Fizičke karakteristike i svojstva jednog od najtvrđih metala - titanijuma. Titanijum je metal. svojstva titanijuma. Primjena titanijuma. Kvalitete i hemijski sastav titanijuma
1metal.com Metalurško tržište 1metal.com Kratke informacije o titanijumu i njegovim legurama ukrajinskih kompanija na platformi za trgovinu metalima 1metal.com 4,6 zvjezdica na osnovu 95
Titanijum i njegove legureTitanijumširoko rasprostranjen u zemljinoj kori, gde ga sadrži oko 6%, a po rasprostranjenosti zauzima četvrto mesto posle aluminijuma, gvožđa i magnezijuma. Međutim, industrijski način njegovog vađenja razvijen je tek 40-ih godina dvadesetog stoljeća. Zahvaljujući napretku u oblasti proizvodnje aviona i raketa, intenzivno se razvija proizvodnja titanijuma i njegovih legura. To je zbog kombinacije tako vrijednih svojstava titana kao što su niska gustoća, visoka specifična čvrstoća (s u /r × g), otpornost na koroziju, obradivost u obradi pod pritiskom i zavarljivost, otpornost na hladnoću, nemagnetičnost i niz drugih vrijednih fizičkih i mehaničkih karakteristika navedenih u nastavku.
Karakteristike fizičkih i mehaničkih svojstava titanijuma (VT1-00)
| Gustina r, kg/m3 | 4,5 × 10 -3 |
| Temperatura topljenja T pl , °C | 1668±4 |
| Koeficijent linearne ekspanzije a × 10 –6 , stepen –1 | 8,9 |
| Toplotna provodljivost l , W/(m × deg) | 16,76 |
| Vlačna čvrstoća s in, MPa | 300–450 |
| Uslovna granica tečenja s 0,2 , MPa | 250–380 |
| Specifična snaga (s in /r×g)× 10 –3 , km | 7–10 |
| Relativno izduženje d, % | 25–30 |
| Relativna kontrakcija Y , % | 50–60 |
| Modul normalne elastičnosti E´ 10 –3 , MPa | 110,25 |
| Modul smicanja G´ 10 –3 , MPa | 41 |
| Poissonov omjer m, | 0,32 |
| Tvrdoća HB | 103 |
| Čvrstoća udara KCU, J/cm2 | 120 |
Titanijum ima dve polimorfne modifikacije: a-titanijum sa heksagonalnom zbijenom rešetkom sa tačkama a= 0,296 nm, sa= 0,472 nm i visokotemperaturna modifikacija b-titanijuma sa kubičnom telo centriranom rešetkom sa periodom a\u003d 0,332 nm na 900 ° C. Temperatura polimorfne a "b-transformacije je 882 ° C.
Mehanička svojstva titana značajno zavise od sadržaja nečistoća u metalu. Postoje intersticijske nečistoće - kiseonik, dušik, ugljik, vodonik i zamjenske nečistoće, koje uključuju željezo i silicijum. Iako nečistoće povećavaju čvrstoću, one istovremeno naglo smanjuju duktilnost, a najjače negativno djelovanje imaju intersticijske nečistoće, posebno plinovi. Sa uvođenjem samo 0,003% H, 0,02% N ili 0,7% O, titan u potpunosti gubi sposobnost plastične deformacije i postaje krt.
Posebno je štetan vodonik, koji uzrokuje vodikovo krhkost legura titanijuma. Vodik ulazi u metal tokom topljenja i naknadne obrade, posebno tokom kiseljenja poluproizvoda. Vodik je slabo rastvorljiv u a-titanijumu i formira lamelarne hidridne čestice, koje smanjuju udarnu čvrstoću i posebno su negativne u testovima odloženog loma.
Industrijska metoda za proizvodnju titanijuma sastoji se od obogaćivanja i hlorisanja titanijumske rude, nakon čega sledi njeno dobijanje iz titanijum tetrahlorida metalnim magnezijumom (magnezijum termalna metoda). Dobija se ovom metodom titanijumski sunđer(GOST 17746-79), u zavisnosti od hemijskog sastava i mehaničkih svojstava, proizvode se sledeće vrste:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-T V (vidi tabelu 17.1). Brojevi označavaju tvrdoću po Brinellu HB, T B - tvrdo.
Da bi se dobio monolitni titan, spužva se melje u prah, presuje i sinteruje ili pretopi u lučnim pećima u vakuumu ili atmosferi inertnog gasa.
Mehanička svojstva titanijuma karakteriše dobra kombinacija čvrstoće i duktilnosti. Na primjer, komercijalno čisti titanijum VT1-0 ima: s in = 375–540 MPa, s 0,2 = 295–410 MPa, d ³ 20%, a ove karakteristike nisu inferiorne u odnosu na broj ugljičnih i Cr-Ni čelika otpornih na koroziju.
Visoka duktilnost titana u poređenju sa drugim metalima sa hcp rešetkom (Zn, Mg, Cd) objašnjava se velikim brojem sistema klizanja i twinning sistema zbog malog omjera sa/a= 1.587. Očigledno je to razlog visoke otpornosti na hladnoću titanijuma i njegovih legura (pogledajte poglavlje 13 za detalje).
Kada temperatura poraste na 250 ° C, čvrstoća titana se smanjuje za gotovo 2 puta. Međutim, Ti-legure otporne na toplinu nemaju jednake po specifičnoj čvrstoći u temperaturnom rasponu od 300–600 °C; na temperaturama iznad 600°C legure titanijuma su inferiorne od legura na bazi gvožđa i nikla.
Titanijum ima nizak modul normalne elastičnosti ( E= 110,25 GPa) - skoro 2 puta manje od željeza i nikla, što otežava proizvodnju krutih konstrukcija.
Titan je jedan od reaktivnih metala, ali ima visoku otpornost na koroziju, jer se na njegovoj površini formira stabilan pasivni film TiO 2 koji je čvrsto vezan za osnovni metal i isključuje njegov direktan kontakt sa korozivnom okolinom. Debljina ovog filma obično doseže 5-6 nm.
Zbog oksidnog filma, titan i njegove legure ne korodiraju u atmosferi, u slatkoj i morskoj vodi, otporni su na kavitacijsku koroziju i koroziju pod stresom, kao i na organske kiseline.
Proizvodnja proizvoda od titanijuma i njegovih legura ima niz tehnoloških karakteristika. Zbog visoke hemijske aktivnosti rastaljenog titana, njegovo topljenje, livenje i elektrolučno zavarivanje se obavljaju u vakuumu ili u atmosferi inertnih gasova.
Prilikom tehnološkog i operativnog zagrevanja, posebno iznad 550–600 °C, potrebno je preduzeti mere zaštite titanijuma od oksidacije i zasićenja gasom (alfa sloj) (videti pogl. 3).
Titan se dobro obrađuje pritiskom u toplom stanju i zadovoljavajuće u hladnom. Lako se valja, kuje, štanca. Titanijum i njegove legure su dobro zavarene otpornim i argon-lučnim zavarivanjem, obezbeđujući visoku čvrstoću i duktilnost zavarenog spoja. Nedostatak titanijuma je loša obradivost zbog lepljenja, niska toplotna provodljivost i loša svojstva protiv trenja.
Glavna svrha legiranja titanijumskih legura je povećanje čvrstoće, otpornosti na toplinu i otpornosti na koroziju. Široka primjena pronađene legure titanijuma sa aluminijumom, hromom, molibdenom, vanadijem, manganom, kalajem i drugim elementima. Legirajući elementi imaju veliki uticaj na polimorfne transformacije titana.
Tabela 17.1
Kvalitete, hemijski sastav (%) i tvrdoća spužvastog titana (GOST 17746–79)
| Ti, ne manje | Tvrdoća HB, 10/1500/30, ne više |
||||||||
Tabela 17.2
Kvalitete i hemijski sastav (%) kovanih legura titanijuma (GOST 19807–91)
| Notacija | ||||||||||||||
Bilješka. Zbir ostalih nečistoća u svim legurama je 0,30%, u leguri VT1-00 - 0,10%.
Na formiranje strukture, a time i na svojstva legura titanijuma, odlučujuće utiču fazne transformacije povezane sa polimorfizmom titanijuma. Na sl. 17.1 prikazani su dijagrami dijagrama stanja "elementa legure titana", koji odražavaju podjelu legirajućih elemenata prema prirodi njihovog utjecaja na polimorfne transformacije titana u četiri grupe.
a - Stabilizatori(Al, O, N), koji povećavaju temperaturu polimorfne transformacije a "b i proširuju raspon čvrstih rastvora na bazi a-titanijuma (Sl. 17.1, a). S obzirom na efekat krtosti dušika i kisika, samo je aluminij od praktičnog značaja za legiranje titana. Glavni je legirajući element u svim industrijskim legurama titanijuma, smanjuje njihovu gustinu i sklonost krtosti vodikom, a takođe povećava čvrstoću i modul elastičnosti. Legure sa stabilnom a-strukturom ne očvršćavaju se termičkom obradom.
Izomorfni b-stabilizatori (Mo, V, Ni, Ta, itd.), koji snižavaju temperaturu "b-transformacije i proširuju raspon čvrstih rastvora na bazi b-titana (Sl. 17.1, b).
B-stabilizatori koji tvore eutektoide (Cr, Mn, Cu, itd.) mogu sa titanom formirati intermetalna jedinjenja tipa TiX. U ovom slučaju, kada se ohladi, b-faza prolazi kroz eutektoidnu transformaciju b ® a + TiX (slika 17.1, in). Većina
b-stabilizatori povećavaju čvrstoću, otpornost na toplinu i toplinsku stabilnost titanovih legura, donekle smanjujući njihovu duktilnost (slika 17.2.). Osim toga, legure sa (a + b) i pseudo-b strukturom mogu se očvrsnuti termičkom obradom (otvrdnjavanje + starenje).
Neutralni elementi (Zr, Sn) ne utiču značajno na temperaturu polimorfne transformacije i ne menjaju fazni sastav titanijumskih legura (Sl. 17.1, G).
Polimorfna b ® a -transformacija se može dogoditi na dva načina. Uz sporo hlađenje i veliku pokretljivost atoma, odvija se prema uobičajenom mehanizmu difuzije sa formiranjem poliedarske strukture čvrstog a-rastvora. Sa brzim hlađenjem - bezdifuzijskim martenzitnim mehanizmom sa formiranjem igličaste martenzitne strukture, označene sa ¢ ili sa višim stepenom legiranja - a ¢ ¢ . Kristalna struktura a , a ¢ , a ¢ ¢ je praktično istog tipa (HCP), međutim, rešetka a ¢ i a ¢ ¢ je više izobličena, a stepen izobličenja raste sa povećanjem koncentracije legirajućih elemenata. Postoje dokazi [1] da je rešetka a ¢ ¢ -faze više ortorombna nego heksagonalna. Kada su faze starenja a ¢ i a ¢ ¢ odvojene b-faza ili intermetalna faza.
Rice. 17.1. Dijagrami stanja sistema "elementa legure tilana" (šeme):
a) "Ti-a-stabilizatori";
b) “Ti-izomorfni b-stabilizatori”;
in) "B-stabilizatori koji tvore ti-eutektoide";
G) "Ti-neutralni elementi"
Rice. 17.2. Utjecaj legirajućih elemenata na mehanička svojstva titanijuma
Za razliku od martenzita ugljičnih čelika, koji je intersticijsko rješenje i karakterizira ga visoka čvrstoća i krtost, titanov martenzit je zamjensko rješenje, a gašenje legura titana za martenzit a ¢ dovodi do blagog stvrdnjavanja i nije praćeno naglim smanjenjem plastičnosti. .
Fazne transformacije koje nastaju pri sporom i brzom hlađenju legura titanijuma sa različitim sadržajem b-stabilizatora, kao i nastale strukture, prikazane su generalizovanim dijagramom (Sl. 17.3). Vrijedi za izomorfne b-stabilizatore (slika 17.1, b) i, uz određenu aproksimaciju, za b-stabilizatore koji formiraju eutektoide (slika 17.1, in), budući da je eutektoidno raspadanje u ovim legurama vrlo sporo i može se zanemariti.
Rice. 17.3. Šema promjene faznog sastava legura "Ti-b-stabilizator" ovisno o brzini
hlađenje i stvrdnjavanje iz b-regije
Uz sporo hlađenje u legurama titanijuma, u zavisnosti od koncentracije b-stabilizatora, mogu se dobiti strukture: a, a + b ili b, respektivno.
Prilikom kaljenja kao rezultat martenzitne transformacije u temperaturnom opsegu M n -M k (prikazano isprekidanom linijom na slici 17.3), treba razlikovati četiri grupe legura.
U prvu grupu spadaju legure sa koncentracijom b-stabilizujućih elemenata do C 1, odnosno legure koje pri gašenju iz b-regije imaju isključivo ¢ (a ¢ ¢)-strukturu. Nakon gašenja ovih legura iz područja temperatura (a + b) u rasponu od polimorfne transformacije do T 1, njihova struktura je mješavina faza a ¢ (a ¢ ¢), a i b, a nakon gašenja na temperaturama ispod T cr imaju (a + b)-strukturu.
Drugu grupu čine legure sa koncentracijom legirajućih elemenata od C 1 do C cr, kod kojih, kada se gaše iz b-regije, martenzitna transformacija ne dolazi do kraja i imaju strukturu a ¢ (a ¢ ¢ ) i b. Legure ove grupe nakon gašenja od temperatura od polimorfne transformacije do T kr imaju strukturu a ¢ (a ¢ ¢), a i b, i sa temperaturama ispod T cr - struktura (a + b).
Stvrdnjavanje legura treće grupe sa koncentracijom b-stabilizujućih elemenata od C cr do C 2 od temperatura u b-regiji ili od temperatura od polimorfne transformacije do T 2 je praćeno transformacijom dijela b-faze u w-fazu, a legure ovog tipa nakon gašenja imaju strukturu (b + w). Legure treće grupe nakon stvrdnjavanja na nižim temperaturama T 2 imaju strukturu (b + a).
Legure četvrte grupe nakon gašenja od temperatura iznad polimorfne transformacije imaju isključivo b-strukturu, a od temperatura ispod polimorfne transformacije - (b + a).
Treba napomenuti da se transformacije b ® b + w mogu javiti kako pri kaljenju legura sa koncentracijom (S cr –S 2), tako i tokom starenja legura sa koncentracijom većom od C 2 koje imaju metastabilnu b-fazu. . U svakom slučaju, prisustvo w-faze je nepoželjno, jer se jako krti. legure titanijuma. Preporučeni režimi termičke obrade isključuju njegovo prisustvo u industrijskim legurama ili njegov izgled u radnim uslovima.
Za legure titanijuma koriste se sledeće vrste termičke obrade: žarenje, otvrdnjavanje i starenje, kao i hemijsko-termička obrada (nitriranje, silikonizacija, oksidacija itd.).
Žarenje se vrši za sve legure titanijuma u cilju kompletiranja formiranja strukture, nivelisanja strukturne i koncentracione heterogenosti, kao i mehaničkih svojstava. Temperatura žarenja bi trebala biti viša od temperature rekrisalizacije, ali niža od temperature prijelaza u b-stanje ( T pp) za sprečavanje rasta zrna. Prijavite se konvencionalno žarenje, dvostruko ili izotermno(za stabilizaciju strukture i svojstava), nepotpuna(za ublažavanje unutrašnjih naprezanja).
Kašenje i starenje (termička obrada otvrdnjavanjem) primjenjivo je na legure titana sa (a + b) strukturom. Princip termičke obrade otvrdnjavanjem je dobijanje metastabilnih faza b , a ¢ , a ¢ ¢ tokom gašenja i njihovo naknadno raspadanje sa oslobađanjem dispergovanih čestica a - i b - faza tokom veštačkog starenja. U ovom slučaju, učinak jačanja zavisi od vrste, količine i sastava metastabilnih faza, kao i od finoće čestica a- i b-faze koje nastaju nakon starenja.
Hemijsko-termička obrada se provodi radi povećanja tvrdoće i otpornosti na habanje, otpornosti na "zahvaćanje" pri radu u uvjetima trenja, čvrstoće na zamor, kao i poboljšanja otpornosti na koroziju, otpornosti na toplinu i otpornosti na toplinu. Nitriranje, silikonizacija i neke vrste difuzijske metalizacije imaju praktičnu primjenu.
Legure titana, u poređenju sa tehničkim titanom, imaju veću čvrstoću, uključujući i na visokim temperaturama, uz održavanje dovoljno visoke duktilnosti i otpornosti na koroziju.
Marke i hemijski sastav domaćih
legure (GOST 19807–91) prikazane su u tabeli. 17.2.
Prema tehnologiji proizvodnje, legure titana se dijele na kovane i livene; prema nivou mehaničkih svojstava - za legure niske čvrstoće i visoke duktilnosti, srednji snaga, visoka čvrstoća; prema uslovima korišćenja - na otporan na hladnoću, otporan na toplotu, otporan na koroziju . Prema sposobnosti stvrdnjavanja termičkom obradom dijele se na očvrsnuo i neočvrsli, prema strukturi u žarenom stanju - u a -, pseudo-a -, (a + b) -, pseudo-b - i b-legure (tablica 17.3).
Odvojene grupe titanijumskih legura razlikuju se po vrijednosti koeficijenta uvjetne stabilizacije Kb, koji pokazuje omjer sadržaja b-stabilizirajućeg legirajućeg elementa i njegovog sadržaja u leguri kritičnog sastava sa cr. Kada legura sadrži nekoliko b-stabilizujućih elemenata, njihova Kb sažeo.
< 700 MPa, i to: a - legure razreda VT1-00, VT1-0 (tehnički titanijum) i legure OT4-0, OT4-1 (Ti-Al-Mn sistem), AT3 (Ti-Al sistem sa malim dodacima Cr , Fe, Si, B), koji se odnose na pseudo-a-legure sa malom količinom b-faze. Karakteristike čvrstoće ovih legura su veće od čistog titanijuma zbog nečistoća u legurama VT1-00 i VT1-0 i blagog legiranja sa a- i b-stabilizatorima u legurama OT4-0, OT4-1, AT3.
Ove legure odlikuju se visokom duktilnošću kako u toplom tako iu hladnom stanju, što omogućava dobijanje svih vrsta poluproizvoda: folija, traka, limova, ploča, otkovaka, štancanja, profila, cevi itd. poluproizvodi od ovih legura dati su u tab. 17.4–17.6.
Tabela 17.3
Klasifikacija titanijumskih legura prema strukturi
| Grupa legure | Legure |
| VT1-00, VT1-0, VT5, VT5-1, PT-7M |
|
| Pseudo-a-legure | OT4-0, OT4-1, OT4, VT20, AT3 |
| (a + b)-martenzitna klasa ( Kb= 0,3–0,9) | VT6S, VT6, VT14, VT8, VT9, PT-3V, VT3-1, AT3 |
| (a + b)-Legura prelazne klase ( Kb= 1,0–1,4) | |
| Pseudo-b-legure ( Kb= 1,5–2,4) | VT35*, VT32*, VT15 |
| b-legure ( Kb= 2,5–3,0) |
* Eksperimentalne legure.
Tabela 17.4
Mehanička svojstva limova od legura titanijuma (GOST 22178-76)
| Klase titanijuma | Stanje uzorka | debljina lima, | Vlačna čvrstoća, s in, MPa | Relativno istezanje, d, % |
| žareno | ||||
| St. 6.0–10.5 | ||||
| St. 6.0–10.5 | ||||
| žareno | ||||
| St. 6.0–10.5 | ||||
| St. 6.0–10.5 | ||||
| St. 6.0–10.5 | ||||
| 885 (885–1080) | ||||
| žareno | 885 (885–1050) | |||
| St. 5.0–10.5 | 835 (835–1050) | |||
| tempered and | ||||
| St. 7.0–10.5 | ||||
| žareno | 930 (930–1180) | |||
| St. 4.0–10.5 | ||||
| žareno | 980 (980–1180) | |||
| St. 4.0–10.5 | ||||
Bilješka. Cifre u zagradama su za listove sa visokom završnom obradom površine.
Tabela 17.5
Mehanička svojstva šipki od legura titanijuma (GOST 26492-85)
| Legure | Država | Prečnik šipke | Limit | Relativno | Relativno | udaraljke |
| Annealed | ||||||
| Annealed | ||||||
| Annealed | 885 (905–1050) | |||||
| 835 (835–1050) | ||||||
| Očvrsnuo i ostario | ||||||
| Annealed | ||||||
| Očvrsnuo i ostario | ||||||
| Annealed | 930 (980–1230) | |||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (980–1230) | ||||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (1030–1230) | ||||||
| 930 (980–1230) | ||||||
| Annealed | 885 (885–1080) | |||||
| 865 (865–1080) | ||||||
| Očvrsnuo i ostario | ||||||
| Annealed | 885 (930–1130) | |||||
| 885 (885–1130) | ||||||
| 1030 (1080–1230) | ||||||
| 1030 (1080–1280) | ||||||
Bilješka. Podaci u zagradama su za trake većeg kvaliteta.
Tabela 17.6
Mehanička svojstva ploča od legure titana (GOST 23755-79)
| Legure | Država | debljina ploče, | Vlačna čvrstoća s in, MPa | Relativno izduženje d, % | Relativna kontrakcija y , % | Čvrstoća udara KCU, J/cm2 |
| Bez | ||||||
| žareno | ||||||
| žareno | ||||||
| Očvrsnuo i ostario | ||||||
| žareno | ||||||
| Bez termičke obrade | ||||||
Kovanje, volumetrijsko i štancanje limova, valjanje, prešanje se izvode u vrućem stanju prema režimima navedenim u tabeli. 17.7. Završno valjanje, štancanje limova, izvlačenje i druge operacije izvode se u hladnom stanju.
Ove legure i proizvodi od njih se podvrgavaju samo žarenju prema načinima navedenim u tabeli. 17.8. Nepotpuno žarenje se koristi za ublažavanje unutrašnjih naprezanja nastalih obradom, štancanjem limova, zavarivanjem itd.
Ove legure su dobro zavarene fuzionim zavarivanjem (argon-luk, potopljeni luk, elektrošljaka) i kontaktom (tačkasto, valjak). Kod zavarivanja fuzijom, čvrstoća i duktilnost zavarenog spoja su gotovo iste kao i kod osnovnog metala.
Otpornost na koroziju ovih legura je visoka u mnogim medijima (morska voda, hloridi, alkalije, organske kiseline itd.), osim u rastvorima HF, H 2 SO 4 , HCl i nekih drugih.
Aplikacija. Ove legure se široko koriste kao konstrukcijski materijali za proizvodnju gotovo svih vrsta poluproizvoda, dijelova i konstrukcija, uključujući i zavarene. Njihova najefikasnija upotreba je u vazduhoplovstvu, u hemijskom inženjerstvu, u kriogenom inženjerstvu (tabela 17.9.), kao i u jedinicama i konstrukcijama koje rade na temperaturama do 300-350°C.
Ova grupa uključuje legure sa vlačnom čvrstoćom s in = 750–1000 MPa, i to: a - legure razreda VT5 i VT5-1; pseudo-a-legure razreda OT4, VT20; (a + b)-legure razreda PT3V, kao i VT6, VT6S, VT14 u žarenom stanju.
Legure VT5, VT5-1, OT4, VT20, PT3V, VT6S, koje sadrže malu količinu b-faze (2-7% b-faze u ravnotežnom stanju), ne podvrgavaju se termičkoj obradi stvrdnjavanja i koriste se u žarenom stanju. Legura VT6S se ponekad koristi u termički očvrslom stanju. Legure VT6 i VT14 koriste se kako u žarenom, tako iu termički očvrslom stanju. U potonjem slučaju njihova čvrstoća postaje veća od 1000 MPa, te će se razmatrati u dijelu o legurama visoke čvrstoće.
Razmatrane legure, uz povećanu čvrstoću, zadržavaju zadovoljavajuću duktilnost u hladnom stanju i dobru duktilnost u vrućem, što omogućava da se od njih dobiju sve vrste poluproizvoda: limovi, trake, profili, otkovci, štancani. , cijevi i dr. Izuzetak je legura VT5, od koje se limovi i ploče ne proizvode zbog niske tehnološke plastičnosti. Načini obrade toplim pritiskom dati su u tabeli. 17.7.
Ova kategorija legura čini najveći dio proizvodnje poluproizvoda koji se koriste u mašinstvu. Mehaničke karakteristike glavnih poluproizvoda date su u tabeli. 17.4–17.6.
Sve legure srednje čvrstoće su dobro zavarene svim vrstama zavarivanja za titanijum. Čvrstoća i duktilnost zavarenog spoja napravljenog zavarivanjem topljenjem bliska je čvrstoći i duktilnosti osnovnog metala (za legure VT20 i VT6S ovaj omjer je 0,9-0,95). Nakon zavarivanja preporučuje se nepotpuno žarenje kako bi se smanjila unutrašnja naprezanja zavarivanja (tablica 17.8).
Obradivost ovih legura je dobra. Otpornost na koroziju u većini agresivnih okruženja slična je tehničkom titanijumu VT1-0.
Tabela 17.7
Načini vrućeg oblikovanja titanijumskih legura
| Legure | Način kovanja ingota | Način kovanja pre | Pritisnite način žigosanja | Režim štancanja čekićem | Mode |
|||||||||
| temperaturu | debljina, | temperaturu | temperaturu | temperaturu | temperaturu |
|||||||||
| završetak | završetak | završetak | završetak |
|||||||||||
| Sve | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 850 | 40–50** | |||||||||||||
| Sve | ||||||||||||||
* Stepen deformacije za jedno zagrijavanje, %.
** Deformacija u (a + b) području.
*** Deformacija u b-regiji.
Tabela 17.8
Načini žarenja za legure titanijuma
| Legure | Temperatura žarenja, °C | Bilješka |
|
| Listovi | Šipke, otkovci, štancani, |
||
| 445–585 ° C* |
|||
| 445–585 ° C* |
|||
| 480–520 ° C* |
|||
| 520–560 ° C* |
|||
| 545–585 ° C* |
|||
| Izotermno žarenje: zagrijavanje na 870-920°C, držanje, hlađenje na 600-650°C, hlađenje peći ili prijenos u drugu peć, držanje 2 h, hlađenje na zraku |
|||
| Dvostruko žarenje, držanje na 550-600°C 2-5 sati Žarenje na 850°C, zračno hlađenje je dozvoljeno za energetske dijelove |
|||
| 550–650 ° C* |
|||
| Žarenje je dozvoljeno prema režimima: 1) zagrevanje do 850°C, držanje, hlađenje u peći do 750°C, držanje 3,5 sata, hlađenje na vazduhu; 2) zagrevanje do 800°C, držanje 30 min, hlađenje u rerni do 500°C, zatim na vazduhu |
|||
| Dvostruko žarenje, ekspozicija na 570–600 ° C - 1 h. Dozvoljeno je izotermno žarenje: zagrijavanje do 920–950°C, držanje, hlađenje peći ili prebacivanje u drugu peć na temperaturi od 570–600°C, zadržavanje 1 h, hlađenje na zraku |
|||
| Dvostruko žarenje, ekspozicija na 530–580 °C - 2–12 h. Dozvoljeno je izotermno žarenje: zagrijavanje do 950-980°C, držanje, hlađenje peći ili prebacivanje u drugu peć sa temperaturom od 530-580°C, držanje 2-12 h, hlađenje na zraku |
|||
| 550–650 ° C* |
|||
| Dozvoljeno je izotermno žarenje: zagrijavanje do 790–810°C, držanje, hlađenje peći ili prebacivanje u drugu peć do 640–660°C, držanje 30 min, hlađenje na zraku |
|||
| Žarenje listova je dozvoljeno na 650–750 ° C, (600–650 ° C)* |
|||
| (u zavisnosti od sekcije i vrste poluproizvoda) | Hlađenje u pećnici brzinom od 2–4 °C/min do 450 °C, zatim na zraku. Dvostruko žarenje, izlaganje na 500–650 °C 1–4 sata Dvostruko žarenje je dozvoljeno za dijelove koji rade na temperaturama do 300 °C i trajanju do 2000 h |
||
| (545–585°C*) |
|||
* Nepotpune temperature žarenja.
Tabela 17.9
Mehaničke karakteristike titanijumskih legura na niskim temperaturama
| s in (MPa) na temperaturi, ° C | d (%) na temperaturi, °C | KCU, J/cm 2 na temperaturi, °C |
||||||
Aplikacija. Ove legure se preporučuju za izradu proizvoda štancanjem limova (OT4, VT20), za zavarene dijelove i sklopove, za žigosane dijelove (VT5, VT5-1, VT6S, VT20) itd. Legura VT6S se široko koristi za proizvodnja posuda i posuda pod pritiskom. Dijelovi i sklopovi izrađeni od legura OT4, VT5 mogu raditi dugo vremena na temperaturama do 400 ° C i kratko - do 750 ° C; od legura VT5-1, VT20 - dugo vremena na temperaturama do 450–500 ° C i kratko vrijeme - do 800–850 ° C. Legure VT5-1, OT4, VT6S se također preporučuju za upotrebu u hlađenju i kriogena tehnologija (tabela 17.9).
U ovu grupu spadaju legure zatezne čvrstoće s > 1000 MPa, odnosno (a + b) legure razreda VT6, VT14, VT3-1, VT22. Visoka čvrstoća ovih legura postiže se termičkom obradom kaljenja (otvrdnjavanje + starenje). Izuzetak je visokolegirana legura VT22, koja čak iu žarenom stanju ima s B > 1000 MPa.
Ove legure, uz visoku čvrstoću, zadržavaju dobru (VT6) i zadovoljavajuću (VT14, VT3-1, VT22) tehnološku duktilnost u vrućem stanju, što omogućava da se od njih dobijaju različiti poluproizvodi: limovi (osim VT3- 1), šipke, ploče, otkovci, štancani, profili itd. Načini vrućeg oblikovanja dati su u tabeli. 17.7. Legure VT6 i VT14 u žarenom stanju (s in » 850 MPa) mogu se podvrgnuti hladnom kovanju limova uz male deformacije. Mehaničke karakteristike glavnih poluproizvoda u žarenom i očvrslom stanju date su u tabeli. 17.4–17.6.
Unatoč heterofaznoj strukturi, razmatrane legure imaju zadovoljavajuću zavarljivost svim vrstama zavarivanja titanijuma. Da bi se osigurala potrebna razina čvrstoće i duktilnosti, potrebno je potpuno žarenje, a za leguru VT14 (s debljinom zavarenih dijelova od 10–18 mm) preporučuje se kaljenje nakon čega slijedi starenje. U ovom slučaju, čvrstoća zavarenog spoja (fuziono zavarivanje) iznosi najmanje 0,9 čvrstoće osnovnog metala. Duktilnost zavarenog spoja je bliska duktilnosti osnovnog metala.
Obradivost je zadovoljavajuća. Mašinska obrada legura može se izvoditi i u žarenom i u termički očvrslom stanju.
Ove legure imaju visoku otpornost na koroziju u žarenom i termički očvrslom stanju u vlažnoj atmosferi, morskoj vodi i u mnogim drugim agresivnim okruženjima, poput komercijalnog titana.
Termičku obradu . Legure VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 su podvrgnute kaljenju i starenju (vidi gore). Preporučeni načini grijanja za stvrdnjavanje i starenje za monolitne proizvode, poluproizvode i zavarene dijelove dati su u tabeli. 17.10.
Hlađenje tokom gašenja vrši se u vodi, a nakon starenja - na vazduhu. Potpuna kaljivost je obezbeđena za delove izrađene od legura VT6, VT6S sa maksimalnim poprečnim presekom do 40–45 mm, a od legura VT3-1, VT14, VT22 - do 60 mm.
Da bi se osigurala zadovoljavajuća kombinacija čvrstoće i duktilnosti legura sa (a + b) strukturom nakon kaljenja i starenja, potrebno je da se njihova struktura izjednači ili "košara tkanje" prije termičke obrade stvrdnjavanja. Primjeri početnih mikrostruktura koje pružaju zadovoljavajuća svojstva prikazani su na Sl. 17.4 (tipovi 1–7).
Tabela 17.10
Načini jačanja toplinske obrade titanijumskih legura
| Legure | Temperatura polimorfne transformacije T pp, ° S | Temperatura | Temperatura | Trajanje |
Početna iglasta struktura legure s prisutnošću primarnih granica zrna b-faze (tipovi 8-9) tijekom pregrijavanja nakon gašenja i starenja ili žarenja dovodi do braka - smanjenja čvrstoće i duktilnosti. Stoga je potrebno izbjegavati zagrijavanje (a + b) legura na temperature iznad temperature polimorfne transformacije, jer je nemoguće ispraviti pregrijanu strukturu termičkom obradom.
Zagrijavanje tokom termičke obrade preporučuje se obavljati u električnim pećima sa automatskom regulacijom temperature i registracijom. Kako bi se spriječilo stvaranje kamenca, zagrijavanje gotovih dijelova i listova mora se provoditi u pećima sa zaštitnom atmosferom ili uz korištenje zaštitnih premaza.
Prilikom zagrijavanja tankih limenih dijelova radi očvršćavanja, radi izjednačavanja temperature i smanjenja njihovog savijanja, na pod peći se postavlja čelična ploča debljine 30-40 mm. Za kaljenje dijelova složene konfiguracije i dijelova tankih stijenki koriste se uređaji za zaključavanje za sprječavanje savijanja i povodaca.
Nakon visokotemperaturne obrade (kašenje ili žarenje) u peći bez zaštitne atmosfere, poluproizvodi koji se ne podvrgavaju daljoj obradi moraju se podvrgnuti hidropjeskarenju ili korundskom pjeskarenju, a proizvodi od lima moraju se i kiseliti.
Aplikacija. Legure titana visoke čvrstoće koriste se za izradu kritičnih dijelova i sklopova: zavarenih konstrukcija (VT6, VT14), turbina (VT3-1), zavarenih sklopova (VT14), visokoopterećenih dijelova i štancanih konstrukcija (VT22). Ove legure mogu dugo raditi na temperaturama do 400°C i kratko do 750°C.
Odlika titanijumskih legura visoke čvrstoće kao konstrukcijskog materijala je njihova povećana osjetljivost na koncentratore naprezanja. Stoga je pri projektovanju dijelova od ovih legura potrebno uzeti u obzir niz zahtjeva (poboljšana kvaliteta površine, povećanje radijusa prijelaza iz jednog presjeka u drugi, itd.), sličnih onima koji postoje kada se koriste čelici visoke čvrstoće. korišteno.
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, četvrti period 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 titanijuma 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 uključenih u njega. 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 troska, dobijena preradom koncentrata ilmenita.
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.
Titanijum ima atomski broj 22 u Mendeljejevom periodnom sistemu elemenata. Atomska masa prirodni titanijum, izračunat na osnovu rezultata istraživanja njegovih izotopa, iznosi 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 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 drugi nakon metala 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 ova svojstva ne mijenjaju 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 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, 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.
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. Rast brzina leta aviona dovela je do povećanja temperature kože, zbog čega legure aluminija više ne ispunjavaju zahtjeve zrakoplovne tehnologije za nadzvučne brzine. 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 tezina dijelova od titanijumskih legura je 2570 kg. Upotreba titanijuma u helikopterima se postepeno širi, uglavnom za dijelove sistema glavnog rotora, pogona i upravljačkog sistema. U raketnoj nauci značajno 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 pravom zlatu.
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 isključujući Rusiju, 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 je 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, oklopi i protupožarne barijere u avijaciji, trupovi podmornica), industrijskim procesima (desalinizacija, procesi celuloze i papira), automobilskoj industriji , poljoprivredna industrija, prehrambena industrija, nakit za pirsing, medicinska industrija (proteze, osteoproteze), zubni i endodontski instrumenti, zubni implantati, sportska oprema, nakit (Aleksandar Khomov), mobilni telefoni, lake legure itd. Najvažniji je konstruktivni materijal u avionskoj, raketnoj, 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 (in Ruska klasifikacija- BT6).
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. Treba napomenuti da su pri povišenim temperaturama (250-500 °C) legure titanijuma superiornije u čvrstoći u odnosu na legure 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 tekućem stanju, sa svim plinovima koji čine atmosferu, zbog čega se titan i njegove legure mogu topiti samo u vakuumu ili u okruženju inertnog plina;
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 konstrukcije 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. Zbog kratkotrajnog rada motora i brzog prolaska gustih slojeva atmosfere, u raketnoj nauci otklanjaju se problemi zamorne čvrstoće, statičke izdržljivosti i, donekle, puzanja.
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 titanijum ima otpornost na koroziju u sredinama kao što su vlažni hlor, vodene i kisele otopine hlora, stoga 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.
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. Ipak, poznati su slučajevi korištenja jedinstvenih svojstava titanijuma 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 čvrstoći na temperaturama do 430°C, a povišene temperature ovog reda se javljaju pri velikim brzinama zbog aerodinamičkog zagrijavanja. 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 protivpožarnih barijera, već je postigla uštedu 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, instrument diskove, tankoslojne cijevi 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 ispira cijevi izvana, a istovremeno odolijevati dejstvu 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. Prilično ograničena upotreba titana u artiljeriji sa velikim opsegom istraživanja objašnjava se njegovom visokom cijenom.
Različiti dijelovi artiljerijske opreme istraženi su sa stanovišta 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. Titanijum se može široko koristiti u proizvodnji vođenih projektila i raketa.
Prva istraživanja titanijuma i njegovih legura pokazala su mogućnost proizvodnje oklopnih ploča od njih. Zamjena čeličnog oklopa (debljine 12,7 mm) oklopom od titanijuma iste otpornosti 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. Moderan nivo Razvoj vazdušnog saobraćaja čini očiglednim prednosti lakih oklopnih automobila i drugih vozila od titanijuma. Artiljerijsko odjeljenje namjerava opremiti pješadiju šlemovima, bajonetima, bacačima granata i ručne bacače plamena napravljen 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 za krajnju upotrebu titanijuma uveliko variraju – najupečatljiviji primer originalnosti je Japan, gde civilni vazduhoplovni sektor čini samo 2-3, koristeći 30 ukupne potrošnje titanijuma 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 vazduhoplovnu industriju je dugotrajna briga za industriju titana, koja pokušava da proširi primjenu titana, posebno u trenutnoj krizi u civilno vazduhoplovstvo na globalnom nivou. 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. Nowmet će isporučiti 17 od 28 strukturnih titanijumskih sklopova za svaki nosač pištolja, koji se isporučuje dijelom marinci SAD bi trebalo da počnu 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 da su primjeri vojne opreme koja koristi značajne količine titanijuma u svojoj konstrukciji tenk Abramé i borbeno vozilo 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 odjela za istraživanje i razvoj 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, auspuha. sistema, prenosnih vratila, vijaka, potencijalno bi mogao porasti na nivo od gotovo 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 tražnje 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. Prije 1994-1995, ova primjena titanijuma je bila 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, šolje maloprodajne cene 20-30 dolara, maloprodajne cene setova za kuvanje oko 50 dolara, posuđe uglavnom napravljeno od komercijalno čistog titanijuma 1 i 2 stepena. Drugi primjeri 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 pruža superiorna 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 vrlo popularan među ljudima umjetnosti zbog svoje boje, izgleda, čvrstoće i otpornosti 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
Budući da je titan metal dobre tvrdoće, ali male čvrstoće, legure na bazi titana postale su sve raširenije u industrijskoj proizvodnji. Legure različite strukture zrna razlikuju se po strukturi i vrsti kristalne rešetke.
Mogu se dobiti obezbjeđivanjem određenih temperaturnih režima u procesu proizvodnje. A dodavanjem raznih legirajućih elemenata titanijumu, moguće je dobiti legure koje karakterišu veća operativna i tehnološka svojstva.
Prilikom dodavanja legirajućih elemenata i razne vrste kristalne rešetke u strukturama na bazi titana mogu se dobiti veće nego u čistom metalu otpornost na toplotu i čvrstoću. U isto vrijeme, rezultirajuće strukture karakteriziraju niska gustoća, dobra antikorozivna svojstva i dobra plastičnost, što proširuje opseg njihove upotrebe.
Karakteristike titanijuma
Titanijum je lak metal koji se kombinuje visoka tvrdoća i mala čvrstoćašto otežava njegovu obradu. Temperatura topljenja ovog materijala je u prosjeku 1665°S. Materijal karakteriše niska gustina (4,5 g/cm3) i dobra antikorozivna sposobnost.
Na površini materijala se formira oksidni film debljine nekoliko nm, koji isključuje procese korozije titanijum u morskoj i slatkoj vodi, atmosferi, oksidaciji organskim kiselinama, procesima kavitacije i u strukturama pod napetostima.
U normalnom stanju, materijal nema otpornost na toplinu, karakterizira ga pojava puzanja na sobnoj temperaturi. Međutim, u uvjetima hladnoće i duboke hladnoće, materijal karakteriziraju visoke karakteristike čvrstoće.
Titan ima nizak modul elastičnosti, što ograničava njegovu upotrebu u proizvodnji konstrukcija koje zahtijevaju krutost. U čistom stanju, metal ima visoke karakteristike protiv zračenja i nema magnetna svojstva.
Titanijum se odlikuje dobrim plastičnim svojstvima i laka za obradu na sobnoj temperaturi i iznad. Zavareni šavovi od titanijuma i njegovih spojeva imaju duktilnost i čvrstoću. Međutim, materijal karakterišu intenzivni procesi apsorpcije gasova u nestabilnom hemijskom stanju koje nastaje pri porastu temperature. Titanijum, u zavisnosti od gasa sa kojim se kombinuje, stvara hidridna, oksidna, karbidna jedinjenja, koja loše utiču na njegova tehnološka svojstva.
Materijal je okarakterisan loša obradivost, kao rezultat njegove implementacije, on u kratkom roku zalijepi za alat, što smanjuje njegov resurs. Mašinska obrada titanijuma rezanjem je moguća korišćenjem intenzivnog tipa hlađenja pri visokim brzinama, pri malim brzinama obrade i značajnoj dubini reza. Osim toga, brzorezni čelik je odabran kao alat za obradu.
Materijal karakteriše visoka hemijska aktivnost, što dovodi do upotrebe inertnih gasova pri taljenju, livenju titana ili elektrolučnom zavarivanju.
Tokom upotrebe proizvodi od titana moraju biti zaštićeni od moguće apsorpcije gasova u slučaju povećanja radne temperature.
legure titanijuma
Konstrukcije na bazi titana sa dodatkom takvih legirajućih elemenata kao što su:
Konstrukcije dobijene deformacijom legura titanijumske grupe koriste se za proizvodnju proizvoda koji se podvrgavaju mehaničkoj obradi.
Po snazi razlikuju:
- Materijali visoke čvrstoće, čija je čvrstoća veća od 1000 MPa;
- Konstrukcije srednje čvrstoće, u rasponu vrijednosti od 500 do 1000 MPa;
- Materijali male čvrstoće, čvrstoće ispod 500MPa.
Po oblasti upotrebe:
- Konstrukcije otporne na koroziju.
- Građevinski materijali;
- Strukture otporne na toplinu;
- Konstrukcije sa visokom otpornošću na hladnoću.
Vrste legura
Prema legirajućim elementima uključenim u sastav, razlikuje se šest glavnih vrsta legura.
Legure tipa α-legura
Legure tipa α-legura na bazi titanijuma sa primenom za legiranje aluminijum, kalaj, cirkonijum, kiseonik okarakterisan dobra zavarljivost, snižavanje tačke smrzavanja titanijuma i povećanje njegove fluidnosti. Ova svojstva omogućavaju upotrebu takozvanih α-legura za dobijanje zareza na oblikovani način ili prilikom livenja delova. Dobiveni proizvodi ove vrste imaju visoku termičku stabilnost, što im omogućava da se koriste za proizvodnju kritičnih dijelova, rad u temperaturnim uslovima do 400°S.
Sa minimalnim količinama legirajućih elemenata, spojevi se nazivaju tehnički titanijum. Odlikuje se dobrom termičkom stabilnošću, a ima odlične performanse zavarivanja pri izvođenju zavarivačkih radova na različitim mašinama. Materijal ima zadovoljavajuće karakteristike za mogućnost rezanja. Ne preporučuje se povećanje čvrstoće za legure ovog tipa termičkom obradom, materijali ove vrste se koriste nakon žarenja. Legure koje sadrže cirkonijum imaju najvišu cijenu i vrlo su produktivne.
Oblici isporuke legure predstavljeni su u obliku žice, cijevi, valjanih šipki, otkovaka. Najčešće korišteni materijal ove klase je legura VT5-1, odlikuje se srednjom čvrstoćom, otpornošću na toplinu do 450°C i odličnim performansama pri radu na niskim i ultra niskim temperaturama. Ova legura nije praktikovana da se ojača termičkim metodama, međutim, njena upotreba na niskim temperaturama zahteva minimalnu količinu legirajućih materijala.
Legure tipa β-legura
legure β-tipa dobijeno legiranjem titanijuma vanadij, molibden, nikl, u ovom slučaju se karakteriziraju rezultirajuće strukture povećana snaga u rasponu od sobnih do negativnih temperatura u poređenju sa α-legurama. Kada ih koristite, povećava se otpornost materijala na toplinu, njegova temperaturna stabilnost, međutim, smanjenje plastike karakteristike legura ove grupe.
Da bi se dobile stabilne karakteristike, legure ove grupe moraju biti dopirane značajnom količinom navedene elemente. Na osnovu visoke cijene ovih materijala, strukture ove grupe nisu dobile široku industrijsku distribuciju. Legure ove grupe karakteriziraju otpornost na puzanje, mogućnost povećanja čvrstoće Različiti putevi, mogućnost mehaničke obrade. Međutim, kako radna temperatura raste do 300°C legure ove grupe dobijaju krhkost.
Pseudo α-legure
Pseudo α-legure, čiji je većina legirajućih elemenata Komponente α-faze sa dodacima do 5% elemenata β grupe. Prisustvo β-faze u legurama dodaje prednostima legirajućih elemenata α-grupe svojstvo plastičnosti. Povećanje toplinske otpornosti ove grupe legura postiže se upotrebom aluminija, silicija i cirkonija. Posljednji od navedenih elemenata ima pozitivan učinak na otapanje β-faze u strukturi legure. Međutim, i ove legure imaju ograničenja, među kojima je dobar apsorpcija vodonika titanijumom i formiranje hidrida, sa mogućnošću krtosti vodikom. Vodik se fiksira u spoju u obliku hidridne faze, smanjuje viskoznost i plastične karakteristike legure i doprinosi povećanju lomljivosti spoja.Jedan od najčešćih materijala ove grupe je legure titana marke VT18, koji ima otpornost na toplinu do 600°C, ima dobre karakteristike plastičnosti. Ova svojstva omogućavaju upotrebu materijala za proizvodnja dijelova kompresora u zrakoplovnoj industriji. Toplinska obrada materijala uključuje žarenje na temperaturama od oko 1000°C uz daljnje hlađenje zrakom ili dvostruko žarenje, što omogućava povećanje otpornosti na kidanje za 15%.
Pseudo β-legure
Pseudo β-legure karakteriziraju prisustvo nakon gašenja ili normalizacije prisustvom samo β-faze. U stanju žarenja, struktura ovih legura predstavljen α-fazom sa značajnom količinom legirajućih komponenti β grupe. Ove legure su karakteristične najviši indeks specifične čvrstoće među titanijumskim jedinjenjima, imaju nisku termičku stabilnost. Osim toga, legure ove grupe su malo osjetljive na lomljivost kada su izložene vodiku, ali su vrlo osjetljive na sadržaj ugljika i kisika, što utječe na smanjenje duktilnih i duktilnih svojstava legure. Ove legure se odlikuju slabom zavarljivošću, širokim spektrom mehaničkih karakteristika zbog heterogenosti sastava i niska stabilnost na poslu na visokim temperaturama.Oblik oslobađanja legure predstavljen je limovima, otkovcima, šipkama i trakama, uz preporuku dugotrajne upotrebe na temperaturama ne većim od 350°C. Primjer takve legure je BT 35, koju karakterizira obrada pod pritiskom kada je izložena temperaturi. Nakon stvrdnjavanja, materijal se odlikuje visokim plastičnim karakteristikama i sposobnošću deformacije u hladnom stanju. Provođenje operacije starenja za ovu leguru uzrokuje višestruko stvrdnjavanje u prisustvu visokog viskoziteta.
legure tipa α+β
legure tipa α+β s mogućim inkluzijama intermetalnih spojeva karakterizira manja krhkost kada su izložena hidritima u usporedbi s legurama grupa 1 i 3. Osim toga, odlikuju se većom produktivnošću i lakoćom obrade različitim metodama u odnosu na legure α-grupe. Prilikom zavarivanja ovom vrstom materijala potrebno je žarenje nakon završetka operacije kako bi se povećala duktilnost šava. Materijali ove grupe izrađuju se u obliku traka, limova, otkovaka, štancanja i šipki. Najčešći materijal u ovoj grupi je legura VT6, karakteriše dobra deformabilnost tokom termičke obrade, smanjena verovatnoća vodonične krtosti. Iz ovog materijala proizvoditi dijelove ležajeva za avione i proizvode otporne na toplinu za motorne kompresore u avijaciji. Praktikuje se upotreba žarenih ili termički kaljenih VT6 legura. Na primjer, dijelovi profila sa tankim zidovima ili limovi se žare na temperaturi od 800 ° C, zatim se hlade na zraku ili ostavljaju u peći.
Legure titana na bazi intermetalnih jedinjenja.
Intermetali su legura dva metala, od kojih je jedan titanijum.
Prijem proizvoda
Konstrukcije dobijene livenjem se izvode u posebnim metalnim kalupima u uslovima ograničenog pristupa aktivnih gasova, uzimajući u obzir visoku aktivnost titanijumskih legura sa porastom temperature. Legure dobivene lijevanjem imaju lošija svojstva od legura dobivenih deformacijom. Toplinska obrada radi povećanja čvrstoće se ne provodi za legure ovog tipa, jer ima značajan utjecaj na plastičnost ovih struktura.
Titanijum (Titanium), Ti, je hemijski element IV grupe periodnog sistema elemenata D. I. Mendeljejeva. redni broj 22, atomska težina 47,90. Sastoji se od 5 stabilnih izotopa; također su dobiveni vještački radioaktivni izotopi.
Godine 1791. engleski hemičar W. Gregor pronašao je novu "zemlju" u pijesku iz grada Menakan (Engleska, Cornwall), koji je nazvao Menakan's. Godine 1795. njemački hemičar M. Klairot otkrio je u mineralu rutilu još uvijek nepoznatu zemlju, čiji je metal nazvao Titan [na grčkom. mitologije, titani su djeca Urana (Neba) i Geje (Zemlje)]. Godine 1797. Klaproth je dokazao istovjetnost ove zemlje sa onim koje je otkrio W. Gregor. Čisti titanijum izolovao je 1910. američki hemičar Hunter redukovanjem titanijum tetrahlorida sa natrijumom u gvozdenoj bombi.
Biti u prirodi
Titan je jedan od najčešćih elemenata u prirodi, njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,6% (težinski). Javlja se uglavnom u obliku TiO 2 dioksida ili njegovih spojeva - titanata. Poznato je više od 60 minerala, među kojima je i titanijum, a nalazi se iu zemljištu, u životinjskim i biljnim organizmima. Ilmenit FeTiO 3 i rutil TiO 2 služi kao glavna sirovina za proizvodnju titanijuma. Kao izvor titanijuma, šljaka od topljenja postaje značajna titanijum magnetiti i ilmenita.
Fizička i hemijska svojstva
Titanijum postoji u dva stanja: amorfno - tamno sivi prah, gustine 3,392-3,395 g/cm 3, i kristalnog, gustine 4,5 g/cm 3. Za kristalni titanijum, poznate su dve modifikacije sa prelaznom tačkom na 885° (ispod 885°, stabilna heksagonalna forma, iznad - kubna); t° pl oko 1680°, t° kip iznad 3000°. Titanijum aktivno apsorbuje gasove (vodonik, kiseonik, azot), koji ga čine veoma krhkim. Tehnički metal je pogodan za obradu vrućim pritiskom. Savršeno čist metal može biti hladno valjan. Na zraku na običnoj temperaturi titan se ne mijenja; kada se zagrije, stvara mješavinu oksida Ti 2 O 3 i nitrida TiN. U struji kisika na crvenoj toplini, oksidira se u dioksid TiO 2. Na visokim temperaturama reaguje sa ugljenikom, silicijumom, fosforom, sumporom itd. Otporan na morsku vodu, azotnu kiselinu, vlažni hlor, organske kiseline i jake alkalije. Rastvara se u sumpornoj, hlorovodoničnoj i fluorovodoničnoj kiselini, najbolje u mešavini HF i HNO 3 . Dodavanje oksidacijskog sredstva kiselinama štiti metal od korozije na sobnoj temperaturi. Tetravalentni titanijum halogenidi, sa izuzetkom TiCl 4 - kristalna tela, topiva i isparljiva u vodenom rastvoru, hidrolizovana, skloni stvaranju kompleksnih jedinjenja, od kojih je kalijum fluorotitanat K 2 TiF 6 važan u tehnologiji i analitičkoj praksi. Od velikog značaja su TiC karbid i TiN nitrid - supstance slične metalu, koje se odlikuju velikom tvrdoćom (titanov karbid je tvrđi od karborunda), vatrostalnošću (TiC, t ° pl = 3140 °; TiN, t ° pl = 3200 °) i dobra električna provodljivost.
Hemijski element broj 22. Titanijum.
Elektronska formula titanijuma je: 1s 2 |2s 2 2p 6 |3s 2 3p 6 3d 2 |4s 2 .
Serijski broj titanijuma u periodnom sistemu hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev - 22. Broj elementa označava naelektrisanje jednog jarda, dakle, titanijum ima nuklearni naboj od +22, masa jezgra je 47,87. Titanijum je u četvrtom periodu, u sekundarnoj podgrupi. Broj perioda označava broj elektronskih slojeva. Broj grupe označava broj valentnih elektrona. Bočna podgrupa ukazuje da titanijum pripada d-elementima.
Titanijum ima dva valentna elektrona na s-orbitali vanjskog sloja i dva valentna elektrona na d-orbitali pred-spoljnog sloja.
Kvantni brojevi za svaki valentni elektron:
4s4sSa halogenima i vodonikom, Ti(IV) formira jedinjenja tipa TiX 4, koja imaju sp 3 → q 4 tip hibridizacije.
Titanijum je metal. Je prvi element d-grupe. Najstabilniji i najčešći je Ti +4. Postoje i jedinjenja sa nižim stepenom oksidacije -Ti 0, Ti -1, Ti +2, Ti +3, ali se ta jedinjenja lako oksiduju vazduhom, vodom ili drugim reagensima do Ti +4. Odvajanje četiri elektrona zahteva mnogo energije, tako da ion Ti+4 zapravo ne postoji i Ti(IV) jedinjenja obično uključuju kovalentne veze.Ti(IV) je u nekim aspektima sličan elementima -Si, Ge, Sn i Pb, posebno sa Sn.
Najznačajniji za Nacionalna ekonomija postojale su i još postoje legure i metali koji kombinuju lakoću i snagu. Titanijum pripada ovoj kategoriji materijala i pored toga ima odličnu otpornost na koroziju.
Titanijum je prelazni metal 4. grupe 4. perioda. Njegova molekularna težina je samo 22, što ukazuje na lakoću materijala. Istovremeno, tvar se odlikuje izuzetnom čvrstoćom: među svim konstrukcijskim materijalima, titan ima najveću specifičnu čvrstoću. Boja je srebrno bijela.
Šta je titanijum, video će vam reći:
Koncept i karakteristike
Titan je prilično čest - zauzima 10. mjesto po sadržaju u zemljinoj kori. Međutim, tek 1875. godine izolovan je istinski čist metal. Prije toga, tvar se ili dobivala s nečistoćama, ili su se njeni spojevi nazivali metalnim titanijumom. Ova zabuna je dovela do činjenice da su metalna jedinjenja korišćena mnogo ranije od samog metala.
To je zbog posebnosti materijala: najbeznačajnije nečistoće značajno utječu na svojstva tvari, ponekad je potpuno lišavaju svojih svojstvenih kvaliteta.
Dakle, najmanja frakcija drugih metala lišava titanijum otpornosti na toplinu, što je jedan od njegovih vrijednih kvaliteta. A mali dodatak nemetala pretvara izdržljiv materijal u krhak i neprikladan za upotrebu.
Ova karakteristika je odmah podijelila rezultirajući metal u 2 grupe: tehnički i čisti.
- Prvo koriste se u slučajevima kada su najpotrebnija čvrstoća, lakoća i otpornost na koroziju, jer titan nikada ne gubi zadnji kvalitet.
- Materijal visoke čistoće koristi se tamo gdje je potreban materijal koji djeluje na vrlo teška opterećenja i visoke temperature, ali se istovremeno odlikuje lakoćom. Ovo je, naravno, nauka o avionima i raketama.
Druga posebna karakteristika materije je anizotropija. Neki od njegovih fizičkih kvaliteta mijenjaju se ovisno o primjeni sila, što se mora uzeti u obzir prilikom primjene.
U normalnim uslovima, metal je inertan, ne korodira ni u morskoj vodi ni u morskom ili gradskom vazduhu. Štaviše, to je biološki najinertnija supstanca poznata, zbog koje se titanijumske proteze i implantati široko koriste u medicini.
Istovremeno, kako temperatura raste, počinje da reaguje sa kiseonikom, azotom, pa čak i vodonikom, i apsorbuje gasove u tečnom obliku. Ova neugodna karakteristika izuzetno otežava kako nabavku samog metala tako i proizvodnju legura na njegovoj osnovi.
Potonje je moguće samo kada se koristi vakuumska oprema. Najsloženiji proizvodni proces pretvorio je prilično uobičajen element u vrlo skup.
Vezivanje sa drugim metalima
Titan zauzima srednju poziciju između druga dva dobro poznata konstrukcijska materijala - aluminija i željeza, odnosno legura željeza. U mnogim aspektima, metal je superiorniji od svojih "konkurenta":
- mehanička čvrstoća titanijuma je 2 puta veća od gvožđa i 6 puta veća od aluminijuma. U ovom slučaju, snaga se povećava sa smanjenjem temperature;
- otpornost na koroziju je mnogo veća od željeza, pa čak i aluminija;
- at normalna temperatura titanijum je inertan. Međutim, kada poraste na 250 C, počinje da apsorbuje vodonik, što utiče na svojstva. U smislu hemijske aktivnosti, inferioran je magnezijumu, ali, nažalost, nadmašuje željezo i aluminij;
- metal mnogo slabije provodi elektricitet: njegova električna otpornost je 5 puta veća od gvožđa, 20 puta veća od aluminijuma i 10 puta veća od magnezijuma;
- toplotna provodljivost je takođe mnogo niža: 3 puta manja od gvožđa 1 i 12 puta manja od aluminijuma. Međutim, ovo svojstvo rezultira vrlo niskim koeficijentom toplinskog širenja.
Prednosti i nedostaci
U stvari, titanijum ima mnogo nedostataka. Ali kombinacija snage i lakoće je toliko tražena da ni složena metoda proizvodnje ni potreba za izuzetnom čistoćom ne zaustavljaju potrošače metala.
Nesumnjive prednosti tvari uključuju:
- mala gustina, što znači vrlo malu težinu;
- izuzetna mehanička čvrstoća i samog metala titanijuma i njegovih legura. Sa povećanjem temperature, legure titanijuma nadmašuju sve legure aluminijuma i magnezijuma;
- omjer čvrstoće i gustoće - specifična čvrstoća, doseže 30-35, što je gotovo 2 puta više od onog kod najboljih konstrukcijskih čelika;
- u vazduhu, titanijum je presvučen tankim slojem oksida, koji obezbeđuje odličnu otpornost na koroziju.
Metal takođe ima svoje nedostatke:
- Otpornost na koroziju i inertnost se odnose samo na neaktivne površinske proizvode. Titanijumska prašina ili strugotine, na primer, spontano se zapale i izgore na temperaturi od 400 C;
- veoma složena metoda dobijanja metala titanijuma obezbeđuje veoma visoku cenu. Materijal je mnogo skuplji od gvožđa, ili;
- sposobnost apsorpcije atmosferskih plinova s povećanjem temperature zahtijeva upotrebu vakuumske opreme za topljenje i dobivanje legura, što također značajno povećava troškove;
- titanijum ima loša antifrikciona svojstva - ne radi na trenje;
- metal i njegove legure podložni su koroziji vodika, što je teško spriječiti;
- titanijum se teško obrađuje. Zavarivanje je također teško zbog faznog prijelaza tijekom zagrijavanja.
Titanijumski lim (fotografija)
Svojstva i karakteristike
Jako ovisi o čistoći. Referentni podaci opisuju, naravno, čisti metal, ali karakteristike tehničkog titanijuma mogu značajno varirati.
- Gustina metala opada pri zagrijavanju sa 4,41 na 4,25 g/cm3 Fazni prijelaz mijenja gustinu za samo 0,15%.
- Tačka topljenja metala je 1668 C. Tačka ključanja je 3227 C. Titan je vatrostalna supstanca.
- U prosjeku, vlačna čvrstoća je 300-450 MPa, ali se ova brojka može povećati na 2000 MPa pribjegavanjem otvrdnjavanju i starenju, kao i uvođenjem dodatnih elemenata.
- Na HB skali, tvrdoća je 103 i to nije granica.
- Toplotni kapacitet titanijuma je nizak - 0,523 kJ/(kg K).
- Specifični električni otpor - 42,1 10 -6 ohm cm.
- Titanijum je paramagnet. Kako temperatura pada, smanjuje se njegova magnetska osjetljivost.
- Metal u cjelini karakterizira duktilnost i savitljivost. Međutim, na ove osobine snažno utiču kiseonik i azot u leguri. Oba elementa čine materijal krhkim.
Supstanca je otporna na mnoge kiseline, uključujući dušičnu, sumpornu u niskim koncentracijama i gotovo sve organske kiseline osim mravlje. Ovaj kvalitet osigurava da je titanijum tražen u hemijskoj, petrohemijskoj, papirnoj industriji i tako dalje.
Struktura i sastav
Titan - iako je prelazni metal, a njegova električna otpornost je niska, ipak je metal i provodi električnu struju, što znači uređenu strukturu. Kada se zagrije na određenu temperaturu, struktura se mijenja:
- do 883 C, α-faza je stabilna sa gustinom od 4,55 g/cu. vidi Odlikuje se gustom heksagonalnom rešetkom. Kiseonik se rastvara u ovoj fazi sa formiranjem intersticijskih rastvora i stabilizuje α-modifikaciju – pomera temperaturnu granicu;
- iznad 883 C, β-faza sa kubičnom rešetkom usredsređenom na tijelo je stabilna. Njegova gustina je nešto manja - 4,22 g / cu. vidi Vodonik stabilizuje ovu strukturu – kada se rastvori u titanijumu, formiraju se i intersticijski rastvori i hidridi.
Ova karakteristika veoma otežava rad metalurga. Rastvorljivost vodonika naglo opada kada se titanijum ohladi, a vodonik hidrid, γ-faza, taloži se u leguri.
Prouzrokuje hladne pukotine tokom zavarivanja, tako da se proizvođači moraju dodatno potruditi nakon topljenja metala kako bi ga očistili od vodonika.
O tome gdje možete pronaći i kako napraviti titanijum, reći ćemo u nastavku.
Ovaj video je posvećen opisu titanijuma kao metala:
Proizvodnja i rudarstvo
Titan je vrlo čest, pa i sa rudama koje sadrže metal, i to u priličnoj mjeri velike količine, nema problema. Sirovine su rutil, anataz i brukit - titanijum dioksid u raznim modifikacijama, ilmenit, pirofanit - jedinjenja sa gvožđem itd.
Ali to je složeno i zahtijeva skupu opremu. Načini dobivanja su nešto drugačiji, jer je sastav rude različit. Na primjer, shema za dobivanje metala iz ruda ilmenita izgleda ovako:
- dobijanje titanove šljake - kamen se ubacuje u elektrolučnu peć zajedno sa redukcionim agensom - antracitom, drvenim ugljem i zagreva se na 1650 C. Istovremeno se odvaja gvožđe koje se koristi za dobijanje livenog gvožđa i titan dioksida u šljaci. ;
- šljaka se hloriše u rudniku ili u slanim hlorinatorima. Suština procesa je pretvaranje čvrstog dioksida u gasoviti titan tetrahlorid;
- u otpornim pećima u specijalnim bocama, metal se redukuje natrijumom ili magnezijumom iz hlorida. Kao rezultat, dobija se jednostavna masa - titanijumski sunđer. Ovo je tehnički titanijum sasvim pogodan za proizvodnju hemijske opreme, na primer;
- ako je potreban čišći metal, pribjegavaju rafiniranju - u ovom slučaju metal reagira s jodom kako bi se dobio plinoviti jodid, a ovaj se pod utjecajem temperature - 1300-1400 C, i električne struje, raspada, oslobađajući čisti titanijum. Struja se dovodi kroz titanijumsku žicu razvučenu u retortu, na koju se nanosi čista supstanca.
Da bi se dobili titanijumski ingoti, titanijumski sunđer se topi u vakuumskoj peći kako bi se sprečilo otapanje vodonika i azota.
Cijena titanijuma po 1 kg je vrlo visoka: u zavisnosti od stepena čistoće, metal košta od 25 do 40 dolara po 1 kg. S druge strane, kućište aparata od nehrđajućeg čelika otpornog na kiseline koštat će 150 rubalja. i neće trajati duže od 6 mjeseci. Titanijum će koštati oko 600 r, ali radi 10 godina. U Rusiji postoji mnogo pogona za proizvodnju titanijuma.
Područja upotrebe
Uticaj stepena prečišćavanja na fizička i mehanička svojstva primorava nas da ga posmatramo sa ove tačke gledišta. Dakle, tehnički, odnosno ne najčistiji metal, ima odličnu otpornost na koroziju, lakoću i čvrstoću, što određuje njegovu upotrebu:
- hemijska industrija– izmjenjivači topline, cijevi, kućišta, dijelovi pumpe, fitingi i tako dalje. Materijal je nezamjenjiv u područjima gdje je potrebna otpornost na kiseline i čvrstoća;
- transportna industrija- supstanca se koristi za pravljenje vozila od vozova do bicikala. U prvom slučaju, metal daje manju masu spojeva, što čini vuču efikasnijom, u drugom daje lakoću i snagu, nije uzalud da se okvir bicikla od titana smatra najboljim;
- pomorske poslove- titanijum se koristi za izradu izmenjivača toplote, prigušivača izduvnih gasova za podmornice, ventila, propelera i tako dalje;
- in izgradnjaširoko rasprostranjen - titanijum - odličan materijal za završnu obradu fasada i krovova. Uz snagu, legura pruža još jednu prednost važnu za arhitekturu - mogućnost da se proizvodima da najbizarnija konfiguracija, mogućnost oblikovanja legure je neograničena.
Čisti metal je takođe vrlo otporan na visoke temperature i zadržava svoju snagu. Aplikacija je očigledna:
- raketna i avionska industrija - od nje se pravi plašt. Dijelovi motora, pričvršćivači, dijelovi šasije i tako dalje;
- medicina - biološka inertnost i lakoća čini titanijum mnogo obećavajućim materijalom za protetiku, sve do srčanih zalistaka;
- kriogena tehnologija - titan je jedna od rijetkih supstanci koje, kada temperatura padne, samo jačaju i ne gube plastičnost.
Titanijum je konstrukcijski materijal najveće čvrstoće sa takvom lakoćom i duktilnošću. Ovi jedinstveni kvaliteti daju mu sve važniju ulogu u nacionalnoj ekonomiji.
Video ispod će vam reći gdje nabaviti titanijum za nož: