnih 80-ih i ranih 90-ih od strane proizvođača palica u Japanu. Do 1994-1995, ova primjena titanijuma bila je praktički nepoznata u SAD-u i Evropi. To se promijenilo kada je Callaway predstavio svoj Ruger titanijumski štap, nazvan Great Big Bertha, na tržište. Zbog očiglednih prednosti i dobro osmišljenog marketinga iz Callaway-a, titanijumski štapići su odmah postali hit. U kratkom vremenskom periodu, palice od titanijuma su od ekskluzivnog i skupog inventara male grupe špekulanata prešle na široku upotrebu od strane većine igrača golfa, dok su i dalje skuplje od čeličnih palica. Naveo bih glavne, po mom mišljenju, trendove u razvoju tržišta golfa koje je za kratkih 4-5 godina prešlo od visokotehnološke do masovne proizvodnje, prateći put drugih industrija sa visokim troškovima rada kao što su kao proizvodnja odjeće, igračaka i potrošačke elektronike, ušla je i proizvodnja palica za golf zemlje sa najjeftinijom radnom snagom prvo u Tajvan, pa u Kinu, a sada se grade fabrike u zemljama sa još jeftinijom radnom snagom, kao što su Vijetnam i Tajland, titan se definitivno koristi za vozače, gde njegovi vrhunski kvaliteti daju jasnu prednost i opravdavaju višu Cijena. Međutim, titan još nije našao veliku upotrebu na kasnijim klubovima, jer značajno povećanje troškova nije praćeno odgovarajućim poboljšanjem igre. Trenutno se vozači uglavnom proizvode sa kovanim udarnim licem, kovanim ili livenim vrhom i lijevano dno Nedavno je Professional Golf ROA omogućio povećanje gornje granice takozvanog povratnog faktora, u vezi s čime će svi proizvođači klubova pokušati povećati opružna svojstva udarne površine. Da biste to učinili, potrebno je smanjiti debljinu udarne površine i za to koristiti jače legure, kao što su SP700, 15-3-3-3 i VT-23. Sada se fokusirajmo na upotrebu titanijuma i njegovih legura na drugoj sportskoj opremi. Cijevi za trkaće bicikle i ostali dijelovi su napravljeni od ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V legure. Iznenađujuće značajna količina titanijumske ploče koristi se u proizvodnji noževa za ronjenje. Većina proizvođača koristi leguru Ti6Al-4V, ali ova legura ne pruža izdržljivost ivica oštrice kao druge jače legure. Neki proizvođači prelaze na korištenje legure BT23.

Mnogi su zainteresovani za pomalo misteriozan i neu potpunosti shvaćen titanijum - metal čija su svojstva pomalo dvosmislena. Metal je i najjači i najlomljiviji.

Najjači i najlomljiviji metal

Otkrila su ga dva naučnika sa razlikom od 6 godina - Englez W. Gregor i Nemac M. Klaproth. Ime titana asocira, s jedne strane, na mitske titane, natprirodne i neustrašive, s druge strane na Titaniju, kraljicu vila.
Ovo je jedan od najčešćih materijala u prirodi, ali je proces dobivanja čistog metala posebno težak.

22 hemijski element Tablica D. Mendeljejeva Titan (Ti) pripada 4. grupi 4. perioda.

Boja titanijuma je srebrno bijela sa izraženim sjajem. Njegovi naglasci svjetlucaju svim duginim bojama.

Jedan je od vatrostalnih metala. Topi se na +1660°C (±20°). Titan je paramagnetičan: nije magnetiziran u magnetskom polju i nije istisnut iz njega.
Metal karakterizira niska gustoća i visoka čvrstoća. Ali posebnost ovog materijala leži u činjenici da čak i minimalne nečistoće drugih kemijskih elemenata radikalno mijenjaju njegova svojstva. U prisustvu beznačajnog udjela drugih metala, titan gubi otpornost na toplinu, a minimum nemetalnih tvari u njegovom sastavu čini leguru krhkom.
Ova karakteristika određuje prisustvo 2 vrste materijala: čistog i tehničkog.

Čisti titanijum se koristi tamo gde je potrebna veoma lagana supstanca koja može da izdrži velika opterećenja i ultravisoke temperaturne opsege.
Tehnički materijal se koristi gdje se vrednuju parametri kao što su lakoća, čvrstoća i otpornost na koroziju.

Supstanca ima svojstvo anizotropije. To znači da metal može promijeniti svoje fizičke karakteristike na osnovu primijenjene sile. Ovu osobinu treba uzeti u obzir pri planiranju upotrebe materijala.

Titan gubi snagu i pri najmanjem prisustvu nečistoća drugih metala u njemu.

Provedene studije svojstava titanijuma u normalnim uslovima potvrđuju njegovu inertnost. Supstanca ne reaguje na elemente u okolnoj atmosferi.
Promjena parametara počinje kada temperatura poraste na +400°C i više. Titanijum reaguje sa kiseonikom, može se zapaliti u azotu, apsorbuje gasove.
Ova svojstva otežavaju dobijanje čiste supstance i njenih legura. Proizvodnja titanijuma zasniva se na upotrebi skupe vakuumske opreme.

Titanijum i konkurencija drugim metalima

Ovaj metal se stalno uspoređuje sa legurama aluminija i željeza. Mnoga hemijska svojstva titanijuma su znatno bolja od onih konkurenata:

U pogledu mehaničke čvrstoće, titan nadmašuje željezo 2 puta, a aluminij 6 puta. Njegova snaga raste sa padom temperature, što se ne primjećuje kod konkurenata.
Antikorozivne karakteristike titanijuma su znatno veće od onih drugih metala.
Na sobnoj temperaturi, metal je apsolutno inertan. Ali kada temperatura poraste iznad +200°C, tvar počinje apsorbirati vodonik, mijenjajući svoje karakteristike.
Na višim temperaturama titanijum reaguje sa drugim hemijskim elementima. Ima visoku specifičnu čvrstoću, koja je 2 puta veća od svojstava najboljih legura željeza.
Antikorozivna svojstva titanijuma znatno nadmašuju svojstva aluminijuma i nerđajućeg čelika.
Supstanca je loš provodnik električne energije. Otpornost titanijuma je 5 puta veća od gvožđa, 20 puta veća od aluminijuma i 10 puta veća od magnezijuma.
Titanijum karakteriše niska toplotna provodljivost, to je zbog niskog koeficijenta toplotnog širenja. To je 3 puta manje od željeza i 12 puta manje od aluminija.

Kako se dobija titanijum?

Materijal zauzima 10. mjesto po rasprostranjenosti u prirodi. Postoji oko 70 minerala koji sadrže titan u obliku titanske kiseline ili njegovog dioksida. Najčešći od njih i koji sadrže visok postotak metalnih derivata:

ilmenit;
rutil;
anataza;
perovskit;
brookite.

Glavna nalazišta titanovih ruda nalaze se u SAD, Velikoj Britaniji, Japanu, veliki depoziti otvorene su u Rusiji, Ukrajini, Kanadi, Francuskoj, Španiji, Belgiji.

Iskopavanje titanijuma je skup i radno intenzivan proces

Dobijanje metala od njih je veoma skupo. Naučnici su razvili 4 načina za proizvodnju titanijuma, od kojih svaki radi i efikasno se koristi u industriji:

Metoda magnezijuma. Ekstrahovane sirovine koje sadrže nečistoće titana se prerađuju i dobija se titan dioksid. Ova supstanca se podvrgava hlorisanju u rudniku ili hlorinatorima soli pri povećanju temperaturni režim. Proces je vrlo spor i izvodi se u prisustvu ugljeničnog katalizatora. U ovom slučaju, čvrsti dioksid se pretvara u plinovitu tvar - titan tetraklorid. Dobiveni materijal se reducira magnezijem ili natrijem. Legura nastala tokom reakcije se podvrgava zagrijavanju u vakuumskoj jedinici do ultravisokih temperatura. Kao rezultat reakcije dolazi do isparavanja magnezija i njegovih spojeva s hlorom. Na kraju procesa dobija se materijal nalik spužvi. Topi se i dobija se titanijum visokog kvaliteta.
Hidridno-kalcijum metoda. Ruda je podvrgnuta hemijska reakcija i dobiti titanijum hidrid. Sljedeća faza je razdvajanje tvari na komponente. Titan i vodonik se oslobađaju tokom zagrijavanja u vakuumskim postrojenjima. Na kraju procesa dobija se kalcijum oksid koji se ispere slabim kiselinama. Prve dvije metode odnose se na industrijsku proizvodnju. Oni omogućavaju dobijanje čistog titanijuma u najkraćem mogućem roku uz relativno niske troškove.
metoda elektrolize. Jedinjenja titanijuma su izložena jakoj struji. Ovisno o sirovini, spojevi se dijele na komponente: hlor, kiseonik i titan.
Jodidna metoda ili rafinacija. Titanov dioksid dobijen iz minerala poliva se jodnom parom. Kao rezultat reakcije nastaje titan jodid, koji se zagrijava na visoku temperaturu - + 1300 ... + 1400 ° C i djeluje na njega strujni udar. U isto vrijeme, komponente su izolirane iz izvornog materijala: jod i titan. Metal dobijen ovom metodom nema nečistoća i aditiva.

Područja upotrebe

Upotreba titanijuma zavisi od stepena njegovog pročišćavanja od nečistoća. Prisutnost čak i male količine drugih kemijskih elemenata u sastavu legure titana radikalno mijenja njene fizičke i mehaničke karakteristike.

Titanijum sa određenom količinom nečistoća naziva se tehničkim. Ima visoku stopu otpornosti na koroziju, lagan je i vrlo izdržljiv materijal. Njegova primjena ovisi o ovim i drugim pokazateljima.

U hemijskoj industriji titanijum i njegove legure koriste se za proizvodnju izmjenjivača topline, cijevi različitih promjera, fitinga, kućišta i dijelova za pumpe različite namjene. Supstanca je neophodna na mjestima gdje je potrebna visoka čvrstoća i otpornost na kiseline.
Na transport titanijum se koristi za proizvodnju delova i sklopova bicikala, automobila, železničkih vagona i vozova. Upotreba materijala smanjuje težinu voznog parka i automobila, čini dijelove bicikla lakšim i jačim.
Titanijum je važan u pomorskom odeljenju. Od njega se izrađuju dijelovi i elementi trupa za podmornice, propeleri za čamce i helikoptere.
U građevinskoj industriji koristi se legura cink-titanijum. Koristi se kao završni materijal za fasade i krovove. Ova vrlo jaka legura ima važno svojstvo: može se koristiti za izradu arhitektonskih detalja najfantastičnije konfiguracije. Može imati bilo koji oblik.
U poslednjoj deceniji, titanijum se široko koristi u naftnoj industriji. Njegove legure se koriste u proizvodnji opreme za ultra-duboko bušenje. Materijal se koristi za proizvodnju opreme za proizvodnju nafte i plina na morskim policama.

Titanijum ima veoma širok spektar primena.

Čisti titanijum ima svoju upotrebu. Potreban je tamo gdje je potrebna otpornost na visoke temperature i istovremeno se mora održati čvrstoća metala.

Primjenjuje se u :

zrakoplovna i svemirska industrija za proizvodnju kožnih dijelova, trupova, zatvarača, šasija;
lijek za protetiku i proizvodnju srčanih zalistaka i drugih uređaja;
tehnika za rad u kriogenom području (ovdje koriste svojstvo titana - sa smanjenjem temperature, čvrstoća metala se povećava i njegova plastičnost se ne gubi).

U procentima, upotreba titana za proizvodnju raznih materijala izgleda ovako:

60% se koristi za proizvodnju boja;
plastika troši 20%;
13% se koristi u proizvodnji papira;
mašinstvo troši 7% dobijenog titanijuma i njegovih legura.

Sirovine i proces dobivanja titana su skupi, troškovi njegove proizvodnje nadoknađuju se i isplaćuju vijekom trajanja proizvoda od ove tvari, njegovom sposobnošću da ne mijenja svoj izgled tijekom cijelog perioda rada.

TITAN I NJEGOVE LEGURE

Titan spada u grupu vatrostalnih metala, njegova tačka topljenja je 1668°C. Titanijum ima dve alotropske modifikacije α i ß. Modifikacija α je niskotemperaturna i postoji kada se zagrije na 882,5°C, ima heksagonalnu rešetku. Na temperaturi od 882,5°C, α-modifikacija se pretvara u ß-modifikaciju, koja ima kubičnu rešetku usmjerenu na tijelo. Sa prelaskom α-titanijuma u ß-titanijum, volumen metala se donekle smanjuje, a električna provodljivost naglo raste.

Glavne prednosti titanijuma su gustina (4,5 g/cm3), visoka otpornost na koroziju i visoka mehanička čvrstoća. Unatoč činjenici da je titan kemijski vrlo aktivan i lako reagira s velikim brojem elemenata, ima visoku otpornost na koroziju zbog zaštitnog efekta snažnog i gustog oksidnog filma koji se formira na njegovoj površini. U većini korozivnih okruženja, titan i njegove legure imaju veću otpornost od čelika i aluminija otpornog na kiseline.

Uvođenjem legirajućih elemenata moguće je dobiti legure visoke mehaničke čvrstoće. Glavni legirajući elementi su Al, Sn, Mn, Cr, Mo, V. Legirajući elementi utiču na stabilnost alotropskih modifikacija titana. U skladu sa uticajem legirajućih elemenata na alotropske transformacije, legure titana se klasifikuju prema svojoj strukturi na sledeći način:

1) legure a-titanijuma, čija se struktura sastoji od α-faze (na primjer, legura VT5-1);

2) α + ß - legure u čijoj strukturi su prisutne obe faze (VTZ-1, VT6);

3) ß - legure čiju strukturu čini mehanički stabilna ß - faza (VT15); dvofazne (α + ß)-legure i ß-legure, za razliku od α-legura, ojačavaju se termičkom obradom.

Titanijumske legure imaju ne samo veću mehaničku čvrstoću, već i veću otpornost na koroziju od čistog titanijuma. Titan i njegove legure su pogodne za vruću i hladnu obradu pod pritiskom, dobro su zavarene u inertnoj sredini, ali imaju niska svojstva antifrikcije i, u poređenju sa čelikom, manje se obrađuju rezanjem.

Legure titanijuma imaju široku primenu u vazduhoplovnoj i raketnoj tehnici, u hemijskoj industriji, obojenoj metalurgiji i drugim industrijama gde je upotreba legura titanijuma određena njihovim vrednim antikorozivnim svojstvima. Dakle, titanijumski izmjenjivači topline koji rade u dušičnoj kiselini imaju stopu korozije 60 puta nižu od sličnih izmjenjivača topline od nehrđajućeg čelika. Titanijum se koristi za izradu opreme za industriju hlora, propelera itd.

Titan (Ti) (Titanium) - hemijski element sa serijskim brojem 22 u periodičnom sistemu elemenata D.I. Mendeljejev, atomska težina 47,88, svijetli srebrno-bijeli metal. Gustina 4, 51 g/s m³, tpl.=1668+ (-)5°S, tbp.=3260°S.

U pogledu gustine i specifičnog toplotnog kapaciteta, titanijum zauzima srednju poziciju između dva glavna strukturna metala: aluminijuma i gvožđa. Također je vrijedno napomenuti da je njegova mehanička čvrstoća oko dva puta veća od čistog željeza i skoro šest puta veća od aluminija. Ali titan može aktivno apsorbirati kisik, dušik i vodik, što naglo smanjuje plastična svojstva metala. Sa ugljenikom, titanijum formira vatrostalne karbide visoke tvrdoće.

Titanijum ima nisku toplotnu provodljivost, koja je 13 puta manja od toplotne provodljivosti aluminijuma i 4 puta manja od gvožđa. Koeficijent toplinskog širenja na sobnoj temperaturi je relativno mali, povećava se s povećanjem temperature.

Moduli elastičnosti titanijuma su mali i pokazuju značajnu anizotropiju. Kako temperatura raste do 350°C, moduli elastičnosti opadaju gotovo linearno. Mala vrijednost modula elastičnosti titanijuma je njegov značajan nedostatak, jer u nekim slučajevima, da bi se dobile dovoljno krute konstrukcije, potrebno je koristiti velike presjeke proizvoda u odnosu na one koji proizlaze iz uvjeta čvrstoće.

Titanijum ima prilično visoku električnu otpornost, koja se, u zavisnosti od sadržaja nečistoća, kreće od 42·10-8 do 80·10-6 Ohm·cm. Na temperaturama ispod 0,45 K, on postaje supravodnik.

Titanijum je paramagnetski metal. U paramagnetnim supstancama, magnetska osjetljivost se obično smanjuje kada se zagrijavaju. Titan je izuzetak od ovog pravila - njegova osjetljivost značajno raste s temperaturom.

Za komercijalne vrste titanijuma VT-00 i VT1-0, gustina je približno 4,32 g/s m³. Titanijum i legure titana kombinuju lakoću, čvrstoću, visoku otpornost na koroziju, nizak koeficijent toplotnog širenja, sposobnost rada u širokom temperaturnom opsegu (od -290°C do 600°C).

Metal ima niz korisnih svojstava koja ga čine jednim od glavnih materijala u određenim industrijama. Valjani titan se koristi u raketogradnji i avionogradnji, hemijskoj industriji, brodogradnji, mašinstvu

Na primjer, titanijumski lim i titanijumska šipka se koriste u stvaranju trupova nuklearnih podmornica;
cijevi od titana se koriste u kemijskoj industriji zbog svojih visokih antikorozivnih karakteristika i kemijske inertnosti na reagense;
Titanijumska žica se koristi kao žica za punjenje za izradu okvira, kalupa, tijela od strateških legura titanijuma.

titanijumska žicačesto se koristi u medicinskoj industriji, posebno u stomatologiji. Korisna svojstva valjanih proizvoda od titana uključuju visoku mehaničku čvrstoću, otpornost na koroziju (otporna u mnogim kemijski aktivnim sredinama), otpornost na toplinu (tmelt = 1668 ° C), kao i nisku gustoću (4,505 g / cm 3). Glavna fizička i hemijska svojstva titanijuma mogu se videti u ovoj tabeli. Ali titanijum ima i svojih nedostataka. Jedan od glavnih nedostataka je visoka cijena proizvodnje. Topljenje titanijuma može se vršiti samo u vakuumu ili okruženju inertnog gasa, jer. ovaj metal aktivno stupa u interakciju (posebno u tekućem stanju) sa svim plinovima koji čine atmosferu. Takođe, proizvodi od titana imaju loša svojstva protiv trenja, visoku podložnost krtosti vodikom i koroziji soli, lošu obradivost i zavarljivost.

Osnova za proizvodnju tehničkog titana i njegovih legura je titanijumski sunđer dobijen magnezijum-termalnom metodom. Titanijumski sunđer je porozna siva supstanca sa nasipnom gustinom od 1,5-2,0 g/cm 3 i veoma visokim viskozitetom.

U zavisnosti od sadržaja nečistoća, tehnički titanijum se deli na nekoliko razreda: GR1 (najčistiji titanijum), GR2 (zagađeniji).

Legure titanijuma

Legure titana igraju važnu ulogu u vazduhoplovnoj tehnologiji, gde je cilj da se dobije najlakši dizajn u kombinaciji sa potrebnom čvrstoćom. Titanijum je lagan u poređenju sa drugim metalima, ali u isto vreme može da radi na visokim temperaturama (vidi sliku 2). Legure titana koriste se za izradu kože, dijelova za pričvršćivanje, pogonskog sklopa, dijelova šasije i raznih jedinica. Takođe, ovi materijali se koriste u konstrukciji avionskih mlaznih motora. To vam omogućava da smanjite njihovu težinu za 10-25%. Legure titana se koriste za proizvodnju diskova i lopatica kompresora, dijelova za usis zraka i vodeće lopatice, te pričvršćivača.

Titanijum i njegove legure se takođe koriste u raketnoj nauci. S obzirom na kratkotrajni rad motora i brzi prolazak gustih slojeva atmosfere u raketnoj nauci, problemi zamorne čvrstoće, statičke izdržljivosti i djelimično puzanja su u velikoj mjeri otklonjeni.

Tehnički titan nije pogodan za primjenu u zrakoplovstvu zbog svoje nedovoljno visoke otpornosti na toplinu, ali zbog izuzetno visoke otpornosti na koroziju u nekim slučajevima je nezamjenjiv u kemijskoj industriji i brodogradnji. Tako se koristi u proizvodnji kompresora i pumpi za pumpanje agresivnih medija kao što su sumporna i hlorovodonična kiselina i njihove soli, cjevovodi, ventili, autoklavi, razni kontejneri, filteri itd. Samo titan ima otpornost na koroziju u medijima kao što su vlažni hlor, vodene i kisele otopine hlora, pa se od ovog metala proizvodi oprema za industriju hlora. Titan se koristi za izradu izmjenjivača topline koji rade u korozivnim sredinama, na primjer, u dušičnoj kiselini (ne dima). U brodogradnji, titan se koristi za proizvodnju propelera, oplata brodova, podmornica, torpeda itd. Školjke se ne lijepe za titan i njegove legure, što naglo povećava otpor posude kada se kreće.

Legure titana obećavaju upotrebu u mnogim drugim aplikacijama, ali njihova upotreba u tehnologiji je ograničena visokim troškovima i nedostatkom titanijuma.

Trenutno je poznat prilično veliki izbor titanijumskih legura, koji se razlikuju po hemijskom sastavu, mehaničkim i tehnološkim svojstvima. Najčešće korišćeni legirajući elementi u legurama titanijuma su aluminijum, vanadijum, molibden, mangan, hrom, silicijum, kalaj, cirkonijum i gvožđe.

Titanijumska legura VT5 sadrži, pored titanijuma, 5% aluminijuma. Ima veće karakteristike čvrstoće u odnosu na titanijum, ali je njegova proizvodnost niska. Legura je kovana, valjana, štancana i dobro zavarena.

Od titanijuma (legure) VT5 dobijaju se titanijumske šipke, titanijumska žica i titanijumske cevi. Koristi se u proizvodnji delova koji rade na temperaturama do 400°C.

Titanijumska legura VT5-1 pored 5% aluminijuma sadrži 2-3% kalaja. Lim poboljšava svoja tehnološka svojstva. Legura titanijuma VT5-1 koristi se za proizvodnju svih vrsta poluproizvoda dobijenih obradom pod pritiskom: titanijumskih limova, ploča, otkovaka, štancanja, profila, titanijumskih cevi i titanijumske žice. Namijenjen je za proizvodnju proizvoda koji rade u širokom temperaturnom rasponu: od kriogenih do 450 °C.

Legure titana OT4 i OT4-1, pored titanijuma, sadrže aluminijum i mangan. Imaju visoku tehnološku plastičnost (dobro se deformišu u toplom i hladnom stanju) i dobro se zavaruju svim vrstama zavarivanja. Titanijum ovih klasa je uglavnom namenjen za proizvodnju titanijumskih limova, traka i traka, kao i titanijumskih šipki, otkovaka, profila i titanijumskih cevi. Od titanijumskih legura OT4 i OT4-1, dijelovi se izrađuju zavarivanjem, štancanjem i savijanjem, radeći do temperature od 350 ° C. Ove legure imaju nedostatke: 1) relativno nisku čvrstoću i otpornost na toplotu; 2) veća sklonost vodoničnom krtošću. U leguri PT3V, mangan je zamijenjen vanadijem.

Titanijumska legura VT20 razvijena je kao jača legura lima u odnosu na VT5-1. Stvrdnjavanje legure VT20 nastaje zbog njenog legiranja, pored aluminijuma, sa cirkonijumom i malim količinama molibdena i vanadija. Tehnološka plastičnost legure VT20 je niska zbog visokog sadržaja aluminija. Titanijum BT20 karakteriše visoka otpornost na toplotu. Dobro zavari, čvrstoća zavarenog spoja jednaka je čvrstoći osnovnog metala. Legura je namijenjena za proizvodnju proizvoda koji rade dugo na temperaturama do 500 °C.

Titanijumska legura VT3-1 pripada sistemu Ti - Al - Cr - Mo - Fe - Si. Obično se podvrgava izotermnom žarenju. Takvo žarenje osigurava najveću termičku stabilnost i maksimalnu duktilnost. Legura VT3-1 jedna je od najsavladanijih u proizvodnji legura. Dizajniran je za kontinuirani rad na 400 - 450 °C; to je legura otporna na toplinu s prilično visokom dugotrajnom čvrstoćom. Iz njega se isporučuju titanijumske šipke, profili, ploče, otkovci, štancani.

Titanijum i njegove legure

Titanijum se topi na temperaturi od 1660°C, alotropan, štetne nečistoće N, C, O, H. TiO2 film štiti titanijum od oksidacije, korozije u bilo kojoj vodi, nekim kiselinama. Topi se, sipa, zavaruje u okruženju argona i podvrgava se OMD-u. Limovi, cijevi, profili i žice izrađuju se od titanijuma. Njegove legure sa Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si, Ga, Ge, La, Nb, Ta, Zr, W, Mo, Co, Si imaju povećanu čvrstoću, otpornost na toplotu, otpornost na koroziju. tretiran.

Legure titana su deformisane, livene, izrađene od praha, kaljene, kaljene, dobro obrađene.

Kovane legure titanijuma:

− ά – legure: VT5, VT-5-1, OT-4;

− ά – β legure: VT-6, VT14, VT8; BT15

Livene legure: VT5L, VT6L, VT14L, VT3-1L

Legure titanijuma u prahu se dobijaju iz prahova presovanjem, čvrste su i duktilne.

Legure titanijuma koriste se za izradu omotača aviona, morskih plovila, podmornica, školjki raketa, motora, delova turbina, kompresora, propelera, cilindara za tečne gasove, kontejnera za hemikalije i mnogih drugih proizvoda. Legure titana mogu biti podvrgnute žarenju, kaljenju, starenju i hladnom tretmanu. Žarenje α - legura vrši se na 800 - 850 0S, a α + β - legura - na 750 -800 0S. Vakuumsko žarenje omogućava smanjenje sadržaja vodika, što dovodi do povećanja udarne čvrstoće, smanjenja oštećenja i pucanja.

Pri visokoj koncentraciji legirajućeg elementa i stvrdnjavanju pojavljuje se martenzitna α׀׀ - faza s rombičnom rešetkom i ω - faza sa heksagonalnom strukturom. U procesu starenja očvrsle legure očvršćavaju zbog razgradnje α׀׀ i β - faza. Kovane legure titana su dobro obrađene pritiskom u vrućem stanju, zavarene i imaju visoku otpornost na koroziju.

Karakteristike titanijuma su mala gustina 4,51 kg/dm3, visoka čvrstoća koja se održava do 6000C i otpornost na koroziju. Oni definišu obim njegove primjene. Legure titana kombinuju visoku čvrstoću (σV= 800-1500 MPa) sa dobrom duktilnošću (δ= 12-25%), relativno dobrom otpornošću na toplotu do 600-7000S, visokom otpornošću na koroziju u mnogim agresivnim medijima osim HCL, HF. α-titanijumske legure ne stare i koriste se u kriogenim instalacijama do temperatura helijuma (-2720C). Jedan od nedostataka titanijumskih legura je njihova loša obradivost reznim alatima.

Titanijum. Izum titanijuma. Titanijum i njegove legure.

Za pronalazača titanijuma smatra se 28-godišnji engleski monah William Gregor. 1790. godine, dok je obavljao mineraloška istraživanja u svojoj župi, skrenuo je pažnju na rasprostranjenost i neobična svojstva crnog pijeska u dolini Menaken na jugozapadu Engleske i počeo ga istraživati. U pijesku je svećenik pronašao zrnca crnog sjajnog minerala, privučena običnim magnetom. Dobiven 1925. godine od strane Van Arkel i de Boera jodidnom metodom, ispostavilo se da je najčišći titan duktilni i tehnološki metal s mnogim vrijednim svojstvima koja su privukla pažnju širokog spektra dizajnera i inženjera. Croll je 1940. godine predložio magnezijum-termalnu metodu za vađenje titana iz ruda, koja je i danas glavna. Godine 1947. proizvedeno je prvih 45 kg komercijalno čistog titanijuma.

Titanijum takođe formira jedinjenja sa vodonikom (hidridi), azotom (nitridi), ugljenikom (karbidi), fosforom (fosfidi), arsenom (arsidi), kao i jedinjenja sa mnogim metalima - intermetalna jedinjenja. Titan tvori ne samo jednostavna, već i brojna složena jedinjenja; poznata su mnoga njegova jedinjenja s organskim tvarima. Kao što se vidi iz liste jedinjenja u kojima titanijum može da učestvuje, on je hemijski veoma aktivan. A u isto vrijeme, titan je jedan od rijetkih metala sa izuzetno visokom otpornošću na koroziju: praktično je vječan na zraku, u hladnoj i kipućoj vodi, vrlo je otporan u morskoj vodi, u otopinama mnogih soli, anorganskih i organskih. kiseline. Po otpornosti na koroziju u morskoj vodi nadmašuje sve metale, osim plemenitih - zlato, platinu itd., većinu vrsta nerđajućeg čelika, nikla, bakra i drugih legura. U vodi, u mnogim agresivnim sredinama, čisti titanijum nije podložan koroziji. Otporan na titanijum i erozijsku koroziju koja je rezultat kombinacije hemijskih i mehaničkih efekata na metal. U tom smislu, nije inferioran u odnosu na najbolje kvalitete nehrđajućeg čelika, legura na bazi bakra i drugih konstrukcijskih materijala. Titan je također dobro otporan na zamornu koroziju, koja se često manifestira u vidu narušavanja integriteta i čvrstoće metala (pucanje, lokalni centri korozije, itd.). Ponašanje titanijuma u mnogim agresivnim sredinama, kao što su azot, hlorovodonična, sumporna, "carska voda" i druge kiseline i lužine, je za ovaj metal iznenađujuće i vredno divljenja.

Titanijum je lak metal, njegova gustina na 0°C je samo 4,517 g/cm8, a na 100°C je 4,506 g/cm3. Titan spada u grupu metala sa specifičnom težinom manjom od 5 g/cm3. Ovo uključuje sve alkalne metale (natrijum, kadijum, litijum, rubidijum, cezijum) sa specifičnom težinom od 0,9–1,5 g/cm3, magnezijum (1,7 g/cm3), aluminijum (2,7 g/cm3) itd. Titanijum je više od 1,5 puta teži od aluminijuma, iu tome, naravno, gubi od njega, ali je 1,5 puta lakši od gvožđa (7,8 g/cm3). Međutim, zauzimajući međupoziciju između aluminijuma i gvožđa po specifičnoj gustoći, titan ih višestruko nadmašuje po svojim mehaničkim svojstvima.). Titanijum ima značajnu tvrdoću: 12 puta je tvrđi od aluminijuma, 4 puta tvrđi od gvožđa i bakra. Još jedna važna karakteristika metala je njegova granica tečenja. Što je veći, to su dijelovi od ovog metala bolje otporni na radna opterećenja. Granica tečenja titanijuma je skoro 18 puta veća od one kod aluminijuma. Specifična čvrstoća titanijumskih legura može se povećati za faktor 1,5-2. Njegova visoka mehanička svojstva su dobro očuvana na temperaturama do nekoliko stotina stepeni. Čisti titan je pogodan za sve vrste prerade u toplom i hladnom stanju: može se kovati poput gvožđa, vuče pa čak i praviti žicu, valjati u limove, trake i folije debljine do 0,01 mm.

Danas se legure titana široko koriste u vazduhoplovnoj tehnologiji. Legure titana su prvi put korištene u industrijskim razmjerima u konstrukciji mlaznih motora aviona. Upotreba titanijuma u dizajnu mlaznih motora omogućava smanjenje njihove težine za 10...25%. Konkretno, diskovi i lopatice kompresora, dijelovi za usis zraka, vodeće lopatice i pričvršćivači izrađeni su od legura titanijuma. Legure titanijuma su neophodne za nadzvučne avione. Povećanje brzina letenja aviona dovelo je do povećanja temperature kože, usled čega aluminijumske legure više ne ispunjavaju zahteve koje nameće vazduhoplovna tehnologija pri nadzvučnim brzinama. Temperatura kože u ovom slučaju dostiže 246...316 °C. U ovim uslovima, legure titana su se pokazale kao najprihvatljiviji materijal. U 70-im godinama, upotreba legura titanijuma za konstrukciju civilnih aviona značajno se povećala. U srednjem avionu TU-204, ukupna masa dijelova od titanijumskih legura je 2570 kg. Upotreba titanijuma u helikopterima se postepeno širi, uglavnom za delove sistema glavnog rotora, pogona i upravljačkog sistema. U raketnoj nauci važno mjesto zauzimaju legure titanijuma.
Zbog visoke otpornosti na koroziju u morskoj vodi, titan i njegove legure se koriste u brodogradnji za proizvodnju propelera, brodskih oplata, podmornica, torpeda itd. Školjke se ne lijepe za titan i njegove legure, što naglo povećava otpor posude kada se kreće. Postepeno, područja primjene titanijuma se šire. Titan i njegove legure koriste se u hemijskoj, petrohemijskoj, celulozno-papirnoj i prehrambenoj industriji, obojenoj metalurgiji, energetici, elektronici, nuklearnoj tehnologiji, galvanizaciji, u proizvodnji oružja, za proizvodnju oklopnih ploča, hirurških instrumenata, hirurški implantati, postrojenja za desalinizaciju, dijelovi za trkaće automobile, sportska oprema (golf palice, oprema za penjanje), dijelovi za satove, pa čak i nakit. Nitriranje titana dovodi do stvaranja zlatnog filma na njegovoj površini, koji po ljepoti nije inferioran od pravog zlata.

Titanijum i njegove legure posjeduju visoku otpornost na koroziju u atm. stanja, slatke i morske vode, rastvora većine hlorida, hipohlorita, hlor dioksida i mnogih drugih. mineralne soli to-t i na normalnim i na povišenim temperaturama. Titan i njegove legure također imaju visoku otpornost na koroziju u kiselim oksidacijama. sredinama (azotnim i hromiranim, itd.) iu rastvoru alkalija. U neoksidirajućim, kiselinama (sumporna, hlorovodonična), titan ima zadovoljavajuće dejstvo. otpornost na koroziju pri normalnoj temperaturi i koncentracija na-t do 8-10%. S povećanjem temperature, koncentracije to-t i alkalija, brzina korozije titana naglo se povećava. Za sumpornu kiselinu uočene su dvije maksimalne stope korozije, koje odgovaraju koncentracijama od 40 i 75%. U 40% sumpornoj kiselini proces korozije teče oslobađanjem vodika; ovu vrstu kiseline karakterizira najveća električna provodljivost i najveća koncentracija vodikovih iona. U 75% rastvoru proces korozije je praćen redukcijom sumporne kiseline u H3S i slobodni sumpor, a pri visokim koncentracijama (80-90%) oslobađa se SO2 i slobodni sumpor. U fosfornoj kiselini, titan je relativno otporniji i zadržava visoku otpornost na koroziju do 30% rastvora; sa povećanjem koncentracije, brzina korozije se povećava. Aditivi oksidirajućih sredstava (K2Cr207; HNOs; Fe + + +; Cu + +) naglo smanjuju brzinu korozije titana i njegovih legura u hlorovodoničnom i sumpornom kiselinom.

Titanijum: α- titanijum- heksagonalni, β- titanijum- kubni...