aleaciones de titanio. El uso del metal titanio en la industria y la construcción.

19.10.2019

Propiedades físicas y químicas del titanio, obtención de titanio.

El uso de titanio en forma pura y en forma de aleaciones, el uso de titanio en forma de compuestos, el efecto fisiológico del titanio.

Sección 1. Historia y ocurrencia del titanio en la naturaleza.

Titán -Este un elemento de un subgrupo secundario del cuarto grupo, el cuarto período del sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, con número atómico 22. La sustancia simple titanio (número CAS: 7440-32-6) es un blanco plateado claro metal. Existe en dos modificaciones cristalinas: α-Ti con una red compacta hexagonal, β-Ti con un empaquetamiento centrado en el cuerpo cúbico, la temperatura de la transformación polimórfica α↔β es de 883 °C. Punto de fusión 1660±20 °C.

Historia y presencia en la naturaleza del titanio

Titán recibió su nombre de los antiguos caracteres griegos titanes. El químico alemán Martin Klaproth lo nombró así por motivos personales, a diferencia de los franceses que intentaron dar nombres de acuerdo con las características químicas del elemento, pero como entonces se desconocían las propiedades del elemento, se optó por tal nombre.

El titanio es el décimo elemento en términos de número en nuestro planeta. La cantidad de titanio en la corteza terrestre es 0,57% en peso y 0,001 miligramos por 1 litro de agua de mar. Los depósitos de titanio se encuentran en el territorio de: la República de Sudáfrica, Ucrania, Rusia, Kazajstán, Japón, Australia, India, Ceilán, Brasil y Corea del Sur.

En cuanto a las propiedades físicas, el titanio es un metal plateado ligero, además, se caracteriza por una alta viscosidad durante el mecanizado y es propenso a adherirse a la herramienta de corte, por lo que se utilizan lubricantes especiales o pulverizaciones para eliminar este efecto. A temperatura ambiente, se cubre con una película translúcida de óxido de TiO2, por lo que es resistente a la corrosión en la mayoría de los ambientes agresivos, a excepción de los álcalis. El polvo de titanio tiene la capacidad de explotar, con un punto de inflamación de 400 °C. Las virutas de titanio son inflamables.

Para producir titanio puro o sus aleaciones, en la mayoría de los casos, se utiliza dióxido de titanio con una pequeña cantidad de compuestos incluidos en él. Por ejemplo, un concentrado de rutilo obtenido por beneficio de minerales de titanio. Pero las reservas de rutilo son extremadamente pequeñas y, en relación con esto, se utiliza la llamada escoria sintética de rutilo o titanio, obtenida durante el procesamiento de concentrados de ilmenita.

Se considera que el descubridor del titanio es el monje inglés William Gregor, de 28 años. En 1790, mientras realizaba estudios mineralógicos en su parroquia, llamó la atención sobre la prevalencia y las propiedades inusuales de la arena negra en el valle de Menaken, en el suroeste de Inglaterra, y comenzó a explorarla. En la arena, el sacerdote encontró granos de un mineral negro brillante, atraídos por un imán ordinario. Obtenido en 1925 por Van Arkel y de Boer por el método del yoduro, el titanio más puro resultó ser un metal dúctil y tecnológico con muchas propiedades valiosas, que atrajo la atención de una amplia gama de diseñadores e ingenieros. En 1940, Croll propuso un método térmico de magnesio para extraer titanio de los minerales, que sigue siendo el principal en la actualidad. En 1947 se produjeron los primeros 45 kg de titanio comercialmente puro.

En el sistema periódico de elementos de Mendeleev, el titanio tiene el número de serie 22. La masa atómica del titanio natural, calculada a partir de los resultados de los estudios de sus isótopos, es 47,926. Entonces, el núcleo de un átomo de titanio neutro contiene 22 protones. El número de neutrones, es decir, partículas neutras sin carga, es diferente: más a menudo 26, pero puede variar de 24 a 28. Por lo tanto, el número de isótopos de titanio es diferente. En total, ahora se conocen 13 isótopos del elemento No. 22. El titanio natural consiste en una mezcla de cinco isótopos estables, el titanio-48 es el más representado, su participación en minerales naturales es del 73,99%. El titanio y otros elementos del subgrupo IVB tienen propiedades muy similares a los elementos del subgrupo IIIB (grupo escandio), aunque difieren de estos últimos en su capacidad para exhibir una gran valencia. La similitud del titanio con el escandio, el itrio y los elementos del subgrupo VB, el vanadio y el niobio, también se expresa en el hecho de que el titanio se encuentra a menudo en minerales naturales junto con estos elementos. Con halógenos monovalentes (flúor, bromo, cloro y yodo), puede formar compuestos di-tri y tetra, con azufre y elementos de su grupo (selenio, telurio) - mono y disulfuros, con oxígeno - óxidos, dióxidos y trióxidos .

El titanio también forma compuestos con hidrógeno (hidruros), nitrógeno (nitruros), carbono (carburos), fósforo (fosfuros), arsénico (arsidos), así como compuestos con muchos metales: compuestos intermetálicos. El titanio no solo forma compuestos simples, sino también numerosos compuestos complejos, muchos de sus compuestos con materia orgánica. Como puede verse en la lista de compuestos en los que puede participar el titanio, es químicamente muy activo. Y al mismo tiempo, el titanio es uno de los pocos metales con una resistencia a la corrosión excepcionalmente alta: es prácticamente eterno en la atmósfera del aire, en agua fría y hirviendo, y es muy resistente a la corrosión. agua de mar, en soluciones de muchas sales, ácidos inorgánicos y orgánicos. En cuanto a su resistencia a la corrosión en agua de mar, supera a todos los metales, a excepción de los nobles: oro, platino, etc., la mayoría de los tipos de acero inoxidable, níquel, cobre y otras aleaciones. En el agua, en muchos ambientes agresivos, el titanio puro no está sujeto a la corrosión. Resiste la corrosión del titanio y la erosión resultantes de una combinación de efectos químicos y mecánicos en el metal. En este sentido, no es inferior a los mejores grados de aceros inoxidables, aleaciones a base de cobre y otros materiales estructurales. El titanio también resiste bien la corrosión por fatiga, que a menudo se manifiesta en forma de violaciones de la integridad y la resistencia del metal (fisuras, centros de corrosión locales, etc.). El comportamiento del titanio en muchos ambientes agresivos, como nitrógeno, clorhídrico, sulfúrico, "aqua regia" y otros ácidos y álcalis, es sorprendente y admirable para este metal.

El titanio es un metal muy refractario. Durante mucho tiempo se creyó que se funde a 1800°C, pero a mediados de los 50. Los científicos ingleses Diardorf y Hayes establecieron el punto de fusión del titanio elemental puro. Ascendió a 1668 ± 3 ° C. En cuanto a su refractariedad, el titanio ocupa el segundo lugar después de metales como el tungsteno, el tantalio, el niobio, el renio, el molibdeno, los platinoides, el circonio, y entre los principales metales estructurales ocupa el primer lugar. La característica más importante del titanio como metal son sus propiedades físicas y químicas únicas: baja densidad, alta resistencia, dureza, etc. Lo principal es que estas propiedades no cambian significativamente a altas temperaturas.

El titanio es un metal ligero, su densidad a 0°C es de solo 4,517 g/cm8, ya 100°C es de 4,506 g/cm3. El titanio pertenece al grupo de metales con un peso específico inferior a 5 g/cm3. Esto incluye todo Metales alcalinos(sodio, cadio, litio, rubidio, cesio) con un peso específico de 0,9–1,5 g/cm3, magnesio (1,7 g/cm3), aluminio (2,7 g/cm3), etc. Titanio más de 1,5 veces más pesado que el aluminio, y en esto, por supuesto, le pierde, pero es 1,5 veces más ligero que el hierro (7,8 g/cm3). Sin embargo, tomando Gravedad específica una posición intermedia entre el aluminio y el hierro, el titanio los supera muchas veces en sus propiedades mecánicas). El titanio tiene una dureza importante: es 12 veces más duro que el aluminio, 4 veces más duro que el hierro y el cobre. Otra característica importante de un metal es su límite elástico. Cuanto más alto sea, mejor resistirán las cargas operativas las piezas fabricadas con este metal. El límite elástico del titanio es casi 18 veces mayor que el del aluminio. La resistencia específica de las aleaciones de titanio se puede aumentar en un factor de 1,5 a 2. Sus altas propiedades mecánicas se conservan bien a temperaturas de hasta varios cientos de grados. El titanio puro es adecuado para todo tipo de procesamiento en estado caliente y frío: puede forjarse como el hierro, trefilarse e incluso convertirse en alambre, enrollarse en láminas, cintas y láminas de hasta 0,01 mm de espesor.

A diferencia de la mayoría de los metales, el titanio tiene una resistencia eléctrica significativa: si la conductividad eléctrica de la plata se toma como 100, entonces la conductividad eléctrica del cobre es 94, el aluminio es 60, el hierro y el platino son -15 y el titanio es solo 3,8. El titanio es un metal paramagnético, no se magnetiza como el hierro en un campo magnético, pero no se expulsa como el cobre. Su susceptibilidad magnética es muy débil, esta propiedad se puede utilizar en la construcción. El titanio tiene una conductividad térmica relativamente baja, solo 22,07 W / (mK), que es aproximadamente 3 veces menor que la conductividad térmica del hierro, 7 veces menor que el magnesio, 17–20 veces menor que el aluminio y el cobre. En consecuencia, el coeficiente de expansión térmica lineal del titanio es menor que el de otros materiales estructurales: a 20 C, es 1,5 veces menor que el del hierro, 2 - para el cobre y casi 3 - para el aluminio. Por lo tanto, el titanio es un mal conductor de la electricidad y el calor.

Debido a la alta resistencia a la corrosión en el agua de mar, el titanio y sus aleaciones se utilizan en la construcción naval para la fabricación de hélices, placas de barcos, submarinos, torpedos, etc. Las conchas no se adhieren al titanio y sus aleaciones, lo que aumenta considerablemente la resistencia del vaso cuando se mueve. Poco a poco, las áreas de aplicación del titanio se están expandiendo. El titanio y sus aleaciones se utilizan en las industrias química, petroquímica, de pulpa y papel y alimentaria, metalurgia no ferrosa, ingeniería energética, electrónica, tecnología nuclear, galvanoplastia, en la fabricación de armas, para la fabricación de placas de blindaje, instrumentos quirúrgicos, implantes quirúrgicos, plantas desalinizadoras, repuestos para autos de carreras, material deportivo (palos de golf, equipos de escalada), repuestos para relojes e incluso joyas. La nitruración del titanio conduce a la formación de una película dorada en su superficie, que no es inferior en belleza al oro real.

El descubrimiento del TiO2 fue realizado de manera casi simultánea e independiente por el inglés W. Gregor y el químico alemán M. G. Klaproth. W. Gregor, estudiando la composición de la arena ferruginosa magnética (Creed, Cornwall, Inglaterra, 1791), aisló una nueva "tierra" (óxido) de un metal desconocido, al que llamó menaken. En 1795, el químico alemán Klaproth descubrió un nuevo elemento en el mineral rutilo y lo llamó titanio. Dos años más tarde, Klaproth estableció que el rutilo y la tierra de menaken son óxidos del mismo elemento, tras lo cual quedó el nombre "titanio" propuesto por Klaproth. Después de 10 años, se produjo por tercera vez el descubrimiento del titanio. El científico francés L. Vauquelin descubrió el titanio en la anatasa y demostró que el rutilo y la anatasa son óxidos de titanio idénticos.

La primera muestra de titanio metálico fue obtenida en 1825 por J. Ya. Berzelius. Debido a la alta actividad química del titanio y la complejidad de su purificación, los holandeses A. van Arkel e I. de Boer obtuvieron una muestra de Ti puro en 1925 por descomposición térmica del vapor de yoduro de titanio TiI4.

El titanio es el décimo más abundante en la naturaleza. El contenido en la corteza terrestre es de 0,57% en masa, en agua de mar 0,001 mg/l. 300 g/t en rocas ultrabásicas, 9 kg/t en rocas básicas, 2,3 kg/t en rocas ácidas, 4,5 kg/t en arcillas y lutitas. En la corteza terrestre, el titanio es casi siempre tetravalente y está presente solo en compuestos de oxígeno. No ocurre en forma libre. El titanio en condiciones de meteorización y precipitación tiene una afinidad geoquímica por el Al2O3. Se concentra en bauxitas de la corteza meteorizada y en sedimentos arcillosos marinos. La transferencia de titanio se realiza en forma de fragmentos mecánicos de minerales y en forma de coloides. En algunas arcillas se acumula hasta un 30 % de TiO2 en peso. Los minerales de titanio son resistentes a la intemperie y forman grandes concentraciones en los placeres. Se conocen más de 100 minerales que contienen titanio. Los más importantes son: rutilo TiO2, ilmenita FeTiO3, titanomagnetita FeTiO3 + Fe3O4, perovskita CaTiO3, titanita CaTiSiO5. Hay minerales primarios de titanio: ilmenita-titanomagnetita y placer: rutilo-ilmenita-zircón.

Minerales principales: ilmenita (FeTiO3), rutilo (TiO2), titanita (CaTiSiO5).

En 2002, el 90% del titanio extraído se utilizó para la producción de dióxido de titanio TiO2. La producción mundial de dióxido de titanio fue de 4,5 millones de toneladas al año. Las reservas confirmadas de dióxido de titanio (sin Rusia) son de aproximadamente 800 millones de toneladas. Para 2006, según el Servicio Geológico de EE. UU., en términos de dióxido de titanio y excluyendo Rusia, las reservas de minerales de ilmenita ascienden a 603-673 millones de toneladas y rutilo - 49.7- 52.7 millones de toneladas Por lo tanto, al ritmo actual de producción, las reservas probadas de titanio en el mundo (excluyendo Rusia) serán suficientes para más de 150 años.

Rusia tiene las segundas mayores reservas de titanio del mundo después de China. La base de recursos minerales de titanio en Rusia consta de 20 depósitos (de los cuales 11 son primarios y 9 son aluviales), dispersos de manera bastante uniforme en todo el país. El mayor de los depósitos explorados (Yaregskoye) se encuentra a 25 km de la ciudad de Ukhta (República de Komi). Las reservas del depósito se estiman en 2 mil millones de toneladas de mineral con un contenido promedio de dióxido de titanio de alrededor del 10%.

El mayor productor mundial de titanio - empresa rusa"VSMPO-AVISMA".

Como regla general, el material de partida para la producción de titanio y sus compuestos es dióxido de titanio con una cantidad relativamente pequeña de impurezas. En particular, puede ser un concentrado de rutilo obtenido durante el beneficio de minerales de titanio. Sin embargo, las reservas de rutilo en el mundo son muy limitadas, y la llamada escoria sintética de rutilo o titanio, obtenida durante el procesamiento de concentrados de ilmenita, se usa con mayor frecuencia. Para obtener la escoria de titanio, se reduce el concentrado de ilmenita en un horno de arco eléctrico, mientras que el hierro se separa en una fase metálica (hierro fundido), y los óxidos de titanio no reducidos y las impurezas forman una fase de escoria. La escoria rica se procesa por el método del cloruro o del ácido sulfúrico.

En forma pura y en forma de aleaciones

Monumento de titanio a Gagarin en Leninsky Prospekt en Moscú

El metal se utiliza en: industria química (reactores, tuberías, bombas, accesorios de tuberías), industria militar (blindajes, armaduras y barreras contra incendios en aviación, cascos de submarinos), procesos industriales(plantas desaladoras, procesos de pulpa y papel), industria automotriz, industria agrícola, industria alimentaria, joyería piercing, industria médica (prótesis, osteoprótesis), instrumentos dentales y de endodoncia, implantes dentales, artículos deportivos, joyería (Alexander Khomov), teléfonos móviles, aleaciones ligeras, etc. Es el más importante material estructural en aviones, cohetes y construcción naval.

La fundición de titanio se lleva a cabo en hornos de vacío en moldes de grafito. También se utiliza fundición de inversión al vacío. Debido a las dificultades tecnológicas, se utiliza en fundición artística de forma limitada. La primera escultura monumental de titanio fundido en el mundo es el monumento a Yuri Gagarin en la plaza que lleva su nombre en Moscú.

El titanio es una adición de aleación en muchos aceros aleados y en la mayoría de las aleaciones especiales.

El nitinol (níquel-titanio) es una aleación con memoria de forma utilizada en medicina y tecnología.

Los aluminuros de titanio son muy resistentes a la oxidación y al calor, lo que a su vez determinó su uso en la industria aeronáutica y automotriz como materiales estructurales.

El titanio es uno de los materiales captadores más comunes utilizados en las bombas de alto vacío.

El dióxido de titanio blanco (TiO2) se utiliza en pinturas (como el blanco de titanio), así como en la fabricación de papel y plásticos. Aditivo alimentario E171.

Los compuestos de organotitanio (p. ej., tetrabutoxititanio) se utilizan como catalizadores y endurecedores en las industrias química y de pinturas.

Los compuestos inorgánicos de titanio se utilizan en las industrias química, electrónica y de fibra de vidrio como aditivos o recubrimientos.

El carburo de titanio, el diboruro de titanio y el carbonitruro de titanio son componentes importantes de los materiales superduros para el procesamiento de metales.

El nitruro de titanio se utiliza para recubrir herramientas, cúpulas de iglesias y en la fabricación de bisutería, porque. tiene un color similar al oro.

El titanato de bario BaTiO3, el titanato de plomo PbTiO3 y otros titanatos son ferroeléctricos.

Hay muchas aleaciones de titanio con diferentes metales. Los elementos de aleación se dividen en tres grupos, según su efecto sobre la temperatura de transformación polimórfica: estabilizadores beta, estabilizadores alfa y endurecedores neutros. Los primeros reducen la temperatura de transformación, los segundos la aumentan y los últimos no la afectan, pero conducen al endurecimiento por solución de la matriz. Ejemplos de estabilizadores alfa: aluminio, oxígeno, carbono, nitrógeno. Estabilizadores beta: molibdeno, vanadio, hierro, cromo, níquel. Endurecedores neutros: circonio, estaño, silicio. Los estabilizadores beta, a su vez, se dividen en beta-isomorfos y formadores de beta-eutectoide. La aleación de titanio más común es la aleación Ti-6Al-4V (en la clasificación rusa - VT6).

60% - pintura;

20% - plástico;

13% - papel;

7% - ingeniería mecánica.

$15-25 por kilo, dependiendo de la pureza.

La pureza y el grado del titanio en bruto (esponja de titanio) generalmente se determina por su dureza, que depende del contenido de impurezas. Las marcas más comunes son TG100 y TG110.

El precio del ferrotitanio (mínimo 70% de titanio) al 22/12/2010 es de $6,82 por kilogramo. El 01/01/2010 el precio estaba en el nivel de $ 5,00 por kilogramo.

En Rusia, los precios del titanio a principios de 2012 eran de 1200-1500 rublos/kg.

ventajas:

baja densidad (4500 kg / m3) ayuda a reducir la masa del material utilizado;

alta resistencia mecánica. Vale la pena señalar que en temperaturas elevadas(250-500 °C) las aleaciones de titanio son superiores en resistencia a las aleaciones de aluminio y magnesio de alta resistencia;

resistencia a la corrosión inusualmente alta, debido a la capacidad del titanio para formar películas continuas delgadas (5-15 micrones) de óxido de TiO2 en la superficie, firmemente unidas a la masa metálica;

la resistencia específica (proporción de resistencia y densidad) de las mejores aleaciones de titanio alcanza 30-35 o más, que es casi el doble de la resistencia específica de los aceros aleados.

Defectos:

alto costo de producción, el titanio es mucho más caro que el hierro, el aluminio, el cobre, el magnesio;

interacción activa a altas temperaturas, especialmente en estado líquido, con todos los gases que componen la atmósfera, por lo que el titanio y sus aleaciones solo pueden fundirse en el vacío o en un ambiente gases inertes;

dificultades que implica la producción de residuos de titanio;

malas propiedades antifricción debido a que el titanio se adhiere a muchos materiales, el titanio emparejado con titanio no puede funcionar por fricción;

alta propensión del titanio y muchas de sus aleaciones a la fragilización por hidrógeno y la corrosión salina;

mala maquinabilidad similar a la de los aceros inoxidables austeníticos;

la alta reactividad, la tendencia al crecimiento de grano a alta temperatura y las transformaciones de fase durante el ciclo de soldadura provocan dificultades en la soldadura de titanio.

La mayor parte del titanio se gasta en las necesidades de la tecnología de aviación y cohetes y la construcción naval marina. El titanio (ferrotitanio) se utiliza como aditivo de aleación para aceros de alta calidad y como desoxidante. El titanio técnico se utiliza para la fabricación de tanques, reactores químicos, tuberías, accesorios, bombas, válvulas y otros productos que operan en ambientes agresivos. Las rejillas y otras partes de los dispositivos de electrovacío que funcionan a altas temperaturas están hechas de titanio compacto.

En términos de uso como material estructural, el titanio ocupa el cuarto lugar, solo superado por Al, Fe y Mg. Los aluminuros de titanio son muy resistentes a la oxidación y al calor, lo que a su vez determinó su uso en la industria aeronáutica y automotriz como materiales estructurales. La seguridad biológica del titanio lo convierte en un material excelente para la industria alimentaria y la cirugía reconstructiva.

El titanio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en ingeniería debido a su alta resistencia mecánica, que se mantiene a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, resistencia al calor, resistencia específica, baja densidad y otras propiedades útiles. El elevado coste del titanio y sus aleaciones se ve compensado en muchos casos por su mayor rendimiento, siendo en algunos casos el único material a partir del cual es posible fabricar equipos o estructuras capaces de operar en unas condiciones específicas.

Las aleaciones de titanio juegan un papel importante en la tecnología aeronáutica, donde el objetivo es obtener el diseño más ligero combinado con la resistencia requerida. El titanio es liviano en comparación con otros metales, pero al mismo tiempo puede funcionar a altas temperaturas. Las aleaciones de titanio se utilizan para fabricar revestimientos, piezas de sujeción, un conjunto de potencia, piezas de chasis y varias unidades. Además, estos materiales se utilizan en la construcción de motores a reacción de aviones. Esto le permite reducir su peso en un 10-25%. Las aleaciones de titanio se utilizan para producir discos y álabes de compresores, tomas de aire y piezas de álabes guía, y sujetadores.

El titanio y sus aleaciones también se utilizan en la ciencia espacial. En vista de trabajo a corto plazo motores y el paso rápido de capas densas de la atmósfera en la ciencia espacial, los problemas de resistencia a la fatiga, resistencia estática y, en parte, la fluencia se eliminan en gran medida.

Debido a una resistencia al calor insuficientemente alta, el titanio técnico no es adecuado para su uso en la aviación, pero debido a su excepcionalmente alta resistencia a la corrosión, en algunos casos es indispensable en la industria química y la construcción naval. Por eso se utiliza en la fabricación de compresores y bombas para bombear medios tan agresivos como el sulfúrico y ácido clorhídrico y sus sales, tuberías, válvulas, autoclaves, varios recipientes, filtros, etc. Solo el titanio tiene resistencia a la corrosión en medios tales como cloro húmedo, agua y soluciones ácidas cloro, por lo que los equipos para la industria del cloro están hechos de este metal. El titanio se utiliza para fabricar intercambiadores de calor que funcionan en entornos corrosivos, por ejemplo, en Ácido nítrico(no ahumado). En la construcción naval, el titanio se utiliza para la fabricación de hélices, blindaje de barcos, submarinos, torpedos, etc. Las conchas no se adhieren al titanio y sus aleaciones, lo que aumenta considerablemente la resistencia del vaso cuando se mueve.

Las aleaciones de titanio son prometedoras para su uso en muchas otras aplicaciones, pero su uso en tecnología está limitado por el alto costo y la escasez de titanio.

Los compuestos de titanio también se utilizan ampliamente en diversas industrias. El carburo de titanio tiene una alta dureza y se utiliza en la fabricación de herramientas de corte y materiales abrasivos. El dióxido de titanio blanco (TiO2) se utiliza en pinturas (como el blanco de titanio), así como en la fabricación de papel y plásticos. Los compuestos de organotitanio (p. ej., tetrabutoxititanio) se utilizan como catalizadores y endurecedores en las industrias química y de pinturas. Los compuestos inorgánicos de titanio se utilizan en la industria química, electrónica y de fibra de vidrio como aditivo. El diboruro de titanio es un componente importante de los materiales metalúrgicos superduros. El nitruro de titanio se utiliza para recubrir herramientas.

Con los altos precios actuales del titanio, se utiliza principalmente para la producción de equipos militares, donde el papel principal no pertenece al costo, sino a las características técnicas. Sin embargo, existen usos conocidos propiedades únicas titanio para necesidades civiles. A medida que el precio del titanio disminuya y su producción crezca, el uso de este metal con fines militares y civiles se expandirá cada vez más.

Aviación. La baja gravedad específica y la alta resistencia (especialmente a temperaturas elevadas) del titanio y sus aleaciones los convierten en materiales de aviación muy valiosos. En el campo de la construcción aeronáutica y la producción de motores aeronáuticos, el titanio reemplaza cada vez más al aluminio y al acero inoxidable. A medida que aumenta la temperatura, el aluminio pierde rápidamente su resistencia. Por otro lado, el titanio tiene una clara ventaja en términos de resistencia a temperaturas de hasta 430 °C, y temperaturas elevadas de este orden se dan a altas velocidades debido al calentamiento aerodinámico. La ventaja de reemplazar el acero con titanio en la aviación es reducir el peso sin sacrificar la resistencia. La reducción general de peso con un mayor rendimiento a temperaturas elevadas permite una mayor carga útil, alcance y maniobrabilidad de la aeronave. Esto explica los esfuerzos encaminados a expandir el uso del titanio en la construcción aeronáutica en la fabricación de motores, la construcción de fuselajes, la fabricación de revestimientos e incluso tornillería.

En la construcción de motores a reacción, el titanio se utiliza principalmente para la fabricación de álabes de compresores, discos de turbinas y muchas otras piezas estampadas. Aquí, el titanio está reemplazando a los aceros aleados inoxidables y tratados térmicamente. Un ahorro de un kilogramo en el peso del motor ahorra hasta 10 kg en el peso total de la aeronave debido al aligeramiento del fuselaje. En el futuro, está previsto utilizar chapa de titanio para la fabricación de carcasas para cámaras de combustión de motores.

En la construcción de aeronaves, el titanio se usa mucho para piezas de fuselaje que funcionan a temperaturas elevadas. La lámina de titanio se utiliza para la fabricación de todo tipo de fundas, fundas protectoras de cables y guías para proyectiles. Varios elementos de refuerzo, marcos de fuselaje, costillas, etc. están hechos de láminas de titanio aleado.

Las cubiertas, aletas, fundas de cables y guías de proyectiles están hechas de titanio sin alear. El titanio aleado se utiliza para la fabricación de la estructura del fuselaje, los marcos, las tuberías y las barreras contra incendios.

El titanio se usa cada vez más en la construcción de los aviones F-86 y F-100. En el futuro, el titanio se utilizará para fabricar puertas de trenes de aterrizaje, tuberías hidráulicas, tubos y boquillas de escape, largueros, flaps, puntales plegables, etc.

El titanio se puede utilizar para fabricar placas de blindaje, palas de hélice y cajas de proyectiles.

En la actualidad, el titanio se utiliza en la construcción de aviones militares Douglas X-3 for skin, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 y Boeing B-52.

El titanio también se utiliza en la construcción de aviones civiles DC-7. La empresa Douglas, al sustituir las aleaciones de aluminio y el acero inoxidable por el titanio en la fabricación de la góndola del motor y las barreras cortafuegos, ya ha conseguido un ahorro en el peso de la estructura del avión de unos 90 kg. Actualmente, el peso de las piezas de titanio en este avión es del 2%, y se espera que esta cifra se incremente al 20% del peso total del avión.

El uso de titanio permite reducir el peso de los helicópteros. La lámina de titanio se utiliza para pisos y puertas. Se consiguió una importante reducción del peso del helicóptero (unos 30 kg) sustituyendo el acero aleado por titanio para el revestimiento de las palas de sus rotores.

Armada. La resistencia a la corrosión del titanio y sus aleaciones los convierte en un material muy valioso en el mar. El Departamento de Marina de los EE. UU. está investigando exhaustivamente la resistencia a la corrosión del titanio frente a la exposición a gases de combustión, vapor, aceite y agua de mar. La alta resistencia específica del titanio tiene casi la misma importancia en los asuntos navales.

El bajo peso específico del metal, combinado con la resistencia a la corrosión, aumenta la maniobrabilidad y el alcance de los barcos, y también reduce el costo de mantenimiento de la pieza de material y su reparación.

Las aplicaciones de titanio en la marina incluyen silenciadores de escape para motores diesel submarinos, discos de instrumentos, tubos de paredes delgadas para condensadores e intercambiadores de calor. Según los expertos, el titanio, como ningún otro metal, puede aumentar la vida útil de los silenciadores de escape en los submarinos. Para discos de calibre expuestos a agua salada, gasolina o aceite, el titanio proporcionará una mayor durabilidad. Se está investigando la posibilidad de utilizar titanio para la fabricación de tubos intercambiadores de calor, que deben ser resistentes a la corrosión en agua de mar que lava los tubos desde el exterior y, al mismo tiempo, soportar los efectos del condensado de escape que fluye dentro de ellos. Se está considerando la posibilidad de fabricar antenas y componentes de instalaciones de radar en titanio, que deben ser resistentes a los efectos de los gases de combustión y el agua de mar. El titanio también se puede utilizar para la producción de piezas como válvulas, hélices, piezas de turbinas, etc.

Artillería. Aparentemente, el mayor consumidor potencial de titanio puede ser la artillería, donde actualmente se están realizando investigaciones intensivas sobre varios prototipos. Sin embargo, en esta área, la producción de piezas individuales y piezas de titanio está estandarizada. Muy uso limitado El titanio en artillería con un gran alcance de investigación se explica por su alto costo.

Se han explorado varios detalles. equipo de artillería en cuanto a la posibilidad de sustitución de materiales convencionales por titanio, sujeto a una reducción en los precios del titanio. Se prestó la atención principal a las piezas para las que la reducción de peso es esencial (piezas transportadas a mano y transportadas por aire).

Placa base de mortero hecha de titanio en lugar de acero. Mediante tal reemplazo y después de algunas modificaciones, en lugar de una placa de acero de dos mitades con un peso total de 22 kg, fue posible crear una parte que pesaba 11 kg. Gracias a este reemplazo, es posible reducir el número de personal de servicio de tres a dos. Se está considerando la posibilidad de utilizar titanio para la fabricación de parallamas de armas.

Se están probando monturas de pistola, crucetas de carro y cilindros de retroceso hechos de titanio. Aplicación amplia el titanio se puede obtener en la producción de proyectiles guiados y misiles.

Los primeros estudios sobre el titanio y sus aleaciones mostraron la posibilidad de fabricar placas de blindaje a partir de ellos. Sustitución de armadura de acero (espesor 12,7 mm) armadura de titanio la misma resistencia del proyectil (espesor 16 mm) permite, según estos estudios, ahorrar hasta un 25% en peso.

Las aleaciones de titanio de alta calidad abren la esperanza de la posibilidad de sustituir las placas de acero por placas de titanio del mismo espesor, lo que supone un ahorro de hasta un 44 % en peso. Aplicación industrial el titanio proporcionará una mayor maniobrabilidad, aumentará el rango de transporte y la durabilidad del arma. El nivel actual de desarrollo del transporte aéreo pone de manifiesto las ventajas de los vehículos blindados ligeros y otros vehículos fabricados en titanio. El departamento de artillería tiene la intención de equipar a la infantería con cascos, bayonetas, lanzagranadas y lanzallamas de mano hechos de titanio en el futuro. La aleación de titanio se utilizó por primera vez en artillería para la fabricación del pistón de algunas armas automáticas.

Transporte. Muchos de los beneficios de usar titanio en la producción de material blindado también se aplican a los vehículos.

La sustitución de los materiales estructurales que actualmente consumen las empresas de ingeniería de transporte por titanio debería conducir a una reducción del consumo de combustible, un aumento de la capacidad de carga útil, un aumento del límite de fatiga de las piezas de los mecanismos de manivela, etc. vias ferreas es fundamental para reducir el peso muerto. Una reducción significativa del peso total del material rodante debido al uso de titanio permitirá ahorrar en tracción, reducir las dimensiones de los cuellos y las cajas de grasa.

El peso también es importante para los remolques. Vehículo. Aquí, la sustitución del acero por titanio en la producción de ejes y ruedas también aumentaría la capacidad de carga útil.

Todas estas oportunidades podrían materializarse reduciendo el precio del titanio de 15 a 2-3 dólares por libra de productos semiacabados de titanio.

Industria química. En la producción de equipos para la industria química, la resistencia a la corrosión del metal es de suma importancia. También es fundamental reducir el peso y aumentar la resistencia del equipo. Lógicamente, se debe suponer que el titanio podría proporcionar una serie de beneficios en la producción de equipos para el transporte de ácidos, álcalis y sales inorgánicas del mismo. Se están abriendo posibilidades adicionales para el uso del titanio en la producción de equipos tales como tanques, columnas, filtros y todo tipo de cilindros de alta presión.

El uso de tuberías de titanio puede mejorar la eficiencia de los serpentines de calentamiento en autoclaves de laboratorio e intercambiadores de calor. La aplicabilidad del titanio para la producción de cilindros en los que se almacenan gases y líquidos bajo presión durante mucho tiempo se evidencia por el uso en microanálisis de productos de combustión en lugar de un tubo de vidrio más pesado (que se muestra en la parte superior de la imagen). Debido a su pequeño espesor de pared y baja gravedad específica, este tubo se puede pesar en balanzas analíticas más pequeñas y sensibles. Aquí, la combinación de ligereza y resistencia a la corrosión mejora la precisión del análisis químico.

Otras aplicaciones. El uso de titanio es conveniente en las industrias alimentaria, petrolera y eléctrica, así como para la fabricación de instrumentos quirúrgicos y en la cirugía misma.

Las mesas para la preparación de alimentos, las mesas para cocinar al vapor hechas de titanio son de calidad superior a los productos de acero.

En la industria de perforación de petróleo y gas, la lucha contra la corrosión es de gran importancia, por lo que el uso de titanio permitirá reemplazar las barras de los equipos que se corroen con menos frecuencia. En la producción catalítica y para la fabricación de oleoductos, es deseable utilizar titanio, que conserva las propiedades mecánicas a altas temperaturas y tiene buena resistencia a la corrosión.

En la industria eléctrica, el titanio se puede utilizar para blindar cables debido a su buena resistencia específica, alta resistencia eléctrica y propiedades no magnéticas.

En varias industrias, se están comenzando a usar sujetadores de una forma u otra hechos de titanio. Es posible una mayor expansión del uso del titanio para la fabricación de instrumentos quirúrgicos, principalmente debido a su resistencia a la corrosión. Los instrumentos de titanio son superiores a este respecto a los instrumentos quirúrgicos convencionales cuando se hierven o esterilizan en autoclave repetidamente.

En el campo de la cirugía, el titanio demostró ser mejor que el vitalio y los aceros inoxidables. La presencia de titanio en el cuerpo es bastante aceptable. La placa y los tornillos de titanio para sujetar los huesos estuvieron en el cuerpo del animal durante varios meses, y el hueso creció en las roscas de los tornillos y en el orificio de la placa.

La ventaja del titanio también radica en el hecho de que se forma tejido muscular en la placa.

Aproximadamente la mitad de los productos de titanio producidos en el mundo se envían generalmente a la industria de la aviación civil, pero su declive después de los conocidos trágicos eventos está obligando a muchos participantes de la industria a buscar nuevas aplicaciones para el titanio. Este material representa la primera parte de una selección de publicaciones en la prensa metalúrgica extranjera dedicada a las perspectivas del titanio en las condiciones modernas. Según uno de los principales fabricantes estadounidenses de titanio RT1, del volumen total de producción de titanio a escala mundial a un nivel de 50-60 mil toneladas por año, el segmento aeroespacial representa hasta 40 consumo, aplicaciones industriales y aplicaciones. cuenta de 34, y el área militar 16, y alrededor de 10 representaron el uso de titanio en productos de consumo. Las aplicaciones industriales del titanio incluyen procesos químicos, energía, industria del petróleo y el gas, plantas de desalinización. Las aplicaciones militares no aeronáuticas incluyen principalmente el uso en artillería y vehículos de combate. Los sectores con un uso significativo del titanio son la industria automotriz, la arquitectura y la construcción, los artículos deportivos y la joyería. Casi todo el titanio en lingotes se produce en EE. UU., Japón y la CEI; Europa representa solo el 3,6 del volumen mundial. Los mercados regionales de uso final del titanio varían mucho: la mayoría un excelente ejemplo Japón es único, donde el sector aeroespacial civil representa solo 2-3 mientras utiliza el 30 del consumo total de titanio en equipos y elementos estructurales de plantas químicas. Aproximadamente el 20 de la demanda total en Japón proviene de la energía nuclear y en centrales eléctricas de combustibles sólidos, el resto está en arquitectura, medicina y deportes. El cuadro opuesto se observa en Estados Unidos y Europa, donde exclusivamente gran importancia tiene consumo en el sector aeroespacial - 60-75 y 50-60 para cada región, respectivamente. En EE. UU., los mercados finales tradicionalmente fuertes son los productos químicos, los equipos médicos y los equipos industriales, mientras que en Europa la mayor parte se encuentra en la industria del petróleo y el gas y la industria de la construcción. La fuerte dependencia de la industria aeroespacial ha sido una preocupación de larga data para la industria del titanio, que está tratando de expandir las aplicaciones del titanio, especialmente en la actual recesión mundial de la aviación civil. Según el Servicio Geológico de EE. UU., en el primer trimestre de 2003 hubo una disminución significativa en las importaciones de esponja de titanio: solo 1319 toneladas, que es 62 menos que las 3431 toneladas en el mismo período de 2002. El sector aeroespacial siempre será uno de los principales mercados para el titanio, pero nosotros, la industria del titanio, debemos estar a la altura del desafío y hacer todo lo posible para asegurarnos de que nuestra industria no experimente ciclos de desarrollo y recesión en el sector aeroespacial. Algunos de los principales fabricantes de la industria del titanio ven oportunidades crecientes en los mercados existentes, uno de los cuales es el mercado de equipos y materiales submarinos. Según Martin Proko, Gerente de Ventas y Distribución de RT1, el titanio se ha utilizado en las industrias de energía y submarinas durante mucho tiempo, desde principios de la década de 1980, pero solo en los últimos cinco años estas áreas se han desarrollado de manera constante con un crecimiento correspondiente en el nicho de mercado. En el sector submarino, el crecimiento se debe principalmente a las operaciones de perforación a mayores profundidades, donde el titanio es el material más adecuado. Su ciclo de vida submarino, por así decirlo, es de cincuenta años, lo que corresponde a la duración habitual de los proyectos submarinos. Ya hemos enumerado las áreas en las que es probable un aumento en el uso de titanio. El gerente de ventas de Howmet Ti-Cast, Bob Funnell, señala que el estado actual del mercado puede verse como oportunidades crecientes en nuevas áreas, como piezas giratorias para turbocompresores en camiones, cohetes y bombas.

Uno de nuestros proyectos en curso es el desarrollo de sistemas de artillería ligera BAE Butitzer XM777 con un calibre de 155 mm. Newmet suministrará 17 de los 28 conjuntos estructurales de titanio para cada montura de arma, y las entregas al Cuerpo de Marines de EE. UU. se realizarán en agosto de 2004. Con un peso total del arma de 9800 libras de aproximadamente 4,44 toneladas, el titanio representa unas 2600 libras de aproximadamente 1,18 toneladas de titanio en su diseño: se utiliza una aleación 6A14U con una gran cantidad de piezas fundidas, dice Frank Hrster, jefe de sistemas de apoyo contra incendios. BAE Sy81et8. Este sistema XM777 reemplazará al sistema Newitzer M198 actual, que pesa alrededor de 17,000 libras y aproximadamente 7.71 toneladas. La producción en masa está planificada para el período de 2006 a 2010; las entregas a los EE. UU., Gran Bretaña e Italia están inicialmente programadas, pero es posible ampliar el programa para las entregas a los países miembros de la OTAN. John Barber de Timet señala que los ejemplos equipamiento militar, en cuyo diseño se emplean importantes volúmenes de titanio, son el depósito Abramé y máquina de combate Bradley. Durante los últimos dos años, ha estado en marcha un programa conjunto entre la OTAN, EE. UU. y el Reino Unido para intensificar el uso del titanio en armas y sistemas de defensa. Como se ha señalado más de una vez, el titanio es muy adecuado para su uso en la industria automotriz, sin embargo, la participación de esta dirección es bastante modesta: aproximadamente 1 del volumen total de titanio consumido, o 500 toneladas por año, según el italiano. empresa Poggipolini, fabricante de componentes y piezas de titanio para motocicletas de Fórmula 1 y carreras. Daniele Stoppolini, jefe de investigación y desarrollo de esta empresa, cree que la demanda actual de titanio en este segmento de mercado está en el nivel de 500 toneladas, con el uso masivo de este material en la construcción de válvulas, resortes, sistemas de escape, transmisión ejes, pernos, podría potencialmente elevarse al nivel de casi no 16,000 toneladas por año. Agregó que su compañía apenas está comenzando a desarrollar la producción automatizada de pernos de titanio para reducir los costos de producción. A su juicio, los factores limitantes, por los que el uso del titanio no se expande de manera significativa en la industria automotriz, son la imprevisibilidad de la demanda y la incertidumbre con el suministro de materias primas. Al mismo tiempo, queda un gran nicho potencial para el titanio en la industria automotriz, que combina características óptimas de peso y resistencia para resortes helicoidales y sistemas de gases de escape. Desafortunadamente, en el mercado estadounidense, el amplio uso del titanio en estos sistemas está marcado solo por el modelo semideportivo bastante exclusivo Chevrolet Corvette Z06, que de ninguna manera puede pretender ser un automóvil de masas. Sin embargo, debido a los continuos desafíos de economía de combustible y resistencia a la corrosión, las perspectivas para el titanio en esta área permanecen. Para la aprobación en los mercados de aplicaciones no aeroespaciales y no militares, se creó recientemente una empresa conjunta UNITI en su nombre, se juega con la palabra unidad - unidad y Ti - la designación de titanio en la tabla periódica como parte del mundo principales productores de titanio: la estadounidense Allegheny Technologies y la rusa VSMPO-Avisma. Estos mercados han sido excluidos deliberadamente, dijo Carl Moulton, presidente de la nueva compañía, ya que tenemos la intención de hacer de la nueva compañía un proveedor líder para las industrias que utilizan piezas y subensamblajes de titanio, principalmente petroquímica y generación de energía. Además, tenemos la intención de comercializar activamente en los campos de dispositivos de desalinización, vehículos, productos de consumo y electrónica. Creo que nuestras instalaciones de producción se complementan bien: VSMPO tiene capacidades sobresalientes para la producción de productos finales, Allegheny tiene excelentes tradiciones en la producción de productos laminados de titanio en frío y en caliente. Se espera que la participación de UNITI en el mercado mundial de productos de titanio sea de 45 millones de libras, aproximadamente 20 411 toneladas. El mercado de equipos médicos puede considerarse un mercado en constante desarrollo: según British Titanium International Group, el contenido anual de titanio en todo el mundo en varios implantes y prótesis es de aproximadamente 1000 toneladas, y esta cifra aumentará a medida que las posibilidades de cirugía para reemplazar articulaciones humanas después de accidentes o lesiones. Además de las ventajas obvias de flexibilidad, resistencia y ligereza, el titanio es altamente compatible con el cuerpo en un sentido biológico debido a la ausencia de corrosión en los tejidos y fluidos del cuerpo humano. En odontología, el uso de prótesis e implantes también se está disparando, tres veces en los últimos diez años, según la Asociación Dental Americana, en gran parte debido a las características del titanio. Aunque el uso del titanio en la arquitectura se remonta a más de 25 años, su uso generalizado en este ámbito no se inició hasta últimos años. La ampliación del aeropuerto de Abu Dhabi en los Emiratos Árabes Unidos, cuya finalización está prevista para 2006, utilizará hasta 1,5 millones de libras de aproximadamente 680 toneladas de titanio. Se planea implementar una gran cantidad de proyectos arquitectónicos y de construcción que utilizan titanio no solo en los países desarrollados de EE. UU., Canadá, Gran Bretaña, Alemania, Suiza, Bélgica, Singapur, sino también en Egipto y Perú.

El segmento del mercado de bienes de consumo es actualmente el segmento de más rápido crecimiento del mercado del titanio. Mientras que hace 10 años este segmento era solo 1-2 del mercado de titanio, hoy ha crecido a 8-10 del mercado. En general, el consumo de titanio en la industria de bienes de consumo creció aproximadamente al doble de la tasa de todo el mercado de titanio. El uso de titanio en los deportes es el más antiguo y tiene la mayor parte del uso de titanio en productos de consumo. La razón de la popularidad del titanio en los equipos deportivos es simple: le permite obtener una relación de peso y resistencia superior a la de cualquier otro metal. El uso de titanio en bicicletas comenzó hace unos 25-30 años y fue el primer uso de titanio en equipos deportivos. Se utilizan principalmente tubos de aleación Ti3Al-2.5V ASTM Grado 9. Otras piezas hechas de aleaciones de titanio incluyen frenos, ruedas dentadas y resortes de asiento. El uso de titanio en la fabricación de palos de golf comenzó a finales de los 80 y principios de los 90 por parte de los fabricantes de palos en Japón. Antes de 1994-1995, esta aplicación del titanio era prácticamente desconocida en EE. UU. y Europa. Eso cambió cuando Callaway presentó su palo de titanio Ruger Titanium, llamado Great Big Bertha. Debido a los beneficios obvios y al marketing bien pensado de Callaway, las varillas de titanio se convirtieron en un éxito instantáneo. En un corto período de tiempo, los palos de titanio han pasado de ser un equipo exclusivo y costoso de un pequeño grupo de golfistas a ser ampliamente utilizados por la mayoría de los golfistas, sin dejar de ser más caros que los palos de acero. Me gustaría dar las principales, en mi opinión, tendencias en el desarrollo del mercado del golf, pasó de la alta tecnología a la producción en masa en un corto período de 4-5 años, siguiendo el camino de otras industrias con altos costos laborales. como la producción de ropa, juguetes y productos electrónicos de consumo, la producción de palos de golf se dirigió a países con la mano de obra más barata, primero a Taiwán, luego a China, y ahora se están construyendo fábricas en países con mano de obra aún más barata, como Vietnam y Tailandia. , el titanio se usa definitivamente para los conductores, donde sus cualidades superiores dan una clara ventaja y justifican un precio más alto. Sin embargo, el titanio aún no ha encontrado un uso muy generalizado en los palos posteriores, ya que el aumento significativo de los costos no se corresponde con una mejora correspondiente en el juego.Actualmente, los drivers se fabrican principalmente con una superficie de impacto forjada, una parte superior forjada o fundida y un Recientemente, la Asociación de Golf Profesional ROA permitió aumentar el límite superior del llamado factor de retorno, en relación con el cual todos los fabricantes de palos intentarán aumentar las propiedades elásticas de la superficie de golpe. Para ello, es necesario reducir el espesor de la superficie de impacto y utilizar aleaciones más fuertes, como SP700, 15-3-3-3 y VT-23. Ahora centrémonos en el uso del titanio y sus aleaciones en otros equipos deportivos. Los tubos de bicicleta de carrera y otras piezas están hechos de aleación ASTM Grado 9 Ti3Al-2.5V. Una cantidad sorprendentemente significativa de hoja de titanio se utiliza en la fabricación de cuchillos de buceo. La mayoría de los fabricantes utilizan la aleación Ti6Al-4V, pero esta aleación no proporciona la durabilidad del borde de la hoja como otras aleaciones más fuertes. Algunos fabricantes están cambiando a la aleación BT23.

El precio minorista de los cuchillos de buceo de titanio es de aproximadamente $70-80. Las herraduras de fundición de titanio proporcionan una importante reducción de peso en comparación con el acero, al tiempo que proporcionan la resistencia necesaria. Desafortunadamente, este uso de titanio no se materializó porque las herraduras de titanio brillaban y asustaban a los caballos. Pocos aceptarán usar herraduras de titanio después de los primeros experimentos fallidos. Titanium Beach, con sede en Newport Beach, California Newport Beach, California, ha desarrollado patines de aleación Ti6Al-4V. Desafortunadamente, aquí nuevamente el problema es la durabilidad del filo de las palas. Creo que este producto tiene posibilidades de vivir si los fabricantes usan aleaciones más fuertes como 15-3-3-3 o BT-23. El titanio se usa mucho en el montañismo y el senderismo, para casi todos los artículos que los escaladores y excursionistas llevan en sus mochilas, botellas, vasos, precio de venta al público de 20 a 30 dólares, juegos de cocina con un precio de venta al público de aproximadamente 50 dólares, vajillas fabricadas en su mayoría con titanio comercialmente puro de grado 1 y 2. Otros ejemplos de equipos de escalada y senderismo son las estufas compactas, los soportes y soportes para tiendas de campaña, los piolets y los tornillos para hielo. Los fabricantes de armas han comenzado recientemente a producir pistolas de titanio tanto para tiro deportivo como para aplicaciones policiales.

La electrónica de consumo es un mercado bastante nuevo y de rápido crecimiento para el titanio. En muchos casos, el uso del titanio en la electrónica de consumo no solo se debe a sus excelentes propiedades, sino también a la apariencia atractiva de los productos. El titanio de grado 1 comercialmente puro se utiliza para fabricar carcasas para computadoras portátiles, teléfonos móviles, televisores de pantalla plana de plasma y otros equipos electrónicos. El uso de titanio en la construcción de altavoces proporciona mejores propiedades acústicas debido a que el titanio es más liviano que el acero, lo que da como resultado una mayor sensibilidad acústica. Los relojes de titanio, introducidos por primera vez en el mercado por fabricantes japoneses, ahora son uno de los productos de titanio de consumo más asequibles y reconocidos. El consumo mundial de titanio en la producción de joyas tradicionales y las llamadas joyas portátiles se mide en varias decenas de toneladas. Cada vez más, puedes encontrar titanio anillos de boda y, por supuesto, las personas que usan joyas en el cuerpo simplemente están obligadas a usar titanio. El titanio se usa ampliamente en la fabricación de sujetadores y accesorios marinos, donde la combinación de alta resistencia a la corrosión y resistencia es muy importante. Atlas Ti, con sede en Los Ángeles, fabrica una amplia gama de estos productos en aleación VTZ-1. El uso del titanio en la producción de herramientas comenzó por primera vez en la Unión Soviética a principios de los años 80, cuando, siguiendo las instrucciones del gobierno, se fabricaron herramientas livianas y convenientes para facilitar el trabajo de los trabajadores. El gigante soviético de la producción de titanio, la Asociación de Producción de Procesamiento de Metales Verkhne-Saldinskoye, en ese momento producía palas, extractores de clavos, monturas, hachas y llaves de titanio.

Posteriormente, los fabricantes de herramientas japoneses y estadounidenses comenzaron a utilizar titanio en sus productos. No hace mucho, VSMPO firmó un contrato con Boeing para el suministro de placas de titanio. Sin duda, este contrato tuvo un efecto muy beneficioso en el desarrollo de la producción de titanio en Rusia. El titanio ha sido ampliamente utilizado en medicina durante muchos años. Las ventajas son la fuerza, la resistencia a la corrosión y, lo que es más importante, algunas personas son alérgicas al níquel, un componente esencial de los aceros inoxidables, mientras que nadie es alérgico al titanio. Las aleaciones utilizadas son titanio comercialmente puro y Ti6-4Eli. El titanio se utiliza en la fabricación de instrumentos quirúrgicos, prótesis internas y externas, incluidas las críticas, como una válvula cardíaca. Las muletas y las sillas de ruedas están hechas de titanio. El uso del titanio en el arte se remonta a 1967, cuando se erigió el primer monumento de titanio en Moscú.

Por el momento, se han levantado un número importante de monumentos y edificios de titanio en casi todos los continentes, incluidos algunos tan famosos como el Museo Guggenheim, construido por el arquitecto Frank Gehry en Bilbao. El material es muy popular entre la gente de arte por su color, apariencia, fuerza y resistencia a la corrosión. Por estos motivos, el titanio se utiliza en mercería de souvenirs y bisutería, donde compite con éxito con metales tan preciosos como la plata e incluso el oro. Según Martin Proko de RTi, el precio promedio de la esponja de titanio en los EE. UU. es de 3,80 por libra, en Rusia es de 3,20 por libra. Además, el precio del metal depende en gran medida del carácter cíclico de la industria aeroespacial comercial. El desarrollo de muchos proyectos podría acelerarse drásticamente si se encuentran formas de reducir los costos de producción y procesamiento de titanio, procesamiento de chatarra y tecnologías de fundición, dijo Markus Holz, director gerente de German Deutsche Titan. British Titanium está de acuerdo en que la expansión de los productos de titanio se ve frenada por los altos costos de producción y que se deben realizar muchas mejoras antes de que el titanio se pueda producir en masa. tecnologías modernas.

Uno de los pasos en esta dirección es el desarrollo del llamado proceso FFC, que es un nuevo proceso electrolítico para la producción de titanio metálico y aleaciones, cuyo costo es significativamente menor. Según Daniele Stoppolini, la estrategia general en la industria del titanio requiere el desarrollo de las aleaciones y la tecnología de producción más adecuadas para cada nuevo mercado y aplicación del titanio.

Fuentes

Wikipedia - La enciclopedia libre, WikiPedia

metotech.ru - Metotecnia

housetop.com - La parte superior de la casa

atomsteel.com – Tecnología atómica

domremstroy.ru - DomRemStroy

- elemento 4 del grupo 4 del periodo. El metal de transición exhibe propiedades tanto básicas como ácidas, está bastante extendido en la naturaleza: décimo lugar. Lo más interesante para la economía nacional es la combinación de alta dureza y ligereza del metal, lo que lo convierte en un elemento indispensable para la industria aeronáutica. Este artículo le informará sobre el marcado, la aleación y otras propiedades del metal titanio, le dará una descripción general y datos interesantes al respecto.

En apariencia, el metal se parece más al acero, pero sus cualidades mecánicas son superiores. Al mismo tiempo, el titanio se distingue por su bajo peso: peso molecular 22. Las propiedades físicas del elemento se han estudiado bastante bien, pero dependen en gran medida de la pureza del metal, lo que conduce a desviaciones significativas.

Además, sus propiedades químicas específicas importan. El titanio es resistente a los álcalis, al ácido nítrico y, al mismo tiempo, interactúa violentamente con los halógenos secos y, a temperaturas más altas, con el oxígeno y el nitrógeno. Peor aún, comienza a absorber hidrógeno incluso a temperatura ambiente, si hay una superficie activa. Y en la fusión absorbe oxígeno e hidrógeno tan intensamente que la fusión tiene que llevarse a cabo en vacío.

Otro rasgo importante que determina las características físicas es la existencia de 2 fases del estado.

Baja temperatura- α-Ti tiene una red hexagonal compacta, la densidad de la sustancia es de 4,55 g / cu. cm (a 20 C).
alta temperatura- β-Ti se caracteriza por una red cúbica centrada en el cuerpo, la densidad de fase, respectivamente, es menor - 4,32 g / cu. ver (a 900C).

Temperatura de transición de fase - 883 C.

En condiciones normales, el metal se cubre con una película protectora de óxido. En su ausencia, el titanio es gran peligro. Entonces, el polvo de titanio puede explotar, la temperatura de tal flash es de 400C. Las virutas de titanio son un material peligroso para el fuego y se almacenan en un entorno especial.

El siguiente video habla sobre la estructura y las propiedades del titanio:

Propiedades y características del titanio

El titanio es, con mucho, el más fuerte entre todos los existentes. materiales tecnicos, por lo tanto, a pesar de la complejidad de obtención y los altos requisitos de seguridad para , se usa bastante. Las características físicas del elemento son bastante inusuales, pero dependen mucho de la pureza. Por lo tanto, el titanio puro y las aleaciones se utilizan activamente en la industria de cohetes y aviones, mientras que el titanio técnico no es adecuado porque pierde resistencia a altas temperaturas debido a las impurezas.

densidad del metal

La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la fase.

A temperaturas desde 0 hasta el punto de fusión, disminuye de 4,51 a 4,26 g/cu. cm, y durante la transición de fase lo aumenta en un 0,15% y luego vuelve a disminuir.
La densidad del metal líquido es de 4,12 g/cu. cm y luego disminuye al aumentar la temperatura.

Puntos de fusión y ebullición

La transición de fase separa todas las propiedades del metal en cualidades que pueden exhibir las fases α y β. Entonces, la densidad hasta 883 C se refiere a las cualidades de la fase α y los puntos de fusión y ebullición, a los parámetros de la fase β.

El punto de fusión del titanio (en grados) es 1668+/-5 C;
El punto de ebullición alcanza los 3227 C.

La combustión del titanio se discute en este video:

Características mecánicas

El titanio es aproximadamente 2 veces más resistente que el hierro y 6 veces más resistente que el aluminio, lo que lo convierte en un material estructural tan valioso. Los exponentes se refieren a las propiedades de la fase α.

La resistencia a la tracción de la sustancia es de 300 a 450 MPa. El indicador se puede aumentar a 2000 MPa agregando algunos elementos, así como recurriendo a un procesamiento especial: endurecimiento y envejecimiento.

Curiosamente, el titanio conserva una alta resistencia específica incluso a las temperaturas más bajas. Además, a medida que disminuye la temperatura, aumenta la resistencia a la flexión: a +20 C, el indicador es de 700 MPa y a -196 - 1100 MPa.

La elasticidad del metal es relativamente baja, lo que es un inconveniente importante de la sustancia. Módulo de elasticidad en condiciones normales 110,25 GPa. Además, el titanio se caracteriza por la anisotropía: la elasticidad en diferentes direcciones alcanza valores diferentes.
La dureza de la sustancia en la escala HB es 103. Además, este indicador se promedia. Según la pureza del metal y la naturaleza de las impurezas, la dureza puede ser mayor.
El límite elástico condicional es de 250 a 380 MPa. Cuanto más alto es este indicador, mejor soportan las cargas los productos de la sustancia y más resisten el desgaste. El índice del titanio supera al del aluminio en 18 veces.

Comparado con otros metales que tienen la misma red, el metal tiene una ductilidad y maleabilidad muy decentes.

Capacidad calorífica

El metal se caracteriza por una baja conductividad térmica, por lo tanto, en las áreas relevantes, por ejemplo, no se utiliza la fabricación de termoelectrodos.

Su conductividad térmica es de 16,76 l, W/(m × grados). Esto es 4 veces menos que el hierro y 12 veces menos que el hierro.
Pero el coeficiente de expansión térmica del titanio es insignificante a temperatura normal y aumenta al aumentar la temperatura.
La capacidad calorífica del metal es 0.523 kJ/(kg K).

Características electricas

Como suele ser el caso, la baja conductividad térmica conduce a una baja conductividad eléctrica.

La resistividad eléctrica del metal es muy alta - 42,1·10 -6 ohm·cm en condiciones normales. Si consideramos que la conductividad de la plata es del 100 %, la conductividad del titanio será del 3,8 %.
El titanio es un paramagneto, es decir, no se puede magnetizar en el campo, como el hierro, sino que también se puede empujar fuera del campo, ya que no lo hará. Esta propiedad decrece linealmente con la disminución de la temperatura, pero, después de pasar el mínimo, aumenta un poco. La susceptibilidad magnética específica es 3.2 10 -6 G -1 . Cabe señalar que la susceptibilidad, así como la elasticidad, forma anisotropía y cambia según la dirección.

A una temperatura de 3,8 K, el titanio se convierte en un superconductor.

Resistencia a la corrosión

En condiciones normales, el titanio tiene propiedades anticorrosivas muy altas. En el aire, se cubre con una capa de óxido de titanio con un espesor de 5 a 15 micras, lo que proporciona una excelente inercia química. El metal no se corroe en el aire, aire de mar, agua de mar, cloro húmedo, agua de cloro y muchas otras soluciones tecnológicas y reactivos, lo que hace que el material sea indispensable en las industrias química, papelera y petrolera.

Con un aumento de la temperatura o un fuerte pulido del metal, la imagen cambia drásticamente. El metal reacciona con casi todos los gases que componen la atmósfera, y en estado líquido también los absorbe.

Seguridad

El titanio es uno de los metales biológicamente más inertes. En medicina se utiliza para la fabricación de prótesis, ya que es resistente a la corrosión, ligero y duradero.

El dióxido de titanio no es tan seguro, aunque se usa con mucha más frecuencia, por ejemplo, en las industrias cosmética y alimentaria. Según algunos informes - UCLA, investigación del profesor de patología Robert Shistle, las nanopartículas de dióxido de titanio afectan el aparato genético y pueden contribuir al desarrollo del cáncer. Además, la sustancia no penetra en la piel, por lo que el uso de protectores solares, que contienen dióxido, no representa un peligro, pero una sustancia que ingresa al cuerpo, con colorantes alimentarios, suplementos biológicos, puede ser peligrosa.

El titanio es un metal excepcionalmente fuerte, duro y ligero con propiedades químicas y físicas muy interesantes. Esta combinación es tan valiosa que incluso las dificultades para fundir y refinar el titanio no detienen a los fabricantes.

Este video le dirá cómo distinguir el titanio del acero:

Sección 1. Historia y ocurrencia del titanio en la naturaleza.

Titanio — Este un elemento de un subgrupo lateral del cuarto grupo, el cuarto período del sistema periódico de elementos químicos de D. I. Dmitry Ivanovich Mendeleev, con número atómico 22. Una sustancia simple titanio(Número CAS: 7440-32-6) - blanco plateado claro. Existe en dos modificaciones cristalinas: α-Ti con una red compacta hexagonal, β-Ti con un empaquetamiento centrado en el cuerpo cúbico, la temperatura de la transformación polimórfica α↔β es de 883 °C. Punto de fusión 1660±20 °C.

Historia y presencia en la naturaleza del titanio

El titanio recibió su nombre de los antiguos caracteres griegos titanes. El químico alemán Martin Klaproth lo nombró así por motivos personales, a diferencia de los franceses que intentaron dar nombres de acuerdo con las características químicas del elemento, pero como entonces se desconocían las propiedades del elemento, se optó por tal nombre.

El titanio es el décimo elemento en términos de número en nuestro planeta. La cantidad de titanio en la corteza terrestre es 0,57% en peso y 0,001 miligramos por 1 litro de agua de mar. Los depósitos de titanio se encuentran en el territorio de: República de Sudáfrica, Ucrania, Federación Rusa, Kazajstán, Japón, Australia, India, Ceilán, Brasil y Corea del Sur.

Según las propiedades físicas, el titanio es plateado claro. metal, además, se caracteriza por una alta viscosidad durante el mecanizado y es propenso a adherirse a la herramienta de corte, por lo que se utilizan lubricantes especiales o pulverizaciones para eliminar este efecto. A temperatura ambiente, se cubre con una película translúcida de óxido de TiO2, por lo que es resistente a la corrosión en la mayoría de los ambientes agresivos, a excepción de los álcalis. El polvo de titanio tiene la capacidad de explotar, con un punto de inflamación de 400 °C. Las virutas de titanio son inflamables.

Se considera que el descubridor del titanio es el monje inglés William Gregor, de 28 años. En 1790, mientras realizaba estudios mineralógicos en su parroquia, llamó la atención sobre la prevalencia y las propiedades inusuales de la arena negra en el valle de Menaken, en el suroeste de Gran Bretaña, y comenzó a explorarla. EN arena el sacerdote descubrió granos de un mineral negro brillante, atraídos por un imán ordinario. Obtenido en 1925 por Van Arkel y de Boer por el método del yoduro, el titanio más puro resultó ser dúctil y tecnológico metal con muchas propiedades valiosas que atrajeron la atención de una amplia gama de diseñadores e ingenieros. En 1940, Croll propuso un método térmico de magnesio para extraer titanio de los minerales, que sigue siendo el principal en la actualidad. En 1947 se produjeron los primeros 45 kg de titanio comercialmente puro.

En la Tabla Periódica de los Elementos Mendeleiev Dmitri Ivánovich el titanio tiene el número de serie 22. La masa atómica del titanio natural, calculada a partir de los resultados de los estudios de sus isótopos, es 47,926. Entonces, el núcleo de un átomo de titanio neutro contiene 22 protones. El número de neutrones, es decir, partículas neutras sin carga, es diferente: más a menudo 26, pero puede variar de 24 a 28. Por lo tanto, el número de isótopos de titanio es diferente. En total, ahora se conocen 13 isótopos del elemento No. 22. El titanio natural consiste en una mezcla de cinco isótopos estables, el titanio-48 es el más representado, su participación en minerales naturales es del 73,99%. El titanio y otros elementos del subgrupo IVB tienen propiedades muy similares a los elementos del subgrupo IIIB (grupo escandio), aunque difieren de estos últimos en su capacidad para exhibir una gran valencia. La similitud del titanio con el escandio, el itrio y los elementos del subgrupo VB, el vanadio y el niobio, también se expresa en el hecho de que el titanio se encuentra a menudo en minerales naturales junto con estos elementos. Con halógenos monovalentes (flúor, bromo, cloro y yodo), puede formar compuestos di-tri y tetra, con azufre y elementos de su grupo (selenio, telurio) - mono y disulfuros, con oxígeno - óxidos, dióxidos y trióxidos .

El titanio también forma compuestos con hidrógeno (hidruros), nitrógeno (nitruros), carbono (carburos), fósforo (fosfuros), arsénico (arsidos), así como compuestos con muchos metales: compuestos intermetálicos. El titanio no solo forma compuestos simples, sino también numerosos compuestos complejos; muchos de sus compuestos con sustancias orgánicas son conocidos. Como puede verse en la lista de compuestos en los que puede participar el titanio, es químicamente muy activo. Y al mismo tiempo, el titanio es uno de los pocos metales con una resistencia a la corrosión excepcionalmente alta: es prácticamente eterno en el aire, en agua fría y hirviendo, es muy resistente en agua de mar, en soluciones de muchas sales, inorgánicas y orgánicas. ácidos. En cuanto a su resistencia a la corrosión en agua de mar, supera a todos los metales, a excepción de los nobles: oro, platino, etc., la mayoría de los tipos de acero inoxidable, níquel, cobre y otras aleaciones. En el agua, en muchos ambientes agresivos, el titanio puro no está sujeto a la corrosión. Resiste la corrosión del titanio y la erosión, que se produce como resultado de una combinación de efectos químicos y mecánicos. En este sentido, no es inferior a los mejores grados de aceros inoxidables, aleaciones a base de cupro y otros materiales estructurales. El titanio también resiste bien la corrosión por fatiga, que a menudo se manifiesta en forma de violaciones de la integridad y la resistencia del metal (fisuras, centros de corrosión locales, etc.). El comportamiento del titanio en muchos ambientes agresivos, como nitrógeno, clorhídrico, sulfúrico, "aqua regia" y otros ácidos y álcalis, es sorprendente y admirable para este metal.

El titanio es un metal ligero, su densidad a 0°C es de solo 4,517 g/cm8, ya 100°C es de 4,506 g/cm3. El titanio pertenece al grupo de metales con un peso específico inferior a 5 g/cm3. Esto incluye todos los metales alcalinos (sodio, cadio, litio, rubidio, cesio) con una gravedad específica de 0,9-1,5 g/cm3, magnesio (1,7 g/cm3), (2,7 g/cm3), etc. El titanio es más de 1,5 veces más pesado aluminio, y en esto, por supuesto, pierde con él, pero por otro lado, es 1,5 veces más ligero que el hierro (7,8 g/cm3). Sin embargo, ocupando una posición intermedia en términos de densidad específica entre aluminio y el hierro, el titanio los supera muchas veces en sus propiedades mecánicas). El titanio tiene una dureza importante: es 12 veces más duro que el aluminio, 4 veces glándula Y cuprum. Otra característica importante de un metal es su límite elástico. Cuanto más alto sea, mejor resistirán las cargas operativas las piezas fabricadas con este metal. El límite elástico del titanio es casi 18 veces mayor que el del aluminio. La resistencia específica de las aleaciones de titanio se puede aumentar entre 1,5 y 2 veces. Sus altas propiedades mecánicas se conservan bien a temperaturas de hasta varios cientos de grados. El titanio puro es adecuado para todo tipo de trabajo en condiciones de calor y frío: se puede forjar como hierro, tire e incluso haga un cable con él, enróllelo en láminas, cintas, en láminas de hasta 0,01 mm de espesor.

A diferencia de la mayoría de los metales, el titanio tiene una resistencia eléctrica significativa: si la conductividad eléctrica de la plata se toma como 100, entonces la conductividad eléctrica cuprum igual a 94, aluminio - 60, hierro y platino-15, mientras que el titanio es sólo 3,8. El titanio es un metal paramagnético, no se magnetiza, como en un campo magnético, pero no se expulsa de él, como. Su susceptibilidad magnética es muy débil, esta propiedad se puede utilizar en la construcción. El titanio tiene una conductividad térmica relativamente baja, solo 22,07 W / (mK), que es aproximadamente 3 veces más baja que la conductividad térmica del hierro, 7 veces la del magnesio, 17-20 veces la del aluminio y el cupro. En consecuencia, el coeficiente de expansión térmica lineal del titanio es menor que el de otros materiales estructurales: a 20 C, es 1,5 veces menor que el del hierro, 2 - para cuprum y casi 3 - para aluminio. Por lo tanto, el titanio es un mal conductor de la electricidad y el calor.

El descubrimiento del TiO2 fue realizado de manera casi simultánea e independiente por el inglés W. Gregor y el químico alemán M. G. Klaproth. W. Gregor, investigando la composición del glandular magnético arena(Creed, Cornwall, Inglaterra, 1791), aisló una nueva "tierra" (óxido) de un metal desconocido, a la que llamó menaken. En 1795, el químico alemán Klaproth descubrió en mineral rutilo un nuevo elemento y lo llamó titanio. Dos años más tarde, Klaproth estableció que los óxidos de rutilo y menakénico son óxidos del mismo elemento, tras lo cual quedó el nombre “titanio” propuesto por Klaproth. Después de 10 años, se produjo por tercera vez el descubrimiento del titanio. El científico francés L. Vauquelin descubrió el titanio en la anatasa y demostró que el rutilo y la anatasa son óxidos de titanio idénticos.

El descubrimiento del TiO2 fue realizado de manera casi simultánea e independiente por el inglés W. Gregor y el químico alemán M. G. Klaproth. W. Gregor, estudiando la composición de la arena ferruginosa magnética (Creed, Cornwall, Inglaterra, 1791), aisló una nueva "tierra" (óxido) de un metal desconocido, al que llamó menaken. En 1795, el químico alemán Klaproth descubrió en mineral rutilo un nuevo elemento y lo llamó titanio. Dos años más tarde, Klaproth estableció que el rutilo y la tierra de menaken son óxidos del mismo elemento, tras lo cual quedó el nombre "titanio" propuesto por Klaproth. Después de 10 años, se produjo por tercera vez el descubrimiento del titanio. El científico francés L. Vauquelin descubrió el titanio en la anatasa y demostró que el rutilo y la anatasa son óxidos de titanio idénticos.

El titanio es el décimo más abundante en la naturaleza. El contenido en la corteza terrestre es de 0,57% en masa, en agua de mar 0,001 mg/l. En rocas ultrabásicas 300 g/t, en rocas básicas 9 kg/t, en rocas ácidas 2,3 kg/t, en arcillas y lutitas 4,5 kg/t. En la corteza terrestre, el titanio es casi siempre tetravalente y está presente solo en compuestos de oxígeno. No ocurre en forma libre. El titanio en condiciones de meteorización y precipitación tiene una afinidad geoquímica por el Al2O3. Se concentra en bauxitas de la corteza meteorizada y en sedimentos arcillosos marinos. La transferencia de titanio se realiza en forma de fragmentos mecánicos de minerales y en forma de coloides. En algunas arcillas se acumula hasta un 30 % de TiO2 en peso. Los minerales de titanio son resistentes a la intemperie y forman grandes concentraciones en los placeres. Se conocen más de 100 minerales que contienen titanio. Los más importantes son: rutilo TiO2, ilmenita FeTiO3, titanomagnetita FeTiO3 + Fe3O4, perovskita CaTiO3, titanita CaTiSiO5. Hay minerales primarios de titanio: ilmenita-titanomagnetita y placer: rutilo-ilmenita-zircón.

Minerales principales: ilmenita (FeTiO3), rutilo (TiO2), titanita (CaTiSiO5).

En 2002, el 90% del titanio extraído se utilizó para la producción de dióxido de titanio TiO2. La producción mundial de dióxido de titanio fue de 4,5 millones de toneladas al año. Reservas probadas de dióxido de titanio (sin Federación Rusa) son alrededor de 800 millones de toneladas. Para 2006, según el Servicio Geológico de EE. UU., en términos de dióxido de titanio y excluyendo Federación Rusa, las reservas de minerales de ilmenita son 603-673 millones de toneladas, y rutilo - 49.7-52.7 millones de toneladas Por lo tanto, al ritmo actual de producción de las reservas mundiales probadas de titanio (excluyendo la Federación Rusa), durará más de 150 años.

Rusia tiene las segundas mayores reservas de titanio del mundo después de China. La base de recursos minerales de titanio en la Federación Rusa consta de 20 depósitos (de los cuales 11 son primarios y 9 de placer), dispersos de manera bastante uniforme en todo el país. El mayor de los depósitos explorados (Yaregskoye) se encuentra a 25 km de la ciudad de Ukhta (República de Komi). Las reservas del depósito se estiman en 2 mil millones de toneladas de mineral con un contenido promedio de dióxido de titanio de alrededor del 10%.

El mayor productor mundial de titanio organización rusa"VSMPO-AVISMA".

Como regla general, el material de partida para la producción de titanio y sus compuestos es dióxido de titanio con una cantidad relativamente pequeña de impurezas. En particular, puede ser un concentrado de rutilo obtenido durante el beneficio de minerales de titanio. Sin embargo, las reservas de rutilo en el mundo son muy limitadas, y la llamada escoria sintética de rutilo o titanio, obtenida durante el procesamiento de concentrados de ilmenita, se usa con mayor frecuencia. Para obtener escoria de titanio, el concentrado de ilmenita se reduce en un horno de arco eléctrico, mientras que el hierro se separa en una fase metálica (), y los óxidos de titanio no reducidos y las impurezas forman una fase de escoria. La escoria rica se procesa por el método del cloruro o del ácido sulfúrico.

En forma pura y en forma de aleaciones

Monumento de titanio a Gagarin en Leninsky Prospekt en Moscú

el metal se utiliza en: química industria(reactores, tuberías, bombas, accesorios de tuberías), militar industria(bastidores, blindajes y barreras cortafuegos en aviación, cascos de submarinos), procesos industriales (plantas desalinizadoras, procesos pulpa y papel), industria automotriz, industria agrícola, industria alimentaria, joyería piercing, industria médica (prótesis, osteoprótesis), instrumentos dentales y de endodoncia, implantes dentales, artículos deportivos, artículos comerciales de joyería (Alexander Khomov), teléfonos móviles, aleaciones ligeras, etc. Es el material estructural más importante en la construcción de aviones, cohetes y barcos.

El titanio es una adición de aleación en muchas aleaciones aceros y la mayoría de las aleaciones especiales.

El nitinol (níquel-titanio) es una aleación con memoria de forma utilizada en medicina y tecnología.

Los aluminuros de titanio son muy resistentes a la oxidación y al calor, lo que a su vez determinó su uso en la industria aeronáutica y automotriz como materiales estructurales.

El titanio es uno de los materiales captadores más comunes utilizados en las bombas de alto vacío.

El dióxido de titanio blanco (TiO2) se utiliza en pinturas (como el blanco de titanio), así como en la fabricación de papel y plásticos. Aditivo alimentario E171.

Los compuestos de organotitanio (p. ej., tetrabutoxititanio) se utilizan como catalizadores y endurecedores en las industrias química y de pinturas.

Los compuestos inorgánicos de titanio se utilizan en las industrias química, electrónica y de fibra de vidrio como aditivos o recubrimientos.

El carburo de titanio, el diboruro de titanio y el carbonitruro de titanio son componentes importantes de los materiales superduros para el procesamiento de metales.

El nitruro de titanio se utiliza para recubrir herramientas, cúpulas de iglesias y en la fabricación de bisutería, porque. tiene un color similar a .

El titanato de bario BaTiO3, el titanato de plomo PbTiO3 y otros titanatos son ferroeléctricos.

Hay muchas aleaciones de titanio con diferentes metales. Los elementos de aleación se dividen en tres grupos, según su efecto sobre la temperatura de transformación polimórfica: estabilizadores beta, estabilizadores alfa y endurecedores neutros. Los primeros reducen la temperatura de transformación, los segundos la aumentan y los últimos no la afectan, pero conducen al endurecimiento por solución de la matriz. Ejemplos de estabilizadores alfa: oxígeno, carbono, nitrógeno. Estabilizadores beta: molibdeno, vanadio, hierro, cromo, Ni. Endurecedores neutros: circonio, silicio. Los estabilizadores beta, a su vez, se dividen en beta-isomorfos y formadores de beta-eutectoide. La aleación de titanio más común es la aleación Ti-6Al-4V (VT6 en la clasificación rusa).

En 2005 firme titanium corporation ha publicado la siguiente estimación del consumo de titanio en el mundo:

13% - papel;

7% - ingeniería mecánica.

$15-25 por kilo, dependiendo de la pureza.

La pureza y el grado del titanio en bruto (esponja de titanio) generalmente se determina por su dureza, que depende del contenido de impurezas. Las marcas más comunes son TG100 y TG110.

El segmento del mercado de bienes de consumo es actualmente el segmento de más rápido crecimiento del mercado del titanio. Mientras que hace 10 años este segmento era solo 1-2 del mercado de titanio, hoy ha crecido a 8-10 del mercado. En general, el consumo de titanio en la industria de bienes de consumo creció aproximadamente al doble de la tasa de todo el mercado de titanio. El uso de titanio en los deportes es el más antiguo y tiene la mayor parte del uso de titanio en productos de consumo. La razón de la popularidad del titanio en los equipos deportivos es simple: le permite obtener una relación de peso y resistencia superior a la de cualquier otro metal. El uso de titanio en bicicletas comenzó hace unos 25-30 años y fue el primer uso de titanio en equipos deportivos. Se utilizan principalmente tubos de aleación Ti3Al-2.5V ASTM Grado 9. Otras piezas hechas de aleaciones de titanio incluyen frenos, ruedas dentadas y resortes de asiento. El uso de titanio en la fabricación de palos de golf comenzó a finales de los 80 y principios de los 90 por parte de los fabricantes de palos en Japón. Antes de 1994-1995, esta aplicación del titanio era prácticamente desconocida en EE. UU. y Europa. Eso cambió cuando Callaway introdujo en el mercado su palo de titanio Ruger, llamado Great Big Bertha. Debido a los beneficios obvios y al marketing bien pensado de Callaway, las varillas de titanio se convirtieron en un éxito instantáneo. En un corto período de tiempo, los palos de titanio han pasado de ser un inventario exclusivo y costoso de un pequeño grupo de especuladores a ser ampliamente utilizados por la mayoría de los golfistas, sin dejar de ser más caros que los palos de acero. Me gustaría citar las principales tendencias, en mi opinión, en el desarrollo del mercado del golf, ha pasado de la alta tecnología a la producción en masa en un corto 4-5 años, siguiendo el camino de otras industrias con altos costos laborales como como la producción de ropa, juguetes y productos electrónicos de consumo, la producción de palos de golf ha entrado en países con la mano de obra más barata primero a Taiwán, luego a China, y ahora se están construyendo fábricas en países con mano de obra aún más barata, como Vietnam y Tailandia, el titanio se usa definitivamente para los conductores, donde sus cualidades superiores dan una clara ventaja y justifican una mayor precio. Sin embargo, el titanio aún no ha encontrado un uso muy generalizado en los palos posteriores, ya que el aumento significativo en los costos no se corresponde con una mejora correspondiente en el juego.Actualmente, los controladores se fabrican principalmente con una superficie de impacto forjada, una parte superior forjada o fundida y un fondo fundido el límite del llamado factor de retorno, en relación con el cual todos los fabricantes de palos intentarán aumentar las propiedades elásticas de la superficie de impacto. Para ello, es necesario reducir el espesor de la superficie de impacto y utilizar aleaciones más fuertes, como SP700, 15-3-3-3 y VT-23. Ahora centrémonos en el uso del titanio y sus aleaciones en otros equipos deportivos. Los tubos de bicicleta de carrera y otras piezas están hechos de aleación ASTM Grado 9 Ti3Al-2.5V. Una cantidad sorprendentemente significativa de hoja de titanio se utiliza en la fabricación de cuchillos de buceo. La mayoría de los fabricantes utilizan la aleación Ti6Al-4V, pero esta aleación no proporciona la durabilidad del borde de la hoja como otras aleaciones más fuertes. Algunos fabricantes están cambiando a la aleación BT23.

Muchos están interesados en un titanio ligeramente misterioso y no completamente entendido, un metal cuyas propiedades son algo ambiguas. El metal es tanto el más fuerte como el más frágil.

El metal más fuerte y quebradizo.

Fue descubierto por dos científicos con una diferencia de 6 años: el inglés W. Gregor y el alemán M. Klaproth. El nombre del titán está asociado, por un lado, con los titanes míticos, sobrenaturales y valientes, por otro lado, con Titania, la reina de las hadas.
Este es uno de los materiales más comunes en la naturaleza, pero el proceso de obtención de un metal puro es particularmente difícil.

22 elemento químico La tabla de D. Mendeleev Titanio (Ti) pertenece al 4 grupo del 4 período.

El color del titanio es blanco plateado con un brillo pronunciado. Sus reflejos brillan con todos los colores del arcoíris.

Es uno de los metales refractarios. Funde a +1660°C (±20°). El titanio es paramagnético: no se magnetiza en un campo magnético y no se expulsa de él.
El metal se caracteriza por su baja densidad y alta resistencia. Pero la peculiaridad de este material radica en el hecho de que incluso las mínimas impurezas de otros elementos químicos cambian radicalmente sus propiedades. En presencia de una fracción insignificante de otros metales, el titanio pierde su resistencia al calor, y un mínimo de sustancias no metálicas en su composición hacen que la aleación se vuelva quebradiza.
Esta característica determina la presencia de 2 tipos de material: puro y técnico.

El titanio puro se utiliza cuando se requiere una sustancia muy ligera que pueda soportar cargas pesadas y rangos de temperatura muy altos.
Se utiliza material técnico donde se valoran parámetros como ligereza, solidez y resistencia a la corrosión.

La sustancia tiene la propiedad de anisotropía. Esto significa que el metal puede cambiar sus características físicas en función de la fuerza aplicada. Esta característica debe tenerse en cuenta al planificar el uso del material.

El titanio pierde su fuerza ante la menor presencia de impurezas de otros metales en él.

Los estudios realizados de las propiedades del titanio en condiciones normales confirman su inercia. La sustancia no reacciona a los elementos de la atmósfera circundante.
El cambio en los parámetros comienza cuando la temperatura sube a +400°C o más. El titanio reacciona con el oxígeno, puede encenderse en nitrógeno, absorbe gases.
Estas propiedades dificultan la obtención de una sustancia pura y sus aleaciones. La producción de titanio se basa en el uso de costosos equipos de vacío.

Titanio y competencia con otros metales

Este metal se compara constantemente con las aleaciones de aluminio y hierro. Muchas de las propiedades químicas del titanio son significativamente mejores que las de la competencia:

En términos de resistencia mecánica, el titanio supera al hierro en 2 veces y al aluminio en 6 veces. Su fuerza aumenta con la disminución de la temperatura, lo que no se observa en los competidores.
Las características anticorrosivas del titanio son significativamente más altas que las de otros metales.
A temperatura ambiente, el metal es absolutamente inerte. Pero cuando la temperatura sube por encima de los +200°C, la sustancia comienza a absorber hidrógeno, cambiando sus características.
A temperaturas más altas, el titanio reacciona con otros elementos químicos. Tiene una alta resistencia específica, que es 2 veces superior a las propiedades de las mejores aleaciones de hierro.
Las propiedades anticorrosivas del titanio superan significativamente las del aluminio y el acero inoxidable.
La sustancia es un mal conductor de la electricidad. El titanio tiene una resistividad 5 veces la del hierro, 20 veces la del aluminio y 10 veces la del magnesio.
El titanio se caracteriza por una baja conductividad térmica, esto se debe al bajo coeficiente de expansión térmica. Es 3 veces menor que el del hierro y 12 veces menor que el del aluminio.

¿Cómo se obtiene el titanio?

El material ocupa el décimo lugar en términos de distribución en la naturaleza. Hay alrededor de 70 minerales que contienen titanio en forma de ácido titánico o su dióxido. Los más comunes de ellos y que contienen un alto porcentaje de derivados metálicos:

ilmenita;
rutilo;
anatasa;
perovskita;
brookita

Los principales yacimientos de minerales de titanio se encuentran en EE. UU., Gran Bretaña, Japón, grandes depósitos están abiertos en Rusia, Ucrania, Canadá, Francia, España, Bélgica.

La extracción de titanio es un proceso costoso y que requiere mucha mano de obra

Obtener metal de ellos es muy costoso. Los científicos han desarrollado 4 formas de producir titanio, cada una de las cuales funciona y se usa de manera efectiva en la industria:

Método del magnesio. Las materias primas extraídas que contienen impurezas de titanio se procesan y se obtiene dióxido de titanio. Esta sustancia se somete a cloración en cloradores de sal o de mina a mayor régimen de temperatura. El proceso es muy lento y se lleva a cabo en presencia de un catalizador de carbono. En este caso, el dióxido sólido se convierte en una sustancia gaseosa: tetracloruro de titanio. El material resultante se reduce con magnesio o sodio. La aleación formada durante la reacción se somete a calentamiento en una unidad de vacío a temperaturas ultra altas. Como resultado de la reacción, se produce la evaporación de magnesio y sus compuestos con cloro. Al final del proceso se obtiene un material esponjoso. Se funde y se obtiene titanio de alta calidad.
Método hidruro-calcio. El mineral está sujeto reacción química y obtener hidruro de titanio. La siguiente etapa es la separación de la sustancia en componentes. El titanio y el hidrógeno se liberan durante el calentamiento en plantas de vacío. Al final del proceso se obtiene óxido de calcio, que se lava con ácidos débiles. Los dos primeros métodos se relacionan con la producción industrial. Permiten obtener titanio puro en el menor tiempo posible a un coste relativamente bajo.
método de electrólisis. Los compuestos de titanio están sujetos a alta corriente. Dependiendo de la materia prima, los compuestos se dividen en componentes: cloro, oxígeno y titanio.
Método de yoduro o refinado. El dióxido de titanio obtenido de los minerales se rocía con vapor de yodo. Como resultado de la reacción, se forma yoduro de titanio, que se calienta a alta temperatura - + 1300 ... + 1400 ° C y actúa sobre él. descarga eléctrica. Al mismo tiempo, los componentes se aíslan del material de origen: yodo y titanio. El metal obtenido por este método no tiene impurezas ni aditivos.

áreas de uso

El uso de titanio depende del grado de su purificación de las impurezas. La presencia de incluso una pequeña cantidad de otros elementos químicos en la composición de una aleación de titanio cambia radicalmente sus características físicas y mecánicas.

El titanio con una cierta cantidad de impurezas se llama técnico. Tiene altos índices de resistencia a la corrosión, es un material ligero y muy duradero. Su aplicación depende de estos y otros indicadores.

En la industria química el titanio y sus aleaciones se utilizan para fabricar intercambiadores de calor, tuberías de varios diámetros, accesorios, carcasas y piezas para bombas para diversos fines. La sustancia es indispensable en lugares donde se requiere alta fuerza y resistencia a los ácidos.
En transporte El titanio se utiliza para la fabricación de piezas y ensamblajes de bicicletas, automóviles, vagones de ferrocarril y trenes. El uso del material reduce el peso del material rodante y los automóviles, hace que las piezas de las bicicletas sean más livianas y resistentes.
El titanio es importante en el departamento naval. De él se fabrican partes y elementos de cascos de submarinos, hélices de barcos y helicópteros.
En la industria de la construcción Se utiliza aleación de zinc-titanio. Se utiliza como material de acabado para fachadas y cubiertas. Esta aleación muy fuerte tiene una propiedad importante: se puede usar para hacer detalles arquitectónicos de la configuración más fantástica. Puede tomar cualquier forma.
En la última década, el titanio ha sido ampliamente utilizado en la industria petrolera. Sus aleaciones se utilizan en la fabricación de equipos para perforación ultra profunda. El material se utiliza para la fabricación de equipos para la producción de petróleo y gas en las plataformas marinas.

El titanio tiene una amplia gama de aplicaciones.

El titanio puro tiene sus usos. Es necesario donde se requiere resistencia a altas temperaturas y al mismo tiempo se debe mantener la resistencia del metal.

se aplica en :

industria aeronáutica y espacial para la fabricación de partes de revestimiento, cascos, sujetadores, chasis;
medicina para prótesis y fabricación de válvulas cardíacas y otros dispositivos;
técnica para trabajar en el área criogénica (aquí usan la propiedad del titanio: con una disminución de la temperatura, la resistencia del metal aumenta y su plasticidad no se pierde).

En términos porcentuales, el uso de titanio para la producción de varios materiales se ve así:

el 60% se utiliza para la fabricación de pintura;
el plástico consume el 20%;
el 13% se utiliza en la producción de papel;
la ingeniería mecánica consume el 7% del titanio resultante y sus aleaciones.

Las materias primas y el proceso de obtención de titanio son caros, los costos de su producción se compensan y pagan por la vida útil de los productos de esta sustancia, su capacidad para no cambiar su apariencia durante todo el período de operación.

TITANIO Y SUS ALEACIONES

El titanio pertenece al grupo de los metales refractarios, su punto de fusión es de 1668°C. El titanio tiene dos modificaciones alotrópicas α y ß. La modificación α es de baja temperatura y existe cuando se calienta a 882,5°C, tiene una red hexagonal. A una temperatura de 882,5 °C, la modificación α se transforma en la modificación ß, que tiene una red cúbica centrada en el cuerpo. Con la transición de α-titanio a ß-titanio, el volumen del metal disminuye un poco y la conductividad eléctrica aumenta abruptamente.

Las principales ventajas del titanio son la densidad (4,5 g/cm3), la alta resistencia a la corrosión y la alta resistencia mecánica. A pesar de que el titanio es químicamente muy activo y reacciona fácilmente con una gran cantidad de elementos, tiene una alta resistencia a la corrosión debido al efecto protector de una fuerte y densa película de óxido formada en su superficie. En la mayoría de los ambientes corrosivos, el titanio y sus aleaciones tienen una mayor resistencia que los aceros y el aluminio resistentes a los ácidos.

Con la introducción de elementos de aleación, es posible obtener aleaciones con alta resistencia mecánica. Los principales elementos de aleación son Al, Sn, Mn, Cr, Mo, V. Los elementos de aleación afectan la estabilidad de las modificaciones alotrópicas de titanio. De acuerdo con la influencia de los elementos de aleación en las transformaciones alotrópicas, las aleaciones de titanio se clasifican según su estructura de la siguiente manera:

1) aleaciones de titanio, cuya estructura consiste en una fase α (por ejemplo, aleación VT5-1);

2) α + ß - aleaciones en cuya estructura están presentes ambas fases (VTZ-1, VT6);

3) ß - aleaciones, cuya estructura consiste en una fase ß mecánicamente estable (VT15); Las aleaciones bifásicas (α + ß) y las aleaciones ß, a diferencia de las aleaciones α, se fortalecen mediante tratamiento térmico.

Las aleaciones de titanio no solo tienen una mayor resistencia mecánica, sino también una mayor resistencia a la corrosión que el titanio puro. El titanio y sus aleaciones se prestan bien al trabajo en caliente y en frío por presión, se sueldan bien en un ambiente inerte, pero tienen propiedades antifricción bajas y, en comparación con el acero, se mecanizan menos por corte.

Las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en la tecnología de aviación y cohetes, en la industria química, la metalurgia no ferrosa y otras industrias en las que el uso de aleaciones de titanio está determinado por sus valiosas propiedades anticorrosivas. Por lo tanto, los intercambiadores de calor de titanio que funcionan con ácido nítrico tienen una tasa de corrosión 60 veces menor que los intercambiadores de calor de acero inoxidable similares. El titanio se utiliza para fabricar equipos para la industria del cloro, hélices, etc.

Titanio (Ti) (Titanio) - un elemento químico con número de serie 22 en el sistema periódico de elementos de D.I. Mendeleev, peso atómico 47,88, metal blanco plateado claro. Densidad 4, 51 g/s m³, tpl.=1668+ (-)5°С, tbp.=3260°С.

En términos de densidad y capacidad calorífica específica, el titanio ocupa una posición intermedia entre los dos principales metales estructurales: el aluminio y el hierro. También vale la pena señalar que su resistencia mecánica es aproximadamente el doble que la del hierro puro y casi seis veces la del aluminio. Pero el titanio puede absorber activamente oxígeno, nitrógeno e hidrógeno, lo que reduce drásticamente las propiedades plásticas del metal. Con el carbono, el titanio forma carburos refractarios de gran dureza.

El titanio tiene una conductividad térmica baja, que es 13 veces menor que la conductividad térmica del aluminio y 4 veces menor que el hierro. El coeficiente de expansión térmica a temperatura ambiente es relativamente pequeño, aumenta al aumentar la temperatura.

Los módulos elásticos del titanio son pequeños y exhiben una anisotropía significativa. A medida que la temperatura sube a 350°C, los módulos elásticos disminuyen casi linealmente. El pequeño valor de los módulos de elasticidad del titanio es su importante inconveniente, ya que en algunos casos, para obtener estructuras suficientemente rígidas, es necesario utilizar grandes secciones de productos en comparación con las que se derivan de las condiciones de resistencia.

El titanio tiene una resistividad eléctrica bastante alta que, dependiendo del contenido de impurezas, oscila entre 42·10-8 y 80·10-6 Ohm·cm. A temperaturas por debajo de 0,45 K, se convierte en un superconductor.

El titanio es un metal paramagnético. En las sustancias paramagnéticas, la susceptibilidad magnética suele disminuir cuando se calientan. El titanio es una excepción a esta regla: su susceptibilidad aumenta significativamente con la temperatura.

Para los grados comerciales de titanio VT-00 y VT1-0, la densidad es de aproximadamente 4,32 g/s m³. El titanio y las aleaciones de titanio combinan ligereza, solidez, alta resistencia a la corrosión, bajo coeficiente de expansión térmica, la capacidad de trabajar en un amplio rango de temperatura (de -290°C a 600°C).

El metal tiene una serie de propiedades útiles que lo convierten en uno de los principales materiales en ciertas industrias. El titanio laminado se utiliza en la construcción de cohetes y aviones, industria química, construcción naval, ingeniería mecánica

Por ejemplo, la hoja de titanio y la varilla de titanio se utilizan en la creación de cascos de submarinos nucleares;
los tubos de titanio se utilizan en la industria química debido a sus altas características anticorrosivas e inercia química a los reactivos;
El alambre de titanio se utiliza como alambre de relleno para crear estructuras, moldes y cuerpos de aleaciones de titanio estratégicas.

alambre de titanio de uso frecuente en la industria médica, en particular la odontología. Las propiedades útiles de los productos de titanio laminado incluyen alta resistencia mecánica, resistencia a la corrosión (resistente en muchos entornos químicamente activos), resistencia al calor (t pl = 1668 ° C), así como baja densidad (4,505 g / cm 3). Las principales propiedades físicas y químicas del titanio se pueden ver en esta tabla. Pero el titanio también tiene sus inconvenientes. Una de las principales desventajas es el alto costo de producción. La fusión de titanio solo se puede llevar a cabo en un ambiente de vacío o gas inerte, porque. este metal interactúa activamente (especialmente en estado líquido) con todos los gases que componen la atmósfera. Además, los productos de titanio tienen malas propiedades antifricción, alta susceptibilidad a la fragilización por hidrógeno y corrosión por sal, mala maquinabilidad y soldabilidad.

La base para la producción de titanio técnico y sus aleaciones es una esponja de titanio obtenida por el método térmico de magnesio. La esponja de titanio es una sustancia gris porosa con una densidad aparente de 1,5-2,0 g/cm 3 y una viscosidad muy alta.

Según el contenido de impurezas, el titanio técnico se divide en varios grados: GR1 (el titanio más puro), GR2 (el más contaminado).

Aleaciones de titanio

Las aleaciones de titanio juegan un papel importante en la tecnología aeronáutica, donde el objetivo es obtener el diseño más ligero combinado con la resistencia requerida. El titanio es liviano en comparación con otros metales, pero al mismo tiempo puede funcionar a altas temperaturas (ver Fig. 2). Las aleaciones de titanio se utilizan para fabricar revestimientos, piezas de sujeción, un conjunto de potencia, piezas de chasis y varias unidades. Además, estos materiales se utilizan en la construcción de motores a reacción de aviones. Esto le permite reducir su peso en un 10-25%. Las aleaciones de titanio se utilizan para producir discos y álabes de compresores, tomas de aire y piezas de álabes guía, y sujetadores.

El titanio y sus aleaciones también se utilizan en la ciencia espacial. En vista de la operación a corto plazo de los motores y el paso rápido de capas densas de la atmósfera, los problemas de resistencia a la fatiga, resistencia estática y, hasta cierto punto, la fluencia se eliminan en la ciencia espacial.

Debido a una resistencia al calor insuficientemente alta, el titanio técnico no es adecuado para su uso en la aviación, pero debido a su excepcionalmente alta resistencia a la corrosión, en algunos casos es indispensable en la industria química y la construcción naval. Por eso se utiliza en la fabricación de compresores y bombas para bombear medios tan agresivos como el ácido sulfúrico y clorhídrico y sus sales, tuberías, válvulas, autoclaves, recipientes varios, filtros, etc. Solo el titanio tiene resistencia a la corrosión en medios como el cloro húmedo, soluciones acuosas y ácidas de cloro, por lo tanto, los equipos para la industria del cloro están hechos de este metal. El titanio se utiliza para fabricar intercambiadores de calor que funcionan en entornos corrosivos, por ejemplo, en ácido nítrico (no humeante). En la construcción naval, el titanio se utiliza para la fabricación de hélices, blindaje de barcos, submarinos, torpedos, etc. Las conchas no se adhieren al titanio y sus aleaciones, lo que aumenta considerablemente la resistencia del vaso cuando se mueve.

Las aleaciones de titanio son prometedoras para su uso en muchas otras aplicaciones, pero su uso en tecnología está limitado por el alto costo y la escasez de titanio.

Actualmente, se conoce una variedad bastante grande de aleaciones de titanio, que difieren en composición química, propiedades mecánicas y tecnológicas. Los elementos de aleación más utilizados en las aleaciones de titanio son aluminio, vanadio, molibdeno, manganeso, cromo, silicio, estaño, circonio y hierro.

La aleación de titanio VT5 contiene, además de titanio, un 5 % de aluminio. Tiene propiedades de mayor resistencia en comparación con el titanio, pero su capacidad de fabricación es baja. La aleación está forjada, laminada, estampada y bien soldada.

Del titanio (aleación) VT5 se obtienen varillas de titanio, alambre de titanio y tubos de titanio. Se utiliza en la fabricación de piezas que funcionan a temperaturas de hasta 400 °C.

La aleación de titanio VT5-1 además del 5% de aluminio contiene 2-3% de estaño. El estaño mejora sus propiedades tecnológicas. A partir de la aleación de titanio VT5-1 se fabrican todos los tipos de productos semiacabados obtenidos por tratamiento a presión: láminas de titanio, placas, piezas forjadas, estampados, perfiles, tubos de titanio y alambre de titanio. Está destinado a la fabricación de productos que operan en un amplio rango de temperatura: desde criogénico hasta 450 °C.

Las aleaciones de titanio OT4 y OT4-1, además de titanio, contienen aluminio y manganeso. Tienen una alta plasticidad tecnológica (se deforman bien en caliente y en frío) y se sueldan bien por todo tipo de soldadura. El titanio de estos grados se destina principalmente a la producción de láminas, tiras y tiras de titanio, así como varillas, piezas forjadas, perfiles y tubos de titanio. A partir de las aleaciones de titanio OT4 y OT4-1, las piezas se fabrican mediante soldadura, estampado y doblado, operando hasta una temperatura de 350 ° C. Estas aleaciones tienen desventajas: 1) resistencia y resistencia al calor relativamente bajas; 2) una mayor tendencia a la fragilización por hidrógeno. En la aleación PT3V, el manganeso se reemplaza por vanadio.

La aleación de titanio VT20 se desarrolló como una aleación de láminas más fuerte en comparación con VT5-1. El endurecimiento de la aleación VT20 se debe a su aleación, además del aluminio, con circonio y pequeñas cantidades de molibdeno y vanadio. La plasticidad tecnológica de la aleación VT20 es baja debido al alto contenido de aluminio. El titanio BT20 se caracteriza por una alta resistencia al calor. Suelda bien, la fuerza de la unión soldada es igual a la fuerza del metal base. La aleación está destinada a la fabricación de productos que funcionan durante mucho tiempo a temperaturas de hasta 500 °C.

La aleación de titanio VT3-1 pertenece al sistema Ti - Al - Cr - Mo - Fe - Si. Suele someterse a un recocido isotérmico. Tal recocido proporciona la más alta estabilidad térmica y la máxima ductilidad. Alloy VT3-1 es uno de los más dominados en la producción de aleaciones. Está diseñado para un funcionamiento continuo a 400 - 450 °C; es una aleación resistente al calor con una resistencia a largo plazo bastante alta. Se suministran barras de titanio, perfiles, placas, piezas forjadas y estampados.

Titanio y sus aleaciones

El titanio se funde a una temperatura de 1660°C, impurezas alotrópicas y nocivas N, C, O, H. La película de TiO2 protege al titanio de la oxidación, la corrosión en cualquier agua, algunos ácidos. Se funde, vierte, suelda en un entorno de argón y se somete a OMD. Las láminas, tubos, perfiles y alambres están hechos de titanio. Sus aleaciones con Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si, Ga, Ge, La, Nb, Ta, Zr, W, Mo, Co, Si tienen mayor fuerza, resistencia al calor, resistencia a la corrosión. tratado

Las aleaciones de titanio se deforman, se funden, se fabrican a partir de polvos, se endurecen, se templan y se mecanizan bien.

Aleaciones de titanio forjado:

− ά – aleaciones: VT5, VT-5-1, OT-4;

− Aleaciones ά – β: VT-6, VT14, VT8; BT15

Aleaciones fundidas: VT5L, VT6L, VT14L, VT3-1L

Las aleaciones de titanio en polvo se obtienen a partir de polvos por prensado, son fuertes y dúctiles.

Las aleaciones de titanio se utilizan para fabricar el revestimiento de aeronaves, embarcaciones marítimas, submarinos, carcasas de cohetes, motores, partes de turbinas, compresores, hélices, cilindros para gases licuados, contenedores para productos químicos y muchos otros productos. Las aleaciones de titanio pueden someterse a recocido, templado, envejecimiento y tratamiento en frío. El recocido de aleaciones α se lleva a cabo a 800 - 850 0С, y aleaciones α + β - a 750 -800 0С. El recocido al vacío permite reducir el contenido de hidrógeno, lo que conduce a un aumento de la resistencia al impacto, una disminución del daño y la fisuración.

A una alta concentración del elemento de aleación y endurecimiento, aparece una fase martensítica α׀׀ con una red rómbica y ω, una fase con una estructura hexagonal. En el proceso de envejecimiento de las aleaciones endurecidas, se endurecen debido a la descomposición de las fases α׀׀ y β. Las aleaciones de titanio forjado se procesan bien por presión en estado caliente, se sueldan y tienen una alta resistencia a la corrosión.

Los rasgos característicos del titanio son baja densidad 4,51 kg/dm3, alta resistencia, que se mantiene hasta 6000C, y resistencia a la corrosión. Definen el ámbito de su aplicación. Las aleaciones de titanio combinan alta resistencia (σВ= 800-1500 MPa) con buena ductilidad (δ= 12-25%), relativamente buena resistencia al calor hasta 600-7000С, alta resistencia a la corrosión en muchos medios agresivos excepto HCL, HF. Las aleaciones de α-titanio no envejecen y se utilizan en instalaciones criogénicas hasta temperaturas de helio (-2720C). Una de las desventajas de las aleaciones de titanio es su pobre maquinabilidad con herramientas de corte.

Titanio. La invención del titanio. Titanio y sus aleaciones.

Se considera que el descubridor del titanio es el monje inglés William Gregor, de 28 años. En 1790, mientras realizaba estudios mineralógicos en su parroquia, llamó la atención sobre la prevalencia y las propiedades inusuales de la arena negra en el valle de Menaken, en el suroeste de Inglaterra, y comenzó a explorarla. En la arena, el sacerdote encontró granos de un mineral negro brillante, atraídos por un imán ordinario. Obtenido en 1925 por Van Arkel y de Boer por el método del yoduro, el titanio más puro resultó ser un metal dúctil y tecnológico con muchas propiedades valiosas que atrajo la atención de una amplia gama de diseñadores e ingenieros. En 1940, Croll propuso un método térmico de magnesio para extraer titanio de los minerales, que sigue siendo el principal en la actualidad. En 1947 se produjeron los primeros 45 kg de titanio comercialmente puro.

El titanio también forma compuestos con hidrógeno (hidruros), nitrógeno (nitruros), carbono (carburos), fósforo (fosfuros), arsénico (arsidos), así como compuestos con muchos metales: compuestos intermetálicos. El titanio no solo forma compuestos simples, sino también numerosos compuestos complejos; muchos de sus compuestos con sustancias orgánicas son conocidos. Como puede verse en la lista de compuestos en los que puede participar el titanio, es químicamente muy activo. Y al mismo tiempo, el titanio es uno de los pocos metales con una resistencia a la corrosión excepcionalmente alta: es prácticamente eterno en el aire, en agua fría y hirviendo, es muy resistente en agua de mar, en soluciones de muchas sales, inorgánicas y orgánicas. ácidos. En cuanto a su resistencia a la corrosión en agua de mar, supera a todos los metales, a excepción de los nobles: oro, platino, etc., la mayoría de los tipos de acero inoxidable, níquel, cobre y otras aleaciones. En el agua, en muchos ambientes agresivos, el titanio puro no está sujeto a la corrosión. Resiste la corrosión del titanio y la erosión resultantes de una combinación de efectos químicos y mecánicos en el metal. En este sentido, no es inferior a los mejores grados de aceros inoxidables, aleaciones a base de cobre y otros materiales estructurales. El titanio también resiste bien la corrosión por fatiga, que a menudo se manifiesta en forma de violaciones de la integridad y la resistencia del metal (fisuras, centros de corrosión locales, etc.). El comportamiento del titanio en muchos ambientes agresivos, como nitrógeno, clorhídrico, sulfúrico, "aqua regia" y otros ácidos y álcalis, es sorprendente y admirable para este metal.

El titanio es un metal ligero, su densidad a 0°C es de solo 4,517 g/cm8, ya 100°C es de 4,506 g/cm3. El titanio pertenece al grupo de metales con un peso específico inferior a 5 g/cm3. Esto incluye todos los metales alcalinos (sodio, cadio, litio, rubidio, cesio) con una gravedad específica de 0,9–1,5 g/cm3, magnesio (1,7 g/cm3), aluminio (2,7 g/cm3), etc. El titanio es más de 1,5 veces más pesado que el aluminio, y en esto, por supuesto, pierde con él, pero es 1,5 veces más ligero que el hierro (7,8 g/cm3). Sin embargo, ocupando una posición intermedia entre el aluminio y el hierro en términos de densidad específica, el titanio los supera con creces en sus propiedades mecánicas). El titanio tiene una dureza importante: es 12 veces más duro que el aluminio, 4 veces más duro que el hierro y el cobre. Otra característica importante de un metal es su límite elástico. Cuanto más alto sea, mejor resistirán las cargas operativas las piezas fabricadas con este metal. El límite elástico del titanio es casi 18 veces mayor que el del aluminio. La resistencia específica de las aleaciones de titanio se puede aumentar en un factor de 1,5 a 2. Sus altas propiedades mecánicas se conservan bien a temperaturas de hasta varios cientos de grados. El titanio puro es adecuado para todo tipo de procesamiento en estado caliente y frío: puede forjarse como el hierro, trefilarse e incluso convertirse en alambre, enrollarse en láminas, cintas y láminas de hasta 0,01 mm de espesor.

Hoy en día, las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en la tecnología aeronáutica. Las aleaciones de titanio se utilizaron por primera vez a escala industrial en la construcción de motores a reacción para aviones. El uso de titanio en el diseño de motores a reacción permite reducir su peso en un 10...25%. En particular, los discos y álabes del compresor, las piezas de admisión de aire, las paletas guía y los sujetadores están hechos de aleaciones de titanio. Las aleaciones de titanio son indispensables para los aviones supersónicos. El aumento de la velocidad de vuelo de los aviones provocó un aumento de la temperatura de la piel, por lo que las aleaciones de aluminio ya no cumplen los requisitos impuestos por la tecnología aeronáutica a velocidades supersónicas. La temperatura de la piel en este caso alcanza 246...316 °C. En estas condiciones, las aleaciones de titanio resultaron ser el material más aceptable. En los años 70, el uso de aleaciones de titanio para el fuselaje de aviones civiles aumentó significativamente. En el avión de media distancia TU-204, la masa total de piezas fabricadas con aleaciones de titanio es de 2570 kg. El uso de titanio en helicópteros se está expandiendo gradualmente, principalmente para partes del sistema de rotor principal, accionamiento y sistema de control. Un lugar importante lo ocupan las aleaciones de titanio en la ciencia espacial.
Debido a la alta resistencia a la corrosión en el agua de mar, el titanio y sus aleaciones se utilizan en la construcción naval para la fabricación de hélices, placas de barcos, submarinos, torpedos, etc. Las conchas no se adhieren al titanio y sus aleaciones, lo que aumenta considerablemente la resistencia del vaso cuando se mueve. Poco a poco, las áreas de aplicación del titanio se están expandiendo. El titanio y sus aleaciones se utilizan en las industrias química, petroquímica, de pulpa y papel y alimentaria, metalurgia no ferrosa, ingeniería energética, electrónica, tecnología nuclear, galvanoplastia, en la fabricación de armas, para la fabricación de placas de blindaje, instrumentos quirúrgicos, implantes quirúrgicos, plantas desalinizadoras, repuestos para autos de carreras, material deportivo (palos de golf, equipos de escalada), repuestos para relojes e incluso joyas. La nitruración del titanio conduce a la formación de una película dorada en su superficie, que no es inferior en belleza al oro real.

Titanio y sus aleaciones poseen alta resistencia a la corrosión en atm. condiciones, agua dulce y de mar, soluciones de la mayoría de los cloruros, hipocloritos, dióxido de cloro y muchos otros. sales minerales to-t tanto a temperatura normal como a temperatura elevada. El titanio y sus aleaciones también tienen una alta resistencia a la corrosión en oxidados ácidos. ambientes (nítricos y crómicos, etc.) y en solución de álcalis. En ácidos no oxidantes (sulfúrico, clorhídrico), el titanio tiene un efecto satisfactorio. resistencia a la corrosión a temp-pax normal y concentración a-t hasta 8-10%. Con un aumento de la temperatura, la concentración de to-t y los álcalis, la tasa de corrosión del titanio aumenta considerablemente. Para el ácido sulfúrico se observan dos velocidades máximas de corrosión, correspondientes a concentraciones del 40 y 75%. En el ácido sulfúrico al 40%, el proceso de corrosión procede con la liberación de hidrógeno, este tipo de ácido se caracteriza por la mayor conductividad eléctrica y la máxima concentración de iones de hidrógeno. En una solución al 75%, el proceso de corrosión va acompañado de la reducción del ácido sulfúrico a H3S y azufre libre, y en altas concentraciones (80-90%) se liberan SO2 y azufre libre. En el ácido fosfórico, el titanio es relativamente más resistente y conserva una alta resistencia a la corrosión hasta una solución del 30 %; al aumentar la concentración, aumenta la tasa de corrosión. Los aditivos de agentes oxidantes (K2Cr207; HNOs; Fe++; Cu++) reducen drásticamente la tasa de corrosión del titanio y sus aleaciones en ácidos clorhídrico y sulfúrico.

Titanio: α- titanio- hexagonal, β- titanio- cúbico...