titāna sakausējumi. Titāna metāla izmantošana rūpniecībā un celtniecībā

19.10.2019

Titāna fizikālās un ķīmiskās īpašības, iegūstot titānu

Titāna izmantošana tīrā veidā un sakausējumu veidā, titāna izmantošana savienojumu veidā, titāna fizioloģiskā iedarbība

1. sadaļa. Titāna vēsture un sastopamība dabā.

Titāns -Šis ceturtās grupas, D. I. Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās sistēmas ceturtā perioda sekundārās apakšgrupas elements ar atomskaitli 22. Vienkāršā viela titāns (CAS numurs: 7440-32-6) ir viegls sudraba metāls. -balta krāsa. Tas eksistē divās kristāliskās modifikācijās: α-Ti ar sešstūrveida cieši iesaiņotu režģi, β-Ti ar kubisku ķermeni centrētu blīvējumu, polimorfās transformācijas α↔β temperatūra ir 883 °C. Kušanas temperatūra 1660±20 °C.

Titāna vēsture un klātbūtne dabā

Titāns tika nosaukts pēc seno grieķu varoņu Titāniem. Vācu ķīmiķis Martins Klaprots to nosauca savu personisku apsvērumu dēļ, atšķirībā no frančiem, kuri mēģināja dot nosaukumus atbilstoši elementa ķīmiskajām īpašībām, taču, tā kā elementa īpašības tolaik nebija zināmas, šāds nosaukums tika pieņemts. izvēlēts.

Titāns ir 10. elements pēc tā skaita uz mūsu planētas. Titāna daudzums zemes garozā ir 0,57% no svara un 0,001 miligrams uz 1 litru jūras ūdens. Titāna atradnes atrodas Dienvidāfrikas Republikas, Ukrainas, Krievijas, Kazahstānas, Japānas, Austrālijas, Indijas, Ceilonas, Brazīlijas un Dienvidkorejas teritorijā.

Pēc fizikālajām īpašībām titāns ir viegli sudrabains metāls, turklāt tam ir raksturīga augsta viskozitāte apstrādes laikā un ir tendence pielipt griezējinstrumentam, tāpēc šī efekta novēršanai tiek izmantotas īpašas smērvielas vai izsmidzināšana. Istabas temperatūrā tas ir pārklāts ar caurspīdīgu TiO2 oksīda plēvi, kā dēļ tas ir izturīgs pret koroziju lielākajā daļā agresīvo vidi, izņemot sārmus. Titāna putekļiem ir spēja eksplodēt, to uzliesmošanas temperatūra ir 400 °C. Titāna skaidas ir viegli uzliesmojošas.

Lai ražotu tīru titānu vai tā sakausējumus, vairumā gadījumu tiek izmantots titāna dioksīds ar nelielu skaitu tajā iekļauto savienojumu. Piemēram, rutila koncentrāts, kas iegūts, bagātinot titāna rūdas. Bet rutila rezerves ir ārkārtīgi mazas, un saistībā ar to tiek izmantots tā sauktais sintētiskais rutilas jeb titāna izdedži, kas iegūti ilmenīta koncentrātu apstrādes laikā.

Par titāna atklājēju tiek uzskatīts 28 gadus vecais angļu mūks Viljams Gregors. 1790. gadā, veicot mineraloģiskos pētījumus savā pagastā, viņš pievērsa uzmanību melno smilšu izplatībai un neparastajām īpašībām Menakenas ielejā Anglijas dienvidrietumos un sāka to izpētīt. Priesteris smiltīs atrada melna spīdīga minerāla graudus, kurus pievilka parasts magnēts. 1925. gadā van Arkels un de Būrs ieguva ar jodīda metodi, un tīrākais titāns izrādījās kaļams un tehnoloģisks metāls ar daudzām vērtīgas īpašības, kas piesaistīja plašu dizaineru un inženieru uzmanību. 1940. gadā Croll ierosināja magnija-termisko metodi titāna ieguvei no rūdām, kas joprojām ir galvenā. 1947. gadā tika saražoti pirmie 45 kg komerciāli tīra titāna.

Mendeļejeva periodiskajā elementu sistēmā titāna kārtas numurs ir 22. Dabiskā titāna atommasa, kas aprēķināta pēc tā izotopu pētījumu rezultātiem, ir 47,926. Tātad neitrāla titāna atoma kodols satur 22 protonus. Neitronu, tas ir, neitrālu neuzlādēto daļiņu skaits ir atšķirīgs: biežāk 26, bet var svārstīties no 24 līdz 28. Tāpēc titāna izotopu skaits ir atšķirīgs. Kopumā šobrīd zināmi 13 elementa Nr.22 izotopi Dabīgais titāns sastāv no piecu stabilu izotopu maisījuma, visplašāk pārstāvēts titāns-48, tā īpatsvars dabiskajās rūdās ir 73,99%. Titāns un citi IVB apakšgrupas elementi pēc īpašībām ir ļoti līdzīgi IIIB apakšgrupas elementiem (skandija grupa), lai gan tie atšķiras no pēdējiem ar spēju uzrādīt lielu valenci. Titāna līdzība ar skandiju, itriju, kā arī ar VB apakšgrupas elementiem - vanādiju un niobiju, izpaužas arī tajā, ka titāns bieži sastopams arī dabīgajos minerālos kopā ar šiem elementiem. Ar monovalentiem halogēniem (fluoru, bromu, hloru un jodu) tas var veidot di-tri- un tetra savienojumus, ar sēru un tā grupas elementiem (selēns, telūrs) - mono- un disulfīdus, ar skābekli - oksīdus, dioksīdus un trioksīdus. .

Titāns veido arī savienojumus ar ūdeņradi (hidrīdiem), slāpekli (nitrīdiem), oglekli (karbīdiem), fosforu (fosfīdiem), arsēnu (arsīdiem), kā arī savienojumus ar daudziem metāliem - intermetāliskus savienojumus. Titāns veido ne tikai vienkāršus, bet arī daudzus sarežģītus savienojumus, daudzi tā savienojumi ar organisko vielu. Kā redzams no savienojumu saraksta, kuros var piedalīties titāns, tas ir ķīmiski ļoti aktīvs. Un tajā pašā laikā titāns ir viens no retajiem metāliem ar īpaši augstu izturību pret koroziju: tas ir praktiski mūžīgs gaisa atmosfērā, aukstā un verdošā ūdenī un ir ļoti izturīgs pret koroziju. jūras ūdens, daudzu sāļu, neorganisko un organisko skābju šķīdumos. Korozijas izturības ziņā jūras ūdenī tas pārspēj visus metālus, izņemot cēlos - zeltu, platīnu utt., lielāko daļu nerūsējošā tērauda, niķeļa, vara un citu sakausējumu veidu. Ūdenī daudzās agresīvās vidēs tīrs titāns nav pakļauts korozijai. Iztur titāna un erozijas koroziju, ko izraisa ķīmiskas un mehāniskas iedarbības kombinācija uz metālu. Šajā ziņā tas nav zemāks par labākajām nerūsējošā tērauda kategorijām, sakausējumiem uz vara bāzes un citiem konstrukcijas materiāliem. Titāns arī labi iztur noguruma koroziju, kas bieži izpaužas kā metāla integritātes un stiprības pārkāpumi (plaisāšana, lokāli korozijas centri utt.). Titāna uzvedība daudzās agresīvās vidēs, piemēram, slāpekļa, sālsskābes, sērskābes, "aqua regia" un citās skābēs un sārmos, ir pārsteidzoša un apbrīnas vērta šim metālam.

Titāns ir ļoti ugunsizturīgs metāls. Ilgu laiku tika uzskatīts, ka tas kūst 1800 ° C temperatūrā, bet 50. gadu vidū. Angļu zinātnieki Diardorfs un Hejs noteica tīra elementāra titāna kušanas temperatūru. Tas sasniedza 1668 ± 3 ° C. Savas ugunsizturības ziņā titāns ir zemāks tikai par tādiem metāliem kā volframs, tantals, niobijs, rēnijs, molibdēns, platinoīdi, cirkonijs, un starp galvenajiem strukturālajiem metāliem tas ir pirmajā vietā. Titāna kā metāla svarīgākā īpašība ir tā unikālās fizikālās un ķīmiskās īpašības: zems blīvums, liela stiprība, cietība utt.. Galvenais, lai augstās temperatūrās šīs īpašības būtiski nemainās.

Titāns ir viegls metāls, tā blīvums 0°C temperatūrā ir tikai 4,517 g/cm8, bet 100°C – 4,506 g/cm3. Titāns pieder pie metālu grupas, kuru īpatnējais svars ir mazāks par 5 g/cm3. Tas ietver visus sārmu metāli(nātrijs, kadijs, litijs, rubīdijs, cēzijs) ar īpatnējo svaru 0,9–1,5 g/cm3, magnijs (1,7 g/cm3), alumīnijs (2,7 g/cm3) utt. Titāns vairāk nekā 1,5 reizes smagāks par alumīniju, un šajā, protams, tas zaudē, bet tas ir 1,5 reizes vieglāks par dzelzi (7,8 g / cm3). Tomēr ņemot īpaša gravitāte starpstāvoklis starp alumīniju un dzelzi, titāns savās mehāniskajās īpašībās tos daudzkārt pārspēj.). Titānam ir ievērojama cietība: tas ir 12 reizes cietāks par alumīniju, 4 reizes cietāks par dzelzi un varu. Vēl viena svarīga metāla īpašība ir tā tecēšanas robeža. Jo augstāks tas ir, jo labāk no šī metāla izgatavotās detaļas iztur ekspluatācijas slodzes. Titāna tecēšanas robeža ir gandrīz 18 reizes lielāka nekā alumīnija. Titāna sakausējumu īpatnējo stiprību var palielināt par 1,5–2. Tā augstās mehāniskās īpašības labi saglabājas temperatūrā līdz pat vairākiem simtiem grādu. Tīrs titāns ir piemērots visu veidu apstrādei karstā un aukstā stāvoklī: to var kalt kā dzelzi, stiept un pat izveidot stiepli, velmēt loksnēs, lentēs un folijās, kuru biezums ir līdz 0,01 mm.

Atšķirībā no vairuma metālu, titānam ir ievērojama elektriskā pretestība: ja sudraba elektrovadītspēja ir 100, tad vara elektrovadītspēja ir 94, alumīnija ir 60, dzelzs un platīna ir -15, bet titānam ir tikai 3,8. Titāns ir paramagnētisks metāls, tas nav magnetizēts kā dzelzs magnētiskajā laukā, bet netiek izspiests no tā kā varš. Tā magnētiskā jutība ir ļoti vāja, šo īpašību var izmantot celtniecībā. Titānam ir salīdzinoši zema siltumvadītspēja, tikai 22,07 W / (mK), kas ir aptuveni 3 reizes zemāka nekā dzelzs siltumvadītspēja, 7 reizes zemāka nekā magnija, 17–20 reizes zemāka nekā alumīnija un vara. Attiecīgi titāna lineārās termiskās izplešanās koeficients ir zemāks nekā citiem konstrukcijas materiāliem: 20 C temperatūrā tas ir 1,5 reizes mazāks nekā dzelzs, 2 - vara un gandrīz 3 - alumīnijam. Tādējādi titāns ir slikts elektrības un siltuma vadītājs.

Tā kā jūras ūdenī ir augsta izturība pret koroziju, titānu un tā sakausējumus izmanto kuģu būvē, lai ražotu dzenskrūves, kuģu apšuvumus, zemūdenes, torpēdas utt. Čaumalas nelīp pie titāna un tā sakausējumiem, kas krasi palielina trauka pretestību, kad tas kustas. Pamazām titāna pielietojuma jomas paplašinās. Titānu un tā sakausējumus izmanto ķīmiskajā, naftas ķīmijas, celulozes un papīra un pārtikas rūpniecībā, krāsainajā metalurģijā, enerģētikā, elektronikā, kodoltehnoloģijā, galvanizēšanā, ieroču ražošanā, bruņu plākšņu, ķirurģisko instrumentu ražošanā, ķirurģiskie implanti, atsāļošanas iekārtas, sacīkšu automašīnu daļas, sporta aprīkojums (golfa nūjas, kāpšanas aprīkojums), pulksteņu daļas un pat rotaslietas. Titāna nitrēšana noved pie tā, ka uz tā virsmas veidojas zelta plēve, kas pēc skaistuma nav zemāka par īstu zeltu.

TiO2 atklājumu gandrīz vienlaikus un neatkarīgi veica anglis V. Gregors un vācu ķīmiķis M. G. Klaprots. V. Gregors, pētot magnētisko dzelzs smilšu sastāvu (Creed, Cornwall, England, 1791), izolēja jaunu nezināma metāla "zemi" (oksīdu), ko nosauca par menakenu. 1795. gadā vācu ķīmiķis Klaprots atklāja jaunu elementu minerālu rutilā un nosauca to par titānu. Divus gadus vēlāk Klaprots konstatēja, ka rutils un menaken zeme ir viena un tā paša elementa oksīdi, aiz kuriem palika Klaprota ierosinātais nosaukums "titāns". Pēc 10 gadiem titāna atklāšana notika trešo reizi. Franču zinātnieks L. Vokelins atklāja titānu anatāzē un pierādīja, ka rutils un anatāze ir identiski titāna oksīdi.

Pirmo metāliskā titāna paraugu 1825. gadā ieguva J. Ya. Berzelius. Titāna augstās ķīmiskās aktivitātes un tā attīrīšanas sarežģītības dēļ holandieši A. van Arkels un I. de Būrs 1925. gadā ieguva tīru Ti paraugu, termiski sadalot titāna jodīda TiI4 tvaikus.

Titāns ir 10. vietā visbiežāk sastopamais dabā. Saturs zemes garozā ir 0,57 masas%, jūras ūdenī 0,001 mg / l. 300 g/t ultrabāziskos iežos, 9 kg/t bāziskos iežos, 2,3 kg/t skābajos iežos, 4,5 kg/t mālos un slānekļos. Zemes garozā titāns gandrīz vienmēr ir četrvērtīgs un atrodas tikai skābekļa savienojumos. Tas nenotiek brīvā formā. Titānam laikapstākļu un nokrišņu apstākļos ir ģeoķīmiskā afinitāte pret Al2O3. Tas ir koncentrēts laika apstākļu garozas boksītos un jūras mālainās nogulumos. Titāna pārvietošana tiek veikta mehānisku minerālu fragmentu un koloīdu veidā. Dažos mālos uzkrājas līdz 30% TiO2 pēc svara. Titāna minerāli ir izturīgi pret atmosfēras iedarbību un veido lielas koncentrācijas placeros. Ir zināmi vairāk nekā 100 titānu saturoši minerāli. Nozīmīgākie no tiem ir: rutils TiO2, ilmenīts FeTiO3, titanomagnetīts FeTiO3 + Fe3O4, perovskīts CaTiO3, titanīts CaTiSiO5. Ir primārās titāna rūdas - ilmenīts-titanomagnetīts un placer - rutila-ilmenīts-cirkons.

Galvenās rūdas: ilmenīts (FeTiO3), rutils (TiO2), titanīts (CaTiSiO5).

2002. gadā 90% no iegūtā titāna tika izmantoti titāna dioksīda TiO2 ražošanai. Pasaulē saražoja 4,5 miljonus tonnu titāna dioksīda gadā. Titāna dioksīda (bez Krievijas) apstiprinātās rezerves ir aptuveni 800 milj.t.. 2006. gadā pēc ASV Ģeoloģijas dienesta datiem titāna dioksīda izteiksmē un neskaitot Krieviju ilmenīta rūdu krājumi sastāda 603-673 milj.t, bet rutila - 49,7- 52,7 milj.t.Tātad pie esošajiem ražošanas tempiem pasaulē pārbaudītās titāna rezerves (izņemot Krieviju) pietiks vairāk nekā 150 gadiem.

Krievijai ir pasaulē otrās lielākās titāna rezerves pēc Ķīnas. Titāna derīgo izrakteņu bāzi Krievijā veido 20 atradnes (no kurām 11 ir primārās un 9 ir aluviālās), kas ir diezgan vienmērīgi izkliedētas visā valstī. Lielākā no izpētītajām atradnēm (Jaregskoje) atrodas 25 km attālumā no Uhtas pilsētas (Komi Republika). Tiek lēsts, ka atradnes rezerves ir 2 miljardi tonnu rūdas ar vidējo titāna dioksīda saturu aptuveni 10%.

Pasaulē lielākais titāna ražotājs - Krievijas uzņēmums"VSMPO-AVISMA".

Parasti titāna un tā savienojumu ražošanas izejmateriāls ir titāna dioksīds ar salīdzinoši nelielu daudzumu piemaisījumu. Jo īpaši tas var būt rutila koncentrāts, kas iegūts titāna rūdu bagātināšanas laikā. Taču rutila rezerves pasaulē ir ļoti ierobežotas, un biežāk tiek izmantots tā sauktais sintētiskais rutila jeb titāna izdedži, kas iegūti ilmenīta koncentrātu pārstrādē. Lai iegūtu titāna izdedžus, ilmenīta koncentrātu reducē elektriskā loka krāsnī, savukārt dzelzi sadala metāla fāzē (čugunā), un nereducēti titāna oksīdi un piemaisījumi veido izdedžu fāzi. Bagātīgos izdedžus apstrādā ar hlorīda vai sērskābes metodi.

Tīrā veidā un sakausējumu veidā

Titāna piemineklis Gagarinam Ļeņina prospektā Maskavā

Metālu izmanto: ķīmiskajā rūpniecībā (reaktori, cauruļvadi, sūkņi, cauruļvadu veidgabali), militārajā rūpniecībā (ložu necaurlaidīgās vestes, bruņu un uguns barjeras aviācijā, zemūdeņu korpusi), rūpnieciskie procesi(atsāļošanas rūpnīcas, celulozes un papīra procesi), automobiļu rūpniecība, lauksaimniecības rūpniecība, pārtikas rūpniecība, pīrsingu rotaslietas, medicīnas rūpniecība (protēzes, osteoprotēzes), zobārstniecības un endodontijas instrumenti, zobu implanti, sporta preces, rotaslietas (Aleksandrs Homovs), Mobilie tālruņi, vieglie sakausējumi uc Ir vissvarīgākais strukturālais materiāls lidmašīnu, raķešu un kuģu būvē.

Titāna liešana tiek veikta vakuuma krāsnīs grafīta veidnēs. Tiek izmantota arī vakuuma investīciju liešana. Tehnoloģisku grūtību dēļ mākslinieciskajā liešanā izmanto ierobežotā apjomā. Pirmā monumentālā atlietā titāna skulptūra pasaulē ir Jurija Gagarina piemineklis viņa vārdā nosauktajā laukumā Maskavā.

Titāns ir leģējoša piedeva daudzos leģētos tēraudos un lielākajā daļā īpašo sakausējumu.

Nitinols (niķelis-titāns) ir formas atmiņas sakausējums, ko izmanto medicīnā un tehnoloģijās.

Titāna aluminīdi ir ļoti izturīgi pret oksidāciju un karstumizturīgi, kas savukārt noteica to izmantošanu aviācijas un automobiļu rūpniecībā kā strukturālos materiālus.

Titāns ir viens no visizplatītākajiem getter materiāliem, ko izmanto augsta vakuuma sūkņos.

Balto titāna dioksīdu (TiO2) izmanto krāsās (piemēram, titāna baltajā), kā arī papīra un plastmasas ražošanā. Pārtikas piedeva E171.

Organotāna savienojumus (piemēram, tetrabutoksititānu) izmanto kā katalizatoru un cietinātāju ķīmiskajā un krāsu rūpniecībā.

Neorganiskos titāna savienojumus izmanto ķīmiskajā, elektroniskajā, stikla šķiedras rūpniecībā kā piedevas vai pārklājumus.

Titāna karbīds, titāna diborīds, titāna karbonitrīds ir svarīgas īpaši cietu materiālu sastāvdaļas metāla apstrādei.

Titāna nitrīdu izmanto instrumentu, baznīcu kupolu pārklāšanai un bižutērijas ražošanā, jo. ir zelta krāsai līdzīga krāsa.

Bārija titanāts BaTiO3, svina titanāts PbTiO3 un vairāki citi titanāti ir feroelektriķi.

Ir daudz titāna sakausējumu ar dažādiem metāliem. Leģējošie elementi tiek iedalīti trīs grupās atkarībā no to ietekmes uz polimorfās transformācijas temperatūru: beta stabilizatori, alfa stabilizatori un neitrālie cietinātāji. Pirmie pazemina transformācijas temperatūru, otrie to palielina, un pēdējie to neietekmē, bet noved pie matricas šķīduma sacietēšanas. Alfa stabilizatoru piemēri: alumīnijs, skābeklis, ogleklis, slāpeklis. Beta stabilizatori: molibdēns, vanādijs, dzelzs, hroms, niķelis. Neitrālie cietinātāji: cirkonijs, alva, silīcijs. Beta stabilizatorus savukārt iedala beta-izomorfos un beta-eitektoīdus veidojošos. Visizplatītākais titāna sakausējums ir Ti-6Al-4V sakausējums (krievu klasifikācijā - VT6).

60% - krāsa;

20% - plastmasa;

13% - papīrs;

7% - mašīnbūve.

15-25 USD par kilogramu atkarībā no tīrības pakāpes.

Neapstrādāta titāna (titāna sūkļa) tīrību un pakāpi parasti nosaka tā cietība, kas ir atkarīga no piemaisījumu satura. Visizplatītākie zīmoli ir TG100 un TG110.

Ferotitāna (vismaz 70% titāna) cena uz 22.12.2010 ir 6,82 USD par kilogramu. 01.01.2010 cena bija USD 5,00 par kilogramu līmenī.

Krievijā titāna cenas 2012. gada sākumā bija 1200-1500 rubļu/kg.

Priekšrocības:

zems blīvums (4500 kg / m3) palīdz samazināt izmantotā materiāla masu;

augsta mehāniskā izturība. Ir vērts atzīmēt, ka plkst paaugstinātas temperatūras(250-500 °C) titāna sakausējumi pēc stiprības ir pārāki par augstas stiprības alumīnija un magnija sakausējumiem;

neparasti augsta izturība pret koroziju, pateicoties titāna spējai veidot uz virsmas plānas (5-15 mikronu) nepārtrauktas TiO2 oksīda kārtiņas, kas ir cieši saistītas ar metāla masu;

labāko titāna sakausējumu īpatnējā stiprība (stiprības un blīvuma attiecība) sasniedz 30-35 vai vairāk, kas ir gandrīz divas reizes lielāka par leģēto tēraudu īpatnējo stiprību.

Trūkumi:

augstas ražošanas izmaksas, titāns ir daudz dārgāks nekā dzelzs, alumīnijs, varš, magnijs;

aktīva mijiedarbība augstās temperatūrās, īpaši šķidrā stāvoklī, ar visām gāzēm, kas veido atmosfēru, kā rezultātā titānu un tā sakausējumus var izkausēt tikai vakuumā vai vidē inertas gāzes;

grūtības, kas saistītas ar titāna atkritumu ražošanu;

sliktas pretberzes īpašības, jo titāns pielīp pie daudziem materiāliem, titāns kopā ar titānu nevar darboties berzes gadījumā;

augsta titāna un daudzu tā sakausējumu tieksme uz ūdeņraža trauslumu un sāls koroziju;

slikta apstrādājamība, kas ir līdzīga austenīta nerūsējošajiem tēraudiem;

augsta reaktivitāte, tendence uz graudu augšanu augstā temperatūrā un fāzu pārvērtības metināšanas cikla laikā rada grūtības titāna metināšanā.

Galvenā titāna daļa tiek tērēta aviācijas un raķešu tehnoloģiju un jūras kuģu būves vajadzībām. Titānu (ferotitānu) izmanto kā leģējošu piedevu augstas kvalitātes tēraudiem un kā deoksidētāju. Tehnisko titānu izmanto tvertņu, ķīmisko reaktoru, cauruļvadu, veidgabalu, sūkņu, vārstu un citu agresīvā vidē strādājošu izstrādājumu ražošanai. Režģi un citas elektrovakuuma ierīču daļas, kas darbojas augstā temperatūrā, ir izgatavotas no kompakta titāna.

Pēc izmantošanas kā strukturāla materiāla titāns ir 4. vietā, otrajā vietā aiz Al, Fe un Mg. Titāna aluminīdi ir ļoti izturīgi pret oksidāciju un karstumizturīgi, kas savukārt noteica to izmantošanu aviācijas un automobiļu rūpniecībā kā strukturālos materiālus. Titāna bioloģiskā drošība padara to par lielisku materiālu pārtikas rūpniecībā un rekonstruktīvajā ķirurģijā.

Titānu un tā sakausējumus plaši izmanto inženierzinātnēs, pateicoties tā augstajai mehāniskajai izturībai, kas tiek uzturēta augstā temperatūrā, izturībai pret koroziju, karstumizturībai, īpatnējai stiprībai, zemam blīvumam un citām noderīgām īpašībām. Titāna un tā sakausējumu augstās izmaksas daudzos gadījumos kompensē ar to lielāku veiktspēju, un dažos gadījumos tie ir vienīgais materiāls, no kura var izgatavot iekārtas vai konstrukcijas, kas spēj darboties noteiktos īpašos apstākļos.

Titāna sakausējumiem ir liela nozīme aviācijas tehnoloģijās, kur mērķis ir iegūt vieglāko dizainu apvienojumā ar nepieciešamo izturību. Titāns ir viegls salīdzinājumā ar citiem metāliem, bet tajā pašā laikā tas var strādāt augstā temperatūrā. Titāna sakausējumi tiek izmantoti, lai izgatavotu apvalku, stiprinājumu daļas, barošanas komplektu, šasijas daļas un dažādas vienības. Tāpat šie materiāli tiek izmantoti lidmašīnu reaktīvo dzinēju būvē. Tas ļauj samazināt to svaru par 10-25%. Titāna sakausējumus izmanto kompresoru disku un lāpstiņu, gaisa ieplūdes un virzošo lāpstiņu daļu un stiprinājumu ražošanai.

Titānu un tā sakausējumus izmanto arī raķešu zinātnē. Ņemot vērā īslaicīgs darbs dzinēji un blīvo atmosfēras slāņu straujā pāreja raķešu zinātnē, noguruma izturības, statiskās izturības un daļēji šļūdes problēmas lielā mērā ir novērstas.

Tehniskais titāns nav piemērots izmantošanai aviācijā tā nepietiekami augstās karstumizturības dēļ, taču tā īpaši augstās izturības pret koroziju dēļ atsevišķos gadījumos tas ir neaizstājams ķīmiskajā rūpniecībā un kuģu būvē. Tāpēc to izmanto kompresoru un sūkņu ražošanā tādu agresīvu vielu kā sērskābes un sālsskābe un to sāļi, cauruļvadi, vārsti, autoklāvi, dažādi konteineri, filtri utt. Tikai titānam ir izturība pret koroziju tādās vidēs kā mitrs hlors, ūdens un skābes šķīdumi hlors, tāpēc no šī metāla tiek izgatavotas iekārtas hlora rūpniecībai. Titānu izmanto siltummaiņu ražošanai, kas darbojas korozīvā vidē, piemēram, iekšā slāpekļskābe(nav dūmakains). Kuģu būvē titānu izmanto propelleru ražošanai, kuģu, zemūdeņu, torpēdu u.c. apšuvumam. Čaumalas nelīp pie titāna un tā sakausējumiem, kas krasi palielina trauka pretestību, kad tas kustas.

Titāna sakausējumi ir daudzsološi izmantošanai daudzos citos lietojumos, taču to izmantošanu tehnoloģijā ierobežo augstās izmaksas un titāna trūkums.

Titāna savienojumus plaši izmanto arī dažādās nozarēs. Titāna karbīdam ir augsta cietība, un to izmanto griezējinstrumentu un abrazīvu materiālu ražošanā. Balto titāna dioksīdu (TiO2) izmanto krāsās (piemēram, titāna baltajā), kā arī papīra un plastmasas ražošanā. Organotāna savienojumus (piemēram, tetrabutoksititānu) izmanto kā katalizatoru un cietinātāju ķīmiskajā un krāsu rūpniecībā. Neorganiskos titāna savienojumus izmanto ķīmiskajā, elektroniskajā, stikla šķiedras rūpniecībā kā piedevu. Titāna diborīds ir svarīga īpaši cieto metālapstrādes materiālu sastāvdaļa. Titāna nitrīdu izmanto instrumentu pārklāšanai.

Pie pašreizējām augstajām titāna cenām to galvenokārt izmanto militārā aprīkojuma ražošanai, kur galvenā loma ir nevis izmaksām, bet gan tehniskajām īpašībām. Tomēr ir zināmi lietojumi unikālas īpašības titāns civilām vajadzībām. Titāna cenai samazinoties un tā ražošanai augot, šī metāla izmantošana militāriem un civiliem mērķiem paplašināsies arvien vairāk.

Aviācija. Titāna un tā sakausējumu zemais īpatnējais svars un augstā izturība (īpaši paaugstinātā temperatūrā) padara tos par ļoti vērtīgiem aviācijas materiāliem. Lidmašīnu būves un lidmašīnu dzinēju ražošanas jomā titāns arvien vairāk aizstāj alumīniju un nerūsējošo tēraudu. Paaugstinoties temperatūrai, alumīnijs ātri zaudē spēku. No otras puses, titānam ir skaidra priekšrocība stiprības ziņā temperatūrā līdz 430 ° C, un šādas paaugstinātas temperatūras rodas plkst. lieli ātrumi aerodinamiskās apkures dēļ. Tērauda aizstāšanas ar titānu priekšrocība aviācijā ir svara samazināšana, nezaudējot spēku. Kopējais svara samazinājums ar paaugstinātu veiktspēju paaugstinātā temperatūrā ļauj palielināt lidaparāta lietderīgo slodzi, darbības rādiusu un manevrētspēju. Tas izskaidro centienus paplašināt titāna izmantošanu lidmašīnu konstrukcijā dzinēju ražošanā, fizelāžu būvē, apvalku un pat stiprinājumu ražošanā.

Reaktīvo dzinēju konstrukcijā titānu galvenokārt izmanto kompresoru lāpstiņu, turbīnu disku un daudzu citu štancētu detaļu ražošanai. Šeit titāns aizstāj nerūsējošos un termiski apstrādātos leģētos tēraudus. Viena kilograma dzinēja svara ietaupījums ļauj ietaupīt līdz pat 10 kg no kopējā lidmašīnas svara, pateicoties fizelāžas atvieglošanai. Nākotnē plānots izmantot lokšņu titānu dzinēju sadegšanas kameru korpusu ražošanai.

Lidmašīnu būvē titānu plaši izmanto fizelāžas daļām, kas darbojas paaugstinātā temperatūrā. Titāna loksnes tiek izmantotas visu veidu apvalku, kabeļu aizsargapvalku un lādiņu vadotņu ražošanai. No leģētām titāna loksnēm ir izgatavoti dažādi stingrības elementi, fizelāžas rāmji, ribas utt.

Apvalki, atloki, kabeļu apvalki un lādiņu vadotnes ir izgatavotas no neleģēta titāna. Leģētais titāns tiek izmantots fizelāžas rāmja, rāmju, cauruļvadu un ugunsdrošības barjeru ražošanai.

Titānu arvien vairāk izmanto lidmašīnu F-86 un F-100 konstrukcijā. Nākotnē no titāna tiks izgatavotas šasijas durvis, hidrauliskie cauruļvadi, izplūdes caurules un sprauslas, špakteles, atloki, salokāmie statņi utt.

No titāna var izgatavot bruņu plāksnes, dzenskrūves lāpstiņas un čaulu kastes.

Šobrīd titānu izmanto militāro lidmašīnu Douglas X-3 for skin, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 un Boeing B-52 konstrukcijā.

Titānu izmanto arī civilo lidmašīnu DC-7 būvē. Uzņēmums Douglas, nomainot alumīnija sakausējumus un nerūsējošo tēraudu ar titānu dzinēja gondolas un ugunsdrošības barjeru ražošanā, jau ir panācis aptuveni 90 kg lielu lidmašīnas konstrukcijas svara ietaupījumu. Šobrīd titāna detaļu svars šajā lidmašīnā ir 2%, un šo skaitli paredzēts palielināt līdz 20% no lidmašīnas kopējā svara.

Titāna izmantošana ļauj samazināt helikopteru svaru. Titāna loksnes tiek izmantotas grīdām un durvīm. Ievērojams helikoptera svara samazinājums (apmēram 30 kg) tika panākts, aizstājot leģēto tēraudu ar titānu, lai apšūtu tā rotoru lāpstiņas.

Navy. Titāna un tā sakausējumu izturība pret koroziju padara tos par ļoti vērtīgu materiālu jūrā. ASV Jūras spēku departaments plaši pēta titāna izturību pret koroziju pret dūmgāzu, tvaika, eļļas un jūras ūdens iedarbību. Titāna augstajai īpatnējai stiprībai ir gandrīz tāda pati nozīme jūras lietās.

Zemais metāla īpatnējais svars apvienojumā ar izturību pret koroziju palielina kuģu manevrēšanas spēju un darbības rādiusu, kā arī samazina materiālās daļas uzturēšanas un remonta izmaksas.

Titāna pielietojums flotē ietver izplūdes trokšņa slāpētājus zemūdens dīzeļdzinējiem, instrumentu diskus, plānsienu caurules kondensatoriem un siltummaiņiem. Pēc ekspertu domām, titāns, tāpat kā neviens cits metāls, spēj pagarināt zemūdeņu izplūdes trokšņa slāpētāju kalpošanas laiku. Mērinstrumentu diskiem, kas pakļauti sālsūdens, benzīna vai eļļas iedarbībai, titāns nodrošinās labāku izturību. Tiek pētīta iespēja izmantot titānu siltummaiņa cauruļu ražošanā, kam jābūt izturīgam pret koroziju jūras ūdenī, kas no ārpuses apskalo caurules, un vienlaikus izturēt tajās plūstošā izplūdes kondensāta ietekmi. Tiek apsvērta iespēja no titāna izgatavot antenas un radaru instalāciju sastāvdaļas, kurām ir jābūt noturīgām pret dūmgāzu un jūras ūdens iedarbību. Titānu var izmantot arī tādu detaļu ražošanai kā vārsti, dzenskrūves, turbīnu daļas utt.

Artilērija. Acīmredzot lielākais potenciālais titāna patērētājs varētu būt artilērija, kur šobrīd notiek intensīva dažādu prototipu izpēte. Taču šajā jomā ir standartizēta tikai atsevišķu detaļu un no titāna izgatavotu detaļu ražošana. Ļoti ierobežota izmantošana titāns artilērijā ar lielu pētījumu apjomu ir izskaidrojams ar tā augstajām izmaksām.

Ir izpētītas dažādas detaļas artilērijas aprīkojums attiecībā uz iespēju aizstāt parastos materiālus ar titānu, ievērojot titāna cenu samazinājumu. Galvenā uzmanība tika pievērsta detaļām, kurām ir būtiska svara samazināšana (detaļas, kas tiek pārvadātas ar rokām un transportētas ar gaisa transportu).

Javas pamatplāksne izgatavota no titāna, nevis no tērauda. Ar šādu nomaiņu un pēc dažām izmaiņām tērauda plāksnes no divām pusēm ar kopējo svaru 22 kg vietā bija iespējams izveidot vienu daļu, kas sver 11 kg. Pateicoties šai nomaiņai, apkalpojošā personāla skaitu iespējams samazināt no trim līdz diviem. Tiek apsvērta iespēja izmantot titānu ieroču liesmu slāpētāju ražošanā.

Tiek pārbaudīti no titāna izgatavoti ieroču stiprinājumi, karietes krusti un atsitiena cilindri. Plašs pielietojums titānu var iegūt vadāmu šāviņu un raķešu ražošanā.

Pirmie titāna un tā sakausējumu pētījumi parādīja iespēju no tiem izgatavot bruņu plāksnes. Tērauda bruņu nomaiņa (biezums 12,7 mm) titāna bruņas tāda pati šāviņa pretestība (biezums 16 mm) saskaņā ar šiem pētījumiem ļauj ietaupīt līdz pat 25% svara.

Augstas kvalitātes titāna sakausējumi ļauj cerēt uz iespēju tērauda plāksnes nomainīt pret vienāda biezuma titāna plāksnēm, kas ļauj ietaupīt līdz pat 44% svara. Rūpnieciskais pielietojums titāns nodrošinās lielāku manevrētspēju, palielinās transportēšanas diapazonu un ieroča izturību. Pašreizējais gaisa transporta attīstības līmenis skaidri parāda vieglo bruņumašīnu un citu titāna transportlīdzekļu priekšrocības. Artilērijas nodaļa plāno nākotnē aprīkot kājniekus ar ķiverēm, bajonetēm, granātmetējiem un rokas liesmas metējiem, kas izgatavoti no titāna. Titāna sakausējums pirmo reizi tika izmantots artilērijā dažu automātisko ieroču virzuļu ražošanai.

Transports. Daudzas priekšrocības, ko sniedz titāna izmantošana bruņumateriālu ražošanā, attiecas arī uz transportlīdzekļiem.

Transporta mašīnbūves uzņēmumu pašlaik patērēto konstrukciju materiālu aizstāšanai ar titānu vajadzētu samazināt degvielas patēriņu, palielināt kravnesību, palielināt kloķa mehānismu daļu noguruma robežu utt. dzelzceļi ir svarīgi samazināt ķermeņa svaru. Ievērojams ritošā sastāva kopējā svara samazinājums titāna izmantošanas dēļ ietaupīs vilci, samazinās kaklu un bukšu izmērus.

Svars ir svarīgs arī piekabēm. Transportlīdzeklis. Šeit arī tērauda aizstāšana ar titānu asu un riteņu ražošanā palielinātu kravnesību.

Visas šīs iespējas varētu realizēt, samazinot titāna cenu no 15 līdz 2-3 dolāriem par titāna pusfabrikātu mārciņu.

Ķīmiskā rūpniecība. Ķīmiskās rūpniecības iekārtu ražošanā vislielākā nozīme ir metāla izturībai pret koroziju. Svarīgi ir arī samazināt iekārtas svaru un palielināt izturību. Loģiski būtu jāpieņem, ka titāns varētu sniegt virkni priekšrocību, ražojot iekārtas skābju, sārmu un neorganisko sāļu transportēšanai no tā. Papildu iespējas titāna izmantošanai paveras tādu iekārtu ražošanā kā tvertnes, kolonnas, filtri un visa veida augstspiediena baloni.

Titāna cauruļvadu izmantošana var uzlabot apkures spoļu efektivitāti laboratorijas autoklāvos un siltummaiņos. Par titāna pielietojamību balonu ražošanā, kuros gāzes un šķidrumi ilgstoši tiek glabāti zem spiediena, liecina izmantošana sadegšanas produktu mikroanalīzē smagākas stikla caurules vietā (attēla augšējā daļā). Pateicoties tās mazajam sieniņu biezumam un zemam īpatnējam smagumam, šo cauruli var svērt uz mazākiem, jutīgākiem analītiskajiem svariem. Šeit viegluma un korozijas izturības kombinācija uzlabo ķīmiskās analīzes precizitāti.

Citas lietojumprogrammas. Titāna izmantošana ir lietderīga pārtikas, naftas un elektriskās rūpniecībā, kā arī ķirurģisko instrumentu ražošanā un pašā ķirurģijā.

Ēdienu gatavošanas galdi, tvaicēšanas galdi no titāna ir kvalitatīvāki par tērauda izstrādājumiem.

Naftas un gāzes urbšanas nozarē cīņai pret koroziju ir liela nozīme, tāpēc titāna izmantošana ļaus retāk nomainīt koroziju izraisošos iekārtu stieņus. Katalītiskajā ražošanā un naftas cauruļvadu ražošanā vēlams izmantot titānu, kas saglabā mehāniskās īpašības augstā temperatūrā un kam ir laba izturība pret koroziju.

Elektrorūpniecībā titānu var izmantot bruņu kabeļu stiprināšanai, jo tam ir laba īpatnējā izturība, augsta elektriskā pretestība un nemagnētiskās īpašības.

Dažādās nozarēs sāk izmantot tādas vai citas formas stiprinājumus, kas izgatavoti no titāna. Turpmāka titāna izmantošanas paplašināšana ir iespējama ķirurģisko instrumentu ražošanā, galvenokārt pateicoties tā izturībai pret koroziju. Titāna instrumenti šajā ziņā ir pārāki par parastajiem ķirurģiskajiem instrumentiem, ja tos atkārtoti vāra vai autoklāvā.

Ķirurģijas jomā titāns izrādījās labāks par vitāliju un nerūsējošo tēraudu. Titāna klātbūtne organismā ir diezgan pieņemama. No titāna izgatavotā plāksne un skrūves kaulu stiprināšanai dzīvnieka ķermenī atradās vairākus mēnešus, un kauls ieauga skrūvju vītnēs un plāksnes atverē.

Titāna priekšrocība ir arī tajā, ka uz plāksnes veidojas muskuļu audi.

Aptuveni puse pasaulē saražotās titāna produkcijas parasti tiek sūtīta uz civilo aviācijas nozari, taču tās lejupslīde pēc labi zināmajiem traģiskajiem notikumiem daudziem nozares dalībniekiem liek meklēt jaunus titāna pielietojumus. Šis materiāls ir pirmā daļa no publikāciju izlases ārvalstu metalurģijas presē, kas veltīta titāna perspektīvām mūsdienu apstākļos. Saskaņā ar viena no vadošajiem amerikāņu titāna RT1 ražotājiem, no kopējā titāna ražošanas apjoma pasaules mērogā 50-60 tūkstošu tonnu līmenī aviācijas un kosmosa segments veido līdz pat 40 patēriņa, rūpnieciskām vajadzībām un lietojumiem. veido 34 un militārajā jomā 16 , un apmēram 10 veidoja titāna izmantošanu patēriņa produktos. Titāna rūpnieciskie pielietojumi ietver ķīmiskos procesus, enerģētiku, naftas un gāzes rūpniecību, atsāļošanas iekārtas. Militāri neaeronavigācijas lietojumi galvenokārt ietver izmantošanu artilērijā un kaujas transportlīdzekļos. Nozares, kurās plaši izmanto titānu, ir automobiļu rūpniecība, arhitektūra un celtniecība, sporta preces un juvelierizstrādājumi. Gandrīz viss titāns lietņos tiek ražots ASV, Japānā un NVS valstīs - Eiropa veido tikai 3,6 no pasaules apjoma. Reģionālie titāna galapatēriņa tirgi ir ļoti atšķirīgi – lielākā daļa spilgts piemērs Unikāla ir Japāna, kur civilās aviācijas un kosmosa sektors veido tikai 2-3, bet ķīmisko rūpnīcu iekārtās un strukturālajos elementos izmanto 30 no kopējā titāna patēriņa. Aptuveni 20 no kopējā pieprasījuma Japānā nāk no kodolenerģija un cietā kurināmā spēkstacijās pārējais ir arhitektūrā, medicīnā un sportā. Pretēja aina ir vērojama ASV un Eiropā, kur tikai liela nozīme ir patēriņš aviācijas un kosmosa nozarē - attiecīgi 60-75 un 50-60 katram reģionam. ASV tradicionāli spēcīgi gala tirgi ir ķīmiskās vielas, medicīnas iekārtas, rūpnieciskās iekārtas, savukārt Eiropā lielākais īpatsvars ir naftas un gāzes rūpniecībai un būvniecības nozarei. Lielā atkarība no kosmiskās aviācijas nozares ir ilgstoši satraukusi titāna rūpniecību, kas cenšas paplašināt titāna pielietojumu, jo īpaši pašreizējā globālās civilās aviācijas lejupslīdes apstākļos. Saskaņā ar ASV Ģeoloģijas dienesta datiem 2003.gada pirmajā ceturksnī bija ievērojams titāna sūkļa importa kritums - tikai 1319 tonnas, kas ir par 62 mazāk nekā 3431 tonna 2002.gada šajā pašā periodā. Aviācijas un kosmosa nozare vienmēr būs viens no vadošajiem titāna tirgiem, taču mums, titāna nozarē, ir jārisina izaicinājums un jādara viss iespējamais, lai nodrošinātu, ka mūsu nozarē nav attīstības un lejupslīdes ciklu aviācijas un kosmosa nozarē. Daži no titāna nozares vadošajiem ražotājiem redz pieaugošas iespējas esošajos tirgos, no kuriem viens ir zemūdens iekārtu un materiālu tirgus. Saskaņā ar RT1 pārdošanas un izplatīšanas menedžera Martinu Proko teikto, titāns jau ilgu laiku ir izmantots elektroenerģijas ražošanā un zemūdens lietojumos kopš 80. gadu sākuma, taču tikai pēdējo piecu gadu laikā šīs jomas ir kļuvušas stabilas, attiecīgi pieaugot tirgus niša. Zemūdens sektorā izaugsmi galvenokārt veicina urbšanas darbības lielākā dziļumā, kur titāns ir vispiemērotākais materiāls. Tā, tā teikt, zemūdens dzīves cikls ir piecdesmit gadi, kas atbilst parastajam zemūdens projektu ilgumam. Mēs jau esam uzskaitījuši jomas, kurās ir iespējama titāna izmantošanas palielināšanās. Howmet Ti-Cast pārdošanas vadītājs Bobs Funnels atzīmē, ka pašreizējo tirgus stāvokli var uzskatīt par izaugsmes iespējām jaunās jomās, piemēram, kravas automašīnu turbokompresoru, raķešu un sūkņu rotējošās daļās.

Viens no mūsu notiekošajiem projektiem ir vieglās artilērijas sistēmu BAE Butitzer XM777 izstrāde ar 155 mm kalibru. Ņūmets piegādās 17 no 28 strukturālajiem titāna mezgliem katram pistoles stiprinājumam, un piegādes ASV jūras korpusam jāveic 2004. gada augustā. Ar kopējo ieroča svaru 9800 mārciņas un aptuveni 4,44 tonnas titāna konstrukcijā ir aptuveni 2600 mārciņas no aptuveni 1,18 tonnām titāna - tiek izmantots 6A14U sakausējums ar lielu skaitu lējumu, saka Frenks Hrsters, Fire support Systems vadītājs. BAE Sy81et8. Šī XM777 sistēma ir jāaizstāj pašreizējā M198 Newitzer sistēma, kas sver aptuveni 17 000 mārciņu un aptuveni 7,71 tonnu. Masveida ražošana plānota laika posmā no 2006. līdz 2010.gadam - sākotnēji paredzētas piegādes uz ASV, Lielbritāniju un Itāliju, taču ir iespējams paplašināt programmu piegādēm uz NATO dalībvalstīm. Džons Bārbers no Timet norāda, ka piemēri militārais aprīkojums, kuru konstrukcijā tiek izmantoti ievērojami titāna apjomi, ir Abramé tvertne un kaujas mašīna Bredlijs. Pēdējos divus gadus ir īstenota kopīga programma starp NATO, ASV un Apvienoto Karalisti, lai intensificētu titāna izmantošanu ieročos un aizsardzības sistēmās. Kā jau ne reizi vien minēts, titāns ir ļoti piemērots izmantošanai automobiļu rūpniecībā, tomēr šī virziena īpatsvars ir visai pieticīgs - aptuveni 1 no kopējā patērētā titāna apjoma jeb 500 tonnas gadā, norāda itālis. uzņēmums Poggipolini, titāna sastāvdaļu un detaļu ražotājs Formula-1 un sacīkšu motocikliem. Šī uzņēmuma pētniecības un attīstības vadītājs Daniele Stoppolini uzskata, ka šobrīd pieprasījums pēc titāna šajā tirgus segmentā ir 500 tonnu līmenī, masveidā izmantojot šo materiālu vārstu, atsperu, izplūdes sistēmu, transmisijas konstrukcijā. vārpstas, skrūves, potenciāli varētu pieaugt līdz līmenim, kas nav gandrīz 16 000 tonnu gadā. Viņš piebilda, ka viņa uzņēmums tikai sāk attīstīt automatizētu titāna skrūvju ražošanu, lai samazinātu ražošanas izmaksas. Viņaprāt, ierobežojošie faktori, kuru dēļ titāna izmantošana autobūves nozarē būtiski neizvēršas, ir pieprasījuma neprognozējamība un nenoteiktība ar izejvielu piegādi. Tajā pašā laikā automobiļu rūpniecībā saglabājas liela titāna potenciāla niša, kas apvieno optimālus svara un izturības raksturlielumus spirālveida atsperēm un izplūdes gāzu sistēmām. Diemžēl Amerikas tirgū plašo titāna izmantošanu šajās sistēmās iezīmē tikai diezgan ekskluzīvs pussporta modelis Chevrolet Corvette Z06, kas nekādi nevar pretendēt uz masu auto. Tomēr, ņemot vērā pastāvīgās problēmas, kas saistītas ar degvielas ekonomiju un izturību pret koroziju, titāna izredzes šajā jomā saglabājas. Lai apstiprinātu ar aviāciju un nemilitāru lietojumu nesaistītu lietojumu tirgos, kopuzņēmums UNITI nesen tika izveidots ar tā nosaukumu, un tiek atskaņots vārds vienotība - vienotība un Ti - titāna apzīmējums periodiskajā tabulā kā daļa no pasaules vadošie titāna ražotāji - American Allegheny Technologies un Krievijas VSMPO-Avisma. Šie tirgi ir apzināti izslēgti, sacīja jaunā uzņēmuma prezidents Karls Moultons, jo mēs plānojam jauno uzņēmumu padarīt par vadošo piegādātāju nozarēm, kurās izmanto titāna detaļas un mezglus, galvenokārt naftas ķīmijas un elektroenerģijas ražošanas nozarē. Turklāt mēs plānojam aktīvi tirgoties atsāļošanas ierīču, transportlīdzekļu, patēriņa preču un elektronikas jomā. Uzskatu, ka mūsu ražotnes labi papildina viena otru - VSMPO ir izcilas iespējas gala produktu ražošanā, Allegheny ir lieliskas tradīcijas auksti un karsti titāna velmējumu ražošanā. Paredzams, ka UNITI daļa pasaules titāna izstrādājumu tirgū būs 45 miljoni mārciņu jeb aptuveni 20 411 tonnas. Medicīnas iekārtu tirgu var uzskatīt par stabili attīstošu tirgu – pēc British Titanium International Group datiem, titāna ikgadējais saturs visā pasaulē dažādos implantos un protēzēs ir aptuveni 1000 tonnas, un šis rādītājs pieaugs, jo ķirurģijas iespējas nomainīt. cilvēka locītavas pēc negadījumiem vai traumām. Papildus acīmredzamajām elastības, izturības, viegluma priekšrocībām titāns ir ļoti saderīgs ar ķermeni bioloģiskā nozīmē, jo cilvēka ķermenī nav korozijas audos un šķidrumos. Zobārstniecībā strauji pieaug arī protēžu un implantu izmantošana – trīs reizes pēdējo desmit gadu laikā, pēc Amerikas Zobārstu asociācijas datiem, lielā mērā titāna īpašību dēļ. Lai gan titāna izmantošana arhitektūrā aizsākās jau vairāk nekā 25 gadus, tā plaša izmantošana šajā jomā sākās tikai pēdējie gadi. Abū Dabī lidostas paplašināšana AAE, ko plānots pabeigt 2006. gadā, izmantos līdz 1,5 miljoniem mārciņu no aptuveni 680 tonnām titāna. Diezgan daudz dažādu arhitektūras un būvniecības projektu, izmantojot titānu, plānots īstenot ne tikai attīstītajās valstīs ASV, Kanādā, Lielbritānijā, Vācijā, Šveicē, Beļģijā, Singapūrā, bet arī Ēģiptē un Peru.

Patēriņa preču tirgus segments šobrīd ir visstraujāk augošais titāna tirgus segments. Ja pirms 10 gadiem šis segments bija tikai 1-2 no titāna tirgus, šodien tas ir pieaudzis līdz 8-10 no tirgus. Kopumā titāna patēriņš patēriņa preču nozarē pieauga apmēram divas reizes ātrāk nekā visā titāna tirgū. Titāna izmantošana sportā ir visilgāk izmantota, un tai pieder lielākā daļa no titāna izmantošanas patēriņa precēs. Iemesls titāna popularitātei sporta ekipējumā ir vienkāršs - tas ļauj iegūt svara un izturības attiecību, kas pārsniedz jebkuru citu metālu. Titāna izmantošana velosipēdos sākās apmēram pirms 25-30 gadiem un bija pirmā titāna izmantošana sporta ekipējumā. Galvenokārt tiek izmantotas Ti3Al-2.5V ASTM 9. klases sakausējuma caurules. Citas detaļas, kas izgatavotas no titāna sakausējumiem, ietver bremzes, ķēdes ratus un sēdekļu atsperes. Titānu golfa nūju ražošanā pirmo reizi sāka izmantot Japānas nūju ražotāji 80. gadu beigās un 90. gadu sākumā. Pirms 1994.–1995. gadam šis titāna pielietojums ASV un Eiropā praktiski nebija zināms. Tas mainījās, kad Callaway iepazīstināja ar savu Ruger Titanium titāna nūju, ko sauc par Lielo Lielo Bertu. Pateicoties Callaway acīmredzamajām priekšrocībām un pārdomātajam mārketingam, titāna nūjas kļuva par tūlītēju hitu. Īsā laika periodā titāna nūjas ir kļuvušas par ekskluzīvu un dārgu nelielas golfa spēlētāju grupas aprīkojumu, lai tos plaši izmantotu lielākā daļa golfa spēlētāju, taču tie joprojām ir dārgāki par tērauda nūjām. Vēlos minēt galvenās, manuprāt, golfa tirgus attīstības tendences, kas īsā 4-5 gadu laikā no augstām tehnoloģijām pārnācis uz masveida ražošanu, sekojot citu nozaru ar augstu darbaspēka ceļu. izmaksas, piemēram, apģērbu, rotaļlietu un plaša patēriņa elektronikas ražošana, golfa nūju ražošana ir nonākusi valstīs ar lētāko darbaspēku vispirms uz Taivānu, tad uz Ķīnu, un tagad rūpnīcas tiek celtas valstīs ar vēl lētāku darbaspēku, piemēram, Vjetnamā. un Taizemē titānu noteikti izmanto autovadītājiem, kur tā izcilās īpašības dod nepārprotamas priekšrocības un attaisno augstāku cenu. Tomēr titāns vēl nav atradis ļoti plašu pielietojumu nākamajos klubos, jo ievērojamo izmaksu pieaugumu neatbalsta atbilstošs spēles uzlabojums.Šobrīd draiveri galvenokārt tiek ražoti ar kaltu triecienvirsmu, kaltu vai atlietu virsu un atliets dibens.Nesen Profesionālā golfa asociācija ROA atļāva palielināt tā sauktā atdeves koeficienta augšējo robežu, saistībā ar kuru visi nūju ražotāji centīsies palielināt triecienvirsmas atsperīgās īpašības. Lai to izdarītu, ir jāsamazina trieciena virsmas biezums un jāizmanto stiprāki sakausējumi, piemēram, SP700, 15-3-3-3 un VT-23. Tagad pievērsīsimies titāna un tā sakausējumu izmantošanai citā sporta ekipējumā. Sacīkšu velosipēdu caurules un citas detaļas ir izgatavotas no ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V sakausējuma. Apbrīnojami ievērojams daudzums titāna loksnes tiek izmantots niršanas nažu ražošanā. Lielākā daļa ražotāju izmanto sakausējumu Ti6Al-4V, taču šis sakausējums nenodrošina asmeņu malu izturību kā citi stiprāki sakausējumi. Daži ražotāji pāriet uz BT23 sakausējuma izmantošanu.

Titāna akvalangu nažu mazumtirdzniecības cena ir aptuveni 70–80 USD. Lietie titāna pakavi nodrošina ievērojamu svara samazinājumu salīdzinājumā ar tēraudu, vienlaikus nodrošinot nepieciešamo izturību. Diemžēl šī titāna izmantošana nerealizējās, jo titāna pakavi dzirkstīja un biedēja zirgus. Tikai daži piekritīs izmantot titāna pakavus pēc pirmajiem neveiksmīgajiem eksperimentiem. Titanium Beach, kas atrodas Ņūportbīčā, Kalifornijā, Ņūportbīčā, Kalifornijā, ir izstrādājusi Ti6Al-4V sakausējuma slidu asmeņus. Diemžēl šeit atkal problēma ir asmeņu malas izturība. Es domāju, ka šim produktam ir iespēja dzīvot, ja ražotāji izmanto stiprākus sakausējumus, piemēram, 15-3-3-3 vai BT-23. Titānu ļoti plaši izmanto alpīnismā un pārgājienos, gandrīz visiem priekšmetiem, ko kāpēji un pārgājieni nēsā mugursomās, pudeles, krūzes 20–30 USD mazumtirdzniecībā, ēdiena gatavošanas komplekti aptuveni 50 USD mazumtirdzniecībā, trauki, kas galvenokārt izgatavoti no komerciāli tīra 1. un 2. pakāpes titāna. Citi piemēri Kāpšanas un pārgājienu inventārs ir kompaktas krāsnis, telšu statīvi un stiprinājumi, ledus cirvji un ledus skrūves. Ieroču ražotāji nesen ir sākuši ražot titāna pistoles gan sporta šaušanai, gan tiesībaizsardzības vajadzībām.

Sadzīves elektronika ir diezgan jauns un strauji augošs titāna tirgus. Daudzos gadījumos titāna izmantošana plaša patēriņa elektronikā notiek ne tikai tā izcilo īpašību, bet arī produktu pievilcīgā izskata dēļ. Komerciāli tīrs 1. klases titāns tiek izmantots portatīvo datoru, mobilo tālruņu, plazmas plakanā ekrāna televizoru un citu elektronisko iekārtu korpusu izgatavošanai. Titāna izmantošana skaļruņu konstrukcijā nodrošina labākas akustiskās īpašības, jo titāns ir vieglāks par tēraudu, kā rezultātā palielinās akustiskā jutība. Titāna pulksteņi, kurus tirgū pirmo reizi ieviesa Japānas ražotāji, tagad ir viens no pieejamākajiem un atzītākajiem titāna izstrādājumiem. Titāna patēriņš pasaulē tradicionālo un tā saukto valkājamo juvelierizstrādājumu ražošanā mērāms vairākos desmitos tonnu. Arvien biežāk jūs varat atrast titānu laulības gredzeni, un, protams, cilvēkiem, kas valkā rotaslietas uz ķermeņa, ir vienkārši pienākums izmantot titānu. Titānu plaši izmanto kuģu stiprinājumu un veidgabalu ražošanā, kur ļoti svarīga ir augstas izturības pret koroziju un izturības kombinācija. Losandželosā bāzētais Atlas Ti ražo plašu šo izstrādājumu klāstu no VTZ-1 sakausējuma. Titāna izmantošana instrumentu ražošanā pirmo reizi aizsākās Padomju Savienībā 80. gadu sākumā, kad pēc valdības norādījumiem tika izgatavoti viegli un ērti instrumenti, lai atvieglotu strādnieku darbu. Padomju titāna ražošanas gigants Verhne-Saldinskoje metālapstrādes ražošanas asociācija tajā laikā ražoja titāna lāpstas, naglu novilcējus, stiprinājumus, cirvjus un atslēgas.

Vēlāk Japānas un Amerikas instrumentu ražotāji savos izstrādājumos sāka izmantot titānu. Ne tik sen VSMPO parakstīja līgumu ar Boeing par titāna plākšņu piegādi. Šis līgums neapšaubāmi ļoti labvēlīgi ietekmēja titāna ražošanas attīstību Krievijā. Titāns ir plaši izmantots medicīnā daudzus gadus. Priekšrocības ir izturība, izturība pret koroziju un, pats galvenais, dažiem cilvēkiem ir alerģija pret niķeli, kas ir nepieciešama nerūsējošā tērauda sastāvdaļa, savukārt nevienam nav alerģijas pret titānu. Izmantotie sakausējumi ir komerciāli tīrs titāns un Ti6-4Eli. Titānu izmanto ķirurģisko instrumentu, iekšējo un ārējo protēžu, tostarp kritisko, piemēram, sirds vārstuļa, ražošanā. Kruķi un ratiņkrēsli ir izgatavoti no titāna. Titāna izmantošana mākslā aizsākās 1967. gadā, kad Maskavā tika uzcelts pirmais titāna piemineklis.

Šobrīd gandrīz visos kontinentos ir uzcelts ievērojams skaits titāna pieminekļu un ēku, tostarp tādi slaveni kā Gugenheima muzejs, ko Bilbao uzcēlis arhitekts Frenks Gehry. Materiāls ir ļoti populārs mākslas cilvēku vidū tā krāsas dēļ, izskats, izturība un izturība pret koroziju. Šo iemeslu dēļ titānu izmanto suvenīru un bižutērijas galantērijā, kur tas veiksmīgi konkurē ar tādiem dārgmetāliem kā sudrabs un pat zelts. Pēc Martina Proko no RTi datiem, titāna sūkļa vidējā cena ASV ir 3,80 par mārciņu, bet Krievijā tā ir 3,20 par mārciņu. Turklāt metāla cena ir ļoti atkarīga no komerciālās aviācijas un kosmosa nozares cikliskuma. Daudzu projektu attīstība varētu ievērojami paātrināties, ja tiks atrasti veidi, kā samazināt titāna ražošanas un pārstrādes, metāllūžņu pārstrādes un kausēšanas tehnoloģiju izmaksas, sacīja Markus Holcs, Vācijas Deutshe Titan rīkotājdirektors. British Titanium piekrīt, ka titāna izstrādājumu paplašināšanos bremzē augstās ražošanas izmaksas un ir jāveic daudzi uzlabojumi, pirms titānu var ražot masveidā. modernās tehnoloģijas.

Viens no soļiem šajā virzienā ir tā sauktā FFC procesa izstrāde, kas ir jauns elektrolītisks process metāliskā titāna un sakausējumu ražošanai, kura izmaksas ir ievērojami zemākas. Saskaņā ar Daniele Stoppolini teikto, kopējā stratēģija titāna nozarē prasa izstrādāt vispiemērotākos sakausējumus, ražošanas tehnoloģiju katram jaunam tirgum un titāna pielietojumu.

Avoti

Vikipēdija — bezmaksas enciklopēdija, Vikipēdija

metotech.ru - Metotehnika

housetop.com — mājas augšdaļa

atomsteel.com – Atom tehnoloģija

domremstroy.ru — DomRemStroy

- perioda 4. grupas 4. elements. Pārejas metāls uzrāda gan bāziskas, gan skābas īpašības, ir diezgan plaši izplatīts dabā - 10. vieta. Tautsaimniecībai visinteresantākā ir augstas metāla cietības un viegluma kombinācija, kas padara to par neaizstājamu aviācijas industrijas elementu. Šis raksts pastāstīs par titāna metāla marķēšanu, leģēšanu un citām īpašībām, sniegs vispārīgu aprakstu un interesantus faktus par to.

Pēc izskata metāls visvairāk atgādina tēraudu, taču tā mehāniskās īpašības ir augstākas. Tajā pašā laikā titāns izceļas ar savu zemo svaru - molekulmasu 22. Elementa fizikālās īpašības ir izpētītas diezgan labi, taču tās ir ļoti atkarīgas no metāla tīrības, kas rada ievērojamas novirzes.

Turklāt tās specifiskajām ķīmiskajām īpašībām ir nozīme. Titāns ir izturīgs pret sārmiem, slāpekļskābi un tajā pašā laikā vardarbīgi mijiedarbojas ar sausiem halogēniem un augstākā temperatūrā ar skābekli un slāpekli. Vēl sliktāk, tas sāk absorbēt ūdeņradi pat istabas temperatūrā, ja ir aktīva virsma. Un kausē tas tik intensīvi absorbē skābekli un ūdeņradi, ka kausēšana ir jāveic vakuumā.

Vēl viena svarīga pazīme, kas nosaka fiziskās īpašības, ir 2 stāvokļa fāžu esamība.

Zema temperatūra- α-Ti ir sešstūrains cieši noslēgts režģis, vielas blīvums ir 4,55 g / cu. cm (pie 20 C).
paaugstināta temperatūra- β-Ti raksturo uz ķermeni vērsts kubiskais režģis, fāzes blīvums attiecīgi ir mazāks - 4,32 g / cu. sk (pie 900C).

Fāzes pārejas temperatūra - 883 C.

Normālos apstākļos metāls ir pārklāts ar aizsargājošu oksīda plēvi. Ja tā nav, titāns ir lielas briesmas. Tātad, titāna putekļi var eksplodēt, šādas zibspuldzes temperatūra ir 400C. Titāna skaidas ir ugunsbīstams materiāls un tiek uzglabātas īpašā vidē.

Tālāk redzamais video stāsta par titāna struktūru un īpašībām:

Titāna īpašības un īpašības

Titāns ir pārliecinoši spēcīgākais no visiem esošajiem tehniskie materiāli, tāpēc, neskatoties uz iegūšanas sarežģītību un augstajām drošības prasībām, tas tiek izmantots diezgan plaši. Elementa fizikālās īpašības ir diezgan neparastas, bet ļoti atkarīgas no tīrības. Tādējādi raķešu un lidmašīnu rūpniecībā aktīvi tiek izmantots tīrs titāns un sakausējumi, savukārt tehniskais titāns nav piemērots, jo piemaisījumu ietekmē tas zaudē izturību augstā temperatūrā.

metāla blīvums

Vielas blīvums mainās atkarībā no temperatūras un fāzes.

Temperatūrā no 0 līdz kušanas temperatūrai tas samazinās no 4,51 līdz 4,26 g / cu. cm, un fāzes pārejas laikā jūs to palielināt par 0,15%, un pēc tam atkal samazināt.
Šķidrā metāla blīvums ir 4,12 g/cu. cm, un pēc tam samazinās, palielinoties temperatūrai.

Kušanas un viršanas punkti

Fāzes pāreja sadala visas metāla īpašības īpašībās, kuras var parādīt α- un β-fāzēm. Tātad blīvums līdz 883 C attiecas uz α-fāzes īpašībām, bet kušanas un viršanas temperatūra - uz β-fāzes parametriem.

Titāna kušanas temperatūra (grādos) ir 1668+/-5 C;
Viršanas temperatūra sasniedz 3227 C.

Titāna sadegšana ir apspriesta šajā video:

Mehāniskās īpašības

Titāns ir apmēram 2 reizes stiprāks par dzelzi un 6 reizes stiprāks par alumīniju, kas padara to par tik vērtīgu konstrukcijas materiālu. Eksponenti attiecas uz α-fāzes īpašībām.

Vielas stiepes izturība ir 300–450 MPa. Indikatoru var palielināt līdz 2000 MPa, pievienojot dažus elementus, kā arī izmantojot īpašu apstrādi - sacietēšanu un novecošanu.

Interesanti, ka titāns saglabā augstu īpatnējo izturību pat viszemākajās temperatūrās. Turklāt, temperatūrai pazeminoties, lieces izturība palielinās: pie +20 C indikators ir 700 MPa, bet pie -196 - 1100 MPa.

Metāla elastība ir salīdzinoši zema, kas ir būtisks vielas trūkums. Elastības modulis plkst normāli apstākļi 110,25 GPa. Turklāt titānam raksturīga anizotropija: elastība dažādos virzienos sasniedz dažādas vērtības.
Vielas cietība HB skalā ir 103. Turklāt šis rādītājs tiek aprēķināts vidēji. Atkarībā no metāla tīrības un piemaisījumu veida cietība var būt augstāka.
Nosacītā tecēšanas robeža ir 250–380 MPa. Jo augstāks šis rādītājs, jo labāk vielas izstrādājumi iztur slodzes un jo vairāk iztur nodilumu. Titāna indekss 18 reizes pārsniedz alumīnija indeksu.

Salīdzinot ar citiem metāliem, kuriem ir tāds pats režģis, metālam ir ļoti pienācīga elastība un kaļamība.

Siltuma jauda

Metālam raksturīga zema siltumvadītspēja, tāpēc attiecīgajās jomās - piemēram, termoelektrodu ražošana netiek izmantota.

Tā siltumvadītspēja ir 16,76 l, W / (m × deg). Tas ir 4 reizes mazāk nekā dzelzs un 12 reizes mazāk nekā dzelzs.
Bet titāna termiskās izplešanās koeficients normālā temperatūrā ir niecīgs un palielinās, palielinoties temperatūrai.
Metāla siltumietilpība ir 0,523 kJ/(kg K).

Elektriskās īpašības

Kā tas bieži notiek, zema siltumvadītspēja noved pie zemas elektrovadītspējas.

Metāla elektriskā pretestība ir ļoti augsta - 42,1·10 -6 omi·cm normālos apstākļos. Ja mēs uzskatām, ka sudraba vadītspēja ir 100%, tad titāna vadītspēja būs 3,8%.
Titāns ir paramagnēts, tas ir, to nevar magnetizēt laukā, piemēram, dzelzi, bet arī izstumt no lauka, kā tas nebūs. Šī īpašība lineāri samazinās, pazeminoties temperatūrai, bet, pārsniedzot minimumu, nedaudz palielinās. Īpatnējā magnētiskā jutība ir 3,2 10 -6 G -1. Jāņem vērā, ka jutība, kā arī elastība veido anizotropiju un mainās atkarībā no virziena.

3,8 K temperatūrā titāns kļūst par supravadītāju.

Izturība pret koroziju

Normālos apstākļos titānam ir ļoti augstas pretkorozijas īpašības. Gaisā tas ir pārklāts ar 5–15 mikronu biezu titāna oksīda slāni, kas nodrošina izcilu ķīmisko inerci. Metāls nerūsē gaisā, jūras gaisā, jūras ūdenī, mitrā hlorā, hlora ūdenī un daudzos citos tehnoloģiskajos risinājumos un reaģentos, kas padara materiālu neaizstājamu ķīmiskajā, papīra, naftas rūpniecībā.

Paaugstinoties temperatūrai vai spēcīgai metāla slīpēšanai, attēls krasi mainās. Metāls reaģē ar gandrīz visām gāzēm, kas veido atmosfēru, un šķidrā stāvoklī tās arī absorbē.

Drošība

Titāns ir viens no bioloģiski inertākajiem metāliem. Medicīnā to izmanto protēžu ražošanā, jo tā ir izturīga pret koroziju, viegla un izturīga.

Titāna dioksīds nav tik drošs, lai gan to izmanto daudz biežāk - piemēram, kosmētikas un pārtikas rūpniecībā. Saskaņā ar dažiem ziņojumiem - UCLA, patoloģijas profesora Roberta Šistla pētījumiem, titāna dioksīda nanodaļiņas ietekmē ģenētisko aparātu un var veicināt vēža attīstību. Turklāt viela caur ādu neiekļūst, tāpēc saules aizsargkrēmu lietošana, kas satur dioksīdu, nerada briesmas, bet viela, kas nonāk organismā - ar pārtikas krāsvielām, bioloģiskajiem piedevām, var būt bīstama.

Titāns ir unikāli spēcīgs, ciets un viegls metāls ar ļoti interesantām ķīmiskajām un fizikālajām īpašībām. Šī kombinācija ir tik vērtīga, ka pat grūtības ar titāna kausēšanu un attīrīšanu neaptur ražotājus.

Šis video pastāstīs, kā atšķirt titānu no tērauda:

1. sadaļa. Titāna vēsture un sastopamība dabā.

Titāns — Šis ceturtās grupas sānu apakšgrupas elements, D. I. Dmitrija Ivanoviča Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās sistēmas ceturtais periods, ar atomskaitli 22. Vienkārša viela titāns(CAS numurs: 7440-32-6) - gaiši sudrabaini balts. Tas eksistē divās kristāliskās modifikācijās: α-Ti ar sešstūrveida cieši iesaiņotu režģi, β-Ti ar kubisku ķermeni centrētu blīvējumu, polimorfās transformācijas α↔β temperatūra ir 883 °C. Kušanas temperatūra 1660±20 °C.

Titāna vēsture un klātbūtne dabā

Titāns ir 10. elements pēc tā skaita uz mūsu planētas. Titāna daudzums zemes garozā ir 0,57% no svara un 0,001 miligrams uz 1 litru jūras ūdens. Titāna atradnes atrodas: Dienvidāfrikas Republikā, Ukrainā, Krievijas Federācijā, Kazahstānā, Japānā, Austrālijā, Indijā, Ceilonā, Brazīlijā un Dienvidkorejā.

Pēc fizikālajām īpašībām titāns ir gaiši sudrabains metāls, turklāt tam ir raksturīga augsta viskozitāte apstrādes laikā, un tā ir pakļauta pielipšanai pie griezējinstrumenta, tāpēc, lai novērstu šo efektu, tiek izmantotas īpašas smērvielas vai izsmidzināšana. Istabas temperatūrā tas ir pārklāts ar caurspīdīgu TiO2 oksīda plēvi, kā dēļ tas ir izturīgs pret koroziju lielākajā daļā agresīvo vidi, izņemot sārmus. Titāna putekļiem ir spēja eksplodēt, to uzliesmošanas temperatūra ir 400 °C. Titāna skaidas ir viegli uzliesmojošas.

Par titāna atklājēju tiek uzskatīts 28 gadus vecais angļu mūks Viljams Gregors. 1790. gadā, veicot mineraloģiskos pētījumus savā pagastā, viņš pievērsa uzmanību melno smilšu izplatībai un neparastajām īpašībām Menakenas ielejā Lielbritānijas dienvidrietumos un sāka to izpētīt. AT smiltis priesteris atklāja melna spīdīga minerāla graudus, kurus pievilka parasts magnēts. 1925. gadā van Arkels un de Būrs ieguva ar jodīda metodi, un izrādījās, ka tīrākais titāns ir kaļams un tehnoloģisks. metāls ar daudzām vērtīgām īpašībām, kas piesaistīja plašu dizaineru un inženieru uzmanību. 1940. gadā Croll ierosināja magnija-termisko metodi titāna ieguvei no rūdām, kas joprojām ir galvenā. 1947. gadā tika saražoti pirmie 45 kg komerciāli tīra titāna.

Periodiskajā elementu tabulā Mendeļejevs Dmitrijs Ivanovičs titāna sērijas numurs ir 22. Dabiskā titāna atomu masa, kas aprēķināta pēc tā izotopu pētījumu rezultātiem, ir 47,926. Tātad neitrāla titāna atoma kodols satur 22 protonus. Neitronu, tas ir, neitrālu neuzlādēto daļiņu skaits ir atšķirīgs: biežāk 26, bet var svārstīties no 24 līdz 28. Tāpēc titāna izotopu skaits ir atšķirīgs. Kopumā šobrīd zināmi 13 elementa Nr.22 izotopi Dabīgais titāns sastāv no piecu stabilu izotopu maisījuma, visplašāk pārstāvēts titāns-48, tā īpatsvars dabiskajās rūdās ir 73,99%. Titāns un citi IVB apakšgrupas elementi pēc īpašībām ir ļoti līdzīgi IIIB apakšgrupas elementiem (skandija grupa), lai gan tie atšķiras no pēdējiem ar spēju uzrādīt lielu valenci. Titāna līdzība ar skandiju, itriju, kā arī ar VB apakšgrupas elementiem - vanādiju un niobiju, izpaužas arī tajā, ka titāns bieži sastopams arī dabīgajos minerālos kopā ar šiem elementiem. Ar monovalentiem halogēniem (fluoru, bromu, hloru un jodu) tas var veidot di-tri- un tetra savienojumus, ar sēru un tā grupas elementiem (selēns, telūrs) - mono- un disulfīdus, ar skābekli - oksīdus, dioksīdus un trioksīdus. .

Titāns veido arī savienojumus ar ūdeņradi (hidrīdiem), slāpekli (nitrīdiem), oglekli (karbīdiem), fosforu (fosfīdiem), arsēnu (arsīdiem), kā arī savienojumus ar daudziem metāliem - intermetāliskus savienojumus. Titāns veido ne tikai vienkāršus, bet arī daudzus sarežģītus savienojumus, ir zināmi daudzi tā savienojumi ar organiskām vielām. Kā redzams no savienojumu saraksta, kuros var piedalīties titāns, tas ir ķīmiski ļoti aktīvs. Un tajā pašā laikā titāns ir viens no retajiem metāliem ar īpaši augstu izturību pret koroziju: tas ir praktiski mūžīgs gaisā, aukstā un verdošā ūdenī, tas ir ļoti izturīgs jūras ūdenī, daudzu sāļu, neorganisko un organisko šķīdumos. skābes. Korozijas izturības ziņā jūras ūdenī tas pārspēj visus metālus, izņemot cēlos - zeltu, platīnu utt., lielāko daļu nerūsējošā tērauda, niķeļa, vara un citu sakausējumu veidu. Ūdenī daudzās agresīvās vidēs tīrs titāns nav pakļauts korozijai. Iztur titāna un erozijas koroziju, kas rodas ķīmiskas un mehāniskas iedarbības kombinācijas rezultātā. Šajā ziņā tas nav zemāks par labākajām nerūsējošā tērauda kategorijām, sakausējumiem uz vara bāzes un citiem konstrukcijas materiāliem. Titāns arī labi iztur noguruma koroziju, kas bieži izpaužas kā metāla integritātes un stiprības pārkāpumi (plaisāšana, lokāli korozijas centri utt.). Titāna uzvedība daudzās agresīvās vidēs, piemēram, slāpekļa, sālsskābes, sērskābes, "aqua regia" un citās skābēs un sārmos, ir pārsteidzoša un apbrīnas vērta šim metālam.

Titāns ir viegls metāls, tā blīvums 0°C temperatūrā ir tikai 4,517 g/cm8, bet 100°C – 4,506 g/cm3. Titāns pieder pie metālu grupas, kuru īpatnējais svars ir mazāks par 5 g/cm3. Tas ietver visus sārmu metālus (nātriju, kadiju, litiju, rubīdiju, cēziju) ar īpatnējo svaru 0,9-1,5 g / cm3, magniju (1,7 g / cm3), (2,7 g / cm3) utt. .Titāna ir vairāk nekā 1,5 reizes smagāks alumīnija, un šajā, protams, viņš viņam zaudē, bet, no otras puses, tas ir 1,5 reizes vieglāks par dzelzi (7,8 g / cm3). Tomēr, ieņemot starpstāvokli īpatnējā blīvuma ziņā starp alumīnija un dzelzs, titāns savās mehāniskajās īpašībās tos daudzkārt pārspēj.). Titānam ir ievērojama cietība: tas ir 12 reizes cietāks nekā alumīnijs, 4 reizes dziedzeris un cuprum. Vēl viena svarīga metāla īpašība ir tā tecēšanas robeža. Jo augstāks tas ir, jo labāk no šī metāla izgatavotās detaļas iztur ekspluatācijas slodzes. Titāna tecēšanas robeža ir gandrīz 18 reizes lielāka nekā alumīnija. Titāna sakausējumu īpatnējo stiprību var palielināt 1,5-2 reizes. Tā augstās mehāniskās īpašības labi saglabājas temperatūrā līdz pat vairākiem simtiem grādu. Tīrs titāns ir piemērots visu veidu darbiem karstos un aukstos apstākļos: to var kalt kā dzelzs, velciet un pat izveidojiet no tā stiepli, sarullējiet loksnēs, lentēs, līdz 0,01 mm biezā folijā.

Atšķirībā no vairuma metālu, titānam ir ievērojama elektriskā pretestība: ja sudraba elektrovadītspēja ir 100, tad elektrovadītspēja cuprum vienāds ar 94, alumīnija - 60, dzelzs un platīns-15, savukārt titāna ir tikai 3,8. Titāns ir paramagnētisks metāls, tas nav magnetizēts, kā magnētiskajā laukā, bet tas nav izstumts no tā, piemēram. Tā magnētiskā jutība ir ļoti vāja, šo īpašību var izmantot celtniecībā. Titānam ir salīdzinoši zema siltumvadītspēja, tikai 22,07 W / (mK), kas ir aptuveni 3 reizes zemāka nekā dzelzs, 7 reizes magnija, 17-20 reizes alumīnija un vara siltumvadītspēja. Attiecīgi titāna lineārās termiskās izplešanās koeficients ir zemāks nekā citiem konstrukcijas materiāliem: 20 C temperatūrā tas ir 1,5 reizes mazāks nekā dzelzs, 2 - vara un gandrīz 3 - alumīnija. Tādējādi titāns ir slikts elektrības un siltuma vadītājs.

TiO2 atklājumu gandrīz vienlaikus un neatkarīgi veica anglis V. Gregors un vācu ķīmiķis M. G. Klaprots. V. Gregors, pētot magnētiskā dziedzera sastāvu smiltis(Creed, Cornwall, England, 1791), izolēja jaunu nezināma metāla "zemi" (oksīdu), ko viņš sauca par menaken. Vācu ķīmiķis Klaprots 1795. gadā atklāja minerāls rutils kļuva par jaunu elementu un nosauca to par titānu. Divus gadus vēlāk Klaprots konstatēja, ka rutila un menakēna oksīdi ir viena un tā paša elementa oksīdi, aiz kuriem palika Klaprota ierosinātais nosaukums “titāns”. Pēc 10 gadiem titāna atklāšana notika trešo reizi. Franču zinātnieks L. Vokelins atklāja titānu anatāzē un pierādīja, ka rutils un anatāze ir identiski titāna oksīdi.

TiO2 atklājumu gandrīz vienlaikus un neatkarīgi veica anglis V. Gregors un vācu ķīmiķis M. G. Klaprots. V. Gregors, pētot magnētisko dzelzs smilšu sastāvu (Creed, Cornwall, England, 1791), izolēja jaunu nezināma metāla "zemi" (oksīdu), ko nosauca par menakenu. Vācu ķīmiķis Klaprots 1795. gadā atklāja minerāls rutils kļuva par jaunu elementu un nosauca to par titānu. Divus gadus vēlāk Klaprots konstatēja, ka rutils un menaken zeme ir viena un tā paša elementa oksīdi, aiz kuriem palika Klaprota ierosinātais nosaukums "titāns". Pēc 10 gadiem titāna atklāšana notika trešo reizi. Franču zinātnieks L. Vokelins atklāja titānu anatāzē un pierādīja, ka rutils un anatāze ir identiski titāna oksīdi.

Titāns ir 10. vietā visbiežāk sastopamais dabā. Saturs zemes garozā ir 0,57 masas%, jūras ūdenī 0,001 mg / l. Ultrabāziskajos iežos 300 g/t, bāziskos iežos 9 kg/t, skābajos iežos 2,3 kg/t, mālos un slānekļos 4,5 kg/t. Zemes garozā titāns gandrīz vienmēr ir četrvērtīgs un atrodas tikai skābekļa savienojumos. Tas nenotiek brīvā formā. Titānam laikapstākļu un nokrišņu apstākļos ir ģeoķīmiskā afinitāte pret Al2O3. Tas ir koncentrēts laika apstākļu garozas boksītos un jūras mālainās nogulumos. Titāna pārvietošana tiek veikta mehānisku minerālu fragmentu un koloīdu veidā. Dažos mālos uzkrājas līdz 30% TiO2 pēc svara. Titāna minerāli ir izturīgi pret atmosfēras iedarbību un veido lielas koncentrācijas placeros. Ir zināmi vairāk nekā 100 titānu saturoši minerāli. Nozīmīgākie no tiem ir: rutils TiO2, ilmenīts FeTiO3, titanomagnetīts FeTiO3 + Fe3O4, perovskīts CaTiO3, titanīts CaTiSiO5. Ir primārās titāna rūdas - ilmenīts-titanomagnetīts un placer - rutila-ilmenīts-cirkons.

Galvenās rūdas: ilmenīts (FeTiO3), rutils (TiO2), titanīts (CaTiSiO5).

2002. gadā 90% no iegūtā titāna tika izmantoti titāna dioksīda TiO2 ražošanai. Pasaulē saražoja 4,5 miljonus tonnu titāna dioksīda gadā. Pierādītas titāna dioksīda rezerves (bez Krievijas Federācija). Krievijas Federācija, ilmenīta rūdu rezerves ir 603-673 miljoni tonnu, bet rutila - 49,7-52,7 miljoni tonnu. Tādējādi ar pašreizējo pasaules pārbaudīto titāna rezervju ražošanas ātrumu (izņemot Krievijas Federāciju) tas pietiks vairāk nekā 150 gadiem.

Krievijai ir pasaulē otrās lielākās titāna rezerves pēc Ķīnas. Titāna derīgo izrakteņu bāze Krievijas Federācijā sastāv no 20 atradnēm (no kurām 11 ir primārās un 9 vietas), kas ir diezgan vienmērīgi izkliedētas visā valstī. Lielākā no izpētītajām atradnēm (Jaregskoje) atrodas 25 km attālumā no Uhtas pilsētas (Komi Republika). Tiek lēsts, ka atradnes rezerves ir 2 miljardi tonnu rūdas ar vidējo titāna dioksīda saturu aptuveni 10%.

Pasaulē lielākais titāna ražotājs Krievu organizācija"VSMPO-AVISMA".

Parasti titāna un tā savienojumu ražošanas izejmateriāls ir titāna dioksīds ar salīdzinoši nelielu daudzumu piemaisījumu. Jo īpaši tas var būt rutila koncentrāts, kas iegūts titāna rūdu bagātināšanas laikā. Taču rutila rezerves pasaulē ir ļoti ierobežotas, un biežāk tiek izmantots tā sauktais sintētiskais rutila jeb titāna izdedži, kas iegūti ilmenīta koncentrātu pārstrādē. Lai iegūtu titāna izdedžus, ilmenīta koncentrātu reducē elektriskā loka krāsnī, bet dzelzi sadala metāla fāzē (), un nereducēti titāna oksīdi un piemaisījumi veido izdedžu fāzi. Bagātīgos izdedžus apstrādā ar hlorīda vai sērskābes metodi.

Tīrā veidā un sakausējumu veidā

Titāna piemineklis Gagarinam Ļeņina prospektā Maskavā

metālu lieto: ķīmiskajā nozare(reaktori, cauruļvadi, sūkņi, cauruļvadu piederumi), militārie nozare(bruņuvestes, bruņuvestes un uguns barjeras aviācijā, zemūdeņu korpusi), rūpnieciskie procesi (atsāļošanas iekārtas, procesi celuloze un papīrs), automobiļu rūpniecība, lauksaimniecības rūpniecība, pārtikas rūpniecība, pīrsingu rotaslietas, medicīnas rūpniecība (protēzes, osteoprotēzes), zobārstniecības un endodontijas instrumenti, zobu implanti, sporta preces, juvelierizstrādājumu tirdzniecības preces (Aleksandrs Homovs), mobilie telefoni, vieglie sakausējumi u.c. Tas ir vissvarīgākais konstrukciju materiāls lidmašīnu, raķešu un kuģu būvē.

Titāns ir leģējoša piedeva daudzām sakausējumiem tēraudi un lielākā daļa īpašo sakausējumu.

Nitinols (niķelis-titāns) ir formas atmiņas sakausējums, ko izmanto medicīnā un tehnoloģijās.

Titāna aluminīdi ir ļoti izturīgi pret oksidāciju un karstumizturīgi, kas savukārt noteica to izmantošanu aviācijas un automobiļu rūpniecībā kā strukturālos materiālus.

Titāns ir viens no visizplatītākajiem getter materiāliem, ko izmanto augsta vakuuma sūkņos.

Balto titāna dioksīdu (TiO2) izmanto krāsās (piemēram, titāna baltajā), kā arī papīra un plastmasas ražošanā. Pārtikas piedeva E171.

Organotāna savienojumus (piemēram, tetrabutoksititānu) izmanto kā katalizatoru un cietinātāju ķīmiskajā un krāsu rūpniecībā.

Neorganiskos titāna savienojumus izmanto ķīmiskajā, elektroniskajā, stikla šķiedras rūpniecībā kā piedevas vai pārklājumus.

Titāna karbīds, titāna diborīds, titāna karbonitrīds ir svarīgas īpaši cietu materiālu sastāvdaļas metāla apstrādei.

Titāna nitrīdu izmanto instrumentu, baznīcu kupolu pārklāšanai un bižutērijas ražošanā, jo. ir krāsa, kas līdzīga .

Bārija titanāts BaTiO3, svina titanāts PbTiO3 un vairāki citi titanāti ir feroelektriskie elementi.

Ir daudz titāna sakausējumu ar dažādiem metāliem. Leģējošie elementi tiek iedalīti trīs grupās atkarībā no to ietekmes uz polimorfās transformācijas temperatūru: beta stabilizatori, alfa stabilizatori un neitrālie cietinātāji. Pirmie pazemina transformācijas temperatūru, otrie to palielina, un pēdējie to neietekmē, bet noved pie matricas šķīduma sacietēšanas. Alfa stabilizatoru piemēri: , skābeklis, ogleklis, slāpeklis. Beta stabilizatori: molibdēns, vanādijs, dzelzs, hroms, Ni. Neitrālie cietinātāji: cirkonijs, silīcijs. Beta stabilizatorus savukārt iedala beta-izomorfos un beta-eitektoīdus veidojošos. Visizplatītākais titāna sakausējums ir Ti-6Al-4V sakausējums (Krievijas klasifikācijā VT6).

2005. gadā stingrs Titāna korporācija ir publicējusi šādu aprēķinu par titāna patēriņu pasaulē:

13% - papīrs;

7% - mašīnbūve.

15-25 USD par kilogramu atkarībā no tīrības pakāpes.

Neapstrādāta titāna (titāna sūkļa) tīrību un pakāpi parasti nosaka tā cietība, kas ir atkarīga no piemaisījumu satura. Visizplatītākie zīmoli ir TG100 un TG110.

Patēriņa preču tirgus segments šobrīd ir visstraujāk augošais titāna tirgus segments. Ja pirms 10 gadiem šis segments bija tikai 1-2 no titāna tirgus, šodien tas ir pieaudzis līdz 8-10 no tirgus. Kopumā titāna patēriņš patēriņa preču nozarē pieauga apmēram divas reizes ātrāk nekā visā titāna tirgū. Titāna izmantošana sportā ir visilgāk izmantota, un tai pieder lielākā daļa no titāna izmantošanas patēriņa precēs. Iemesls titāna popularitātei sporta ekipējumā ir vienkāršs - tas ļauj iegūt svara un izturības attiecību, kas pārsniedz jebkuru citu metālu. Titāna izmantošana velosipēdos sākās apmēram pirms 25-30 gadiem un bija pirmā titāna izmantošana sporta ekipējumā. Galvenokārt tiek izmantotas Ti3Al-2.5V ASTM 9. klases sakausējuma caurules. Citas detaļas, kas izgatavotas no titāna sakausējumiem, ietver bremzes, ķēdes ratus un sēdekļu atsperes. Titānu golfa nūju ražošanā pirmo reizi sāka izmantot Japānas nūju ražotāji 80. gadu beigās un 90. gadu sākumā. Pirms 1994.–1995. gadam šis titāna pielietojums ASV un Eiropā praktiski nebija zināms. Tas mainījās, kad Callaway tirgū ieviesa savu Ruger titāna nūju, ko sauc par Great Big Bertha. Pateicoties Callaway acīmredzamajām priekšrocībām un pārdomātajam mārketingam, titāna nūjas kļuva par tūlītēju hitu. Īsā laika periodā titāna nūjas ir kļuvušas par ekskluzīvu un dārgu nelielas spekulantu grupas inventāru, lai tos plaši izmantotu lielākā daļa golfa spēlētāju, taču tie joprojām ir dārgāki par tērauda nūjām. Vēlos minēt galvenās, manuprāt, golfa tirgus attīstības tendences, kas īsu 4-5 gadu laikā no augsto tehnoloģiju līmeņa pārnācis uz masveida ražošanu, sekojot citām nozarēm ar augstām darbaspēka izmaksām, piemēram, gadā, kad sāka ražot apģērbu, rotaļlietas un sadzīves elektroniku, sāka ražot golfa nūjas valstīm ar lētāko darbaspēku vispirms uz Taivānu, pēc tam uz Ķīnu, un tagad rūpnīcas tiek celtas valstīs ar vēl lētāku darbaspēku, piemēram, Vjetnamā un Taizemē, titāns noteikti tiek izmantots autovadītājiem, kur tā augstākās īpašības dod nepārprotamu priekšrocību un attaisno augstāku cena. Tomēr titāns vēl nav atradis ļoti plašu pielietojumu nākamajos klubos, jo ievērojamajam izmaksu pieaugumam neatbilst atbilstošs spēles uzlabojums.Šobrīd draiveri galvenokārt tiek ražoti ar viltotu trieciena seju, kaltu vai atlietu augšdaļu un atliets dibens.Nesen Professional Golf ROA ļāva paaugstināt augšpusē tā sauktā atdeves koeficienta robežu, saistībā ar ko visi nūju ražotāji centīsies paaugstināt triecienvirsmas atsperīgās īpašības. Lai to izdarītu, ir jāsamazina trieciena virsmas biezums un jāizmanto stiprāki sakausējumi, piemēram, SP700, 15-3-3-3 un VT-23. Tagad pievērsīsimies titāna un tā sakausējumu izmantošanai citā sporta ekipējumā. Sacīkšu velosipēdu caurules un citas detaļas ir izgatavotas no ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V sakausējuma. Apbrīnojami ievērojams daudzums titāna loksnes tiek izmantots niršanas nažu ražošanā. Lielākā daļa ražotāju izmanto sakausējumu Ti6Al-4V, taču šis sakausējums nenodrošina asmeņu malu izturību kā citi stiprāki sakausējumi. Daži ražotāji pāriet uz BT23 sakausējuma izmantošanu.

Daudzus interesē nedaudz noslēpumains un līdz galam neizprotams titāns - metāls, kura īpašības ir nedaudz neskaidras. Metāls ir gan stiprākais, gan trauslākais.

Stiprākais un trauslākais metāls

To atklāja divi zinātnieki ar 6 gadu starpību – anglis V. Gregors un vācietis M. Klaprots. Titāna vārds ir saistīts, no vienas puses, ar mītiskajiem titāniem, pārdabiskiem un bezbailīgiem, no otras puses, ar feju karalieni Titāniju.
Šis ir viens no visizplatītākajiem materiāliem dabā, taču tīra metāla iegūšanas process ir īpaši sarežģīts.

22 ķīmiskais elements D. Mendeļejeva tabula Titāns (Ti) pieder 4. perioda 4. grupai.

Titāna krāsa ir sudrabaini balta ar izteiktu spīdumu. Tās spilgtās vietas mirdz ar visām varavīksnes krāsām.

Tas ir viens no ugunsizturīgajiem metāliem. Tas kūst pie +1660°C (±20°). Titāns ir paramagnētisks: tas nav magnetizēts magnētiskajā laukā un netiek izspiests no tā.
Metālam raksturīgs zems blīvums un augsta izturība. Bet šī materiāla īpatnība slēpjas apstāklī, ka pat minimāli citu ķīmisko elementu piemaisījumi radikāli maina tā īpašības. Nenozīmīgas citu metālu daļas klātbūtnē titāns zaudē savu karstumizturību, un minimālais nemetālisko vielu daudzums tā sastāvā padara sakausējumu trauslu.
Šī funkcija nosaka 2 veidu materiālu klātbūtni: tīru un tehnisku.

Tīrs titāns tiek izmantots tur, kur nepieciešama ļoti viegla viela, kas spēj izturēt lielas slodzes un īpaši augstus temperatūras diapazonus.
Tehniskais materiāls tiek izmantots, ja tiek novērtēti tādi parametri kā vieglums, izturība un izturība pret koroziju.

Vielai piemīt anizotropijas īpašība. Tas nozīmē, ka metāls var mainīt savas fizikālās īpašības, pamatojoties uz pielikto spēku. Šī īpašība jāņem vērā, plānojot materiāla izmantošanu.

Titāns zaudē spēku, ja tajā ir mazākās citu metālu piemaisījumu klātbūtne.

Veiktie pētījumi par titāna īpašībām normālos apstākļos apstiprina tā inerci. Viela nereaģē uz apkārtējās atmosfēras elementiem.
Parametru izmaiņas sākas, kad temperatūra paaugstinās līdz +400°C un augstāk. Titāns reaģē ar skābekli, var aizdegties slāpeklī, absorbē gāzes.
Šīs īpašības apgrūtina tīras vielas un tās sakausējumu iegūšanu. Titāna ražošana balstās uz dārgu vakuuma iekārtu izmantošanu.

Titāns un konkurence ar citiem metāliem

Šis metāls tiek pastāvīgi salīdzināts ar alumīnija un dzelzs sakausējumiem. Daudzas titāna ķīmiskās īpašības ir ievērojami labākas nekā konkurentiem:

Mehāniskās izturības ziņā titāns 2 reizes pārspēj dzelzi un 6 reizes alumīniju. Tā stiprums palielinās, pazeminoties temperatūrai, kas konkurentiem netiek novērots.
Titāna pretkorozijas īpašības ir ievērojami augstākas nekā citiem metāliem.
Apkārtējās vides temperatūrā metāls ir absolūti inerts. Bet, kad temperatūra paaugstinās virs +200°C, viela sāk absorbēt ūdeņradi, mainot tā īpašības.
Augstākā temperatūrā titāns reaģē ar citiem ķīmiskajiem elementiem. Tam ir augsta īpatnējā izturība, kas 2 reizes pārsniedz labāko dzelzs sakausējumu īpašības.
Titāna pretkorozijas īpašības ievērojami pārsniedz alumīnija un nerūsējošā tērauda īpašības.
Viela ir slikts elektrības vadītājs. Titāna pretestība ir 5 reizes lielāka nekā dzelzs, 20 reizes lielāka nekā alumīnija un 10 reizes lielāka nekā magnija pretestība.
Titānam raksturīga zema siltumvadītspēja, tas ir saistīts ar zemo siltuma izplešanās koeficientu. Tas ir 3 reizes mazāks nekā dzelzs un 12 reizes mazāks nekā alumīnija.

Kā tiek iegūts titāns?

Materiāls ieņem 10. vietu pēc izplatības dabā. Ir aptuveni 70 minerāli, kas satur titānu titānskābes vai tās dioksīda veidā. Visizplatītākie no tiem un satur lielu metālu atvasinājumu procentu:

ilmenīts;
rutila;
anatāze;
perovskīts;
brookīts.

Galvenās titāna rūdas atradnes atrodas ASV, Lielbritānijā, Japānā, lieli noguldījumi tie ir atvērti Krievijā, Ukrainā, Kanādā, Francijā, Spānijā, Beļģijā.

Titāna ieguve ir dārgs un darbietilpīgs process

Metāla iegūšana no tiem ir ļoti dārga. Zinātnieki ir izstrādājuši 4 veidus, kā ražot titānu, un katrs no tiem darbojas un efektīvi izmanto rūpniecībā:

Magnija metode. Ekstrahētās izejvielas, kas satur titāna piemaisījumus, tiek apstrādātas un iegūts titāna dioksīds. Šī viela tiek hlorēta raktuvēs vai sāls hloratoros pie palielināta temperatūras režīms. Process ir ļoti lēns un tiek veikts oglekļa katalizatora klātbūtnē. Šajā gadījumā cietais dioksīds tiek pārveidots par gāzveida vielu - titāna tetrahlorīdu. Iegūtais materiāls tiek reducēts ar magniju vai nātriju. Sakausējums, kas veidojas reakcijas laikā, tiek pakļauts karsēšanai vakuuma blokā līdz īpaši augstām temperatūrām. Reakcijas rezultātā notiek magnija un tā savienojumu iztvaikošana ar hloru. Procesa beigās tiek iegūts sūklim līdzīgs materiāls. Tas tiek izkausēts un tiek iegūts augstas kvalitātes titāns.
Hidrīda-kalcija metode. Rūda ir pakļauta ķīmiskā reakcija un iegūstiet titāna hidrīdu. Nākamais posms ir vielas sadalīšana komponentos. Sildot vakuuma iekārtās, izdalās titāns un ūdeņradis. Procesa beigās tiek iegūts kalcija oksīds, ko mazgā ar vājām skābēm. Pirmās divas metodes attiecas uz rūpniecisko ražošanu. Tie ļauj iegūt tīru titānu pēc iespējas īsākā laikā ar salīdzinoši zemām izmaksām.
elektrolīzes metode. Titāna savienojumi tiek pakļauti lielai strāvai. Atkarībā no izejvielām savienojumus iedala komponentos: hlorā, skābeklī un titānā.
Jodīda metode vai rafinēšana. Titāna dioksīds, kas iegūts no minerāliem, tiek apliets ar joda tvaikiem. Reakcijas rezultātā veidojas titāna jodīds, kas tiek uzkarsēts līdz augstai temperatūrai - + 1300 ... + 1400 ° C un iedarbojas uz to. elektrošoks. Tajā pašā laikā komponenti tiek izolēti no izejmateriāla: joda un titāna. Metālam, kas iegūts ar šo metodi, nav piemaisījumu un piedevu.

Lietošanas jomas

Titāna izmantošana ir atkarīga no tā attīrīšanas pakāpes no piemaisījumiem. Pat neliela daudzuma citu ķīmisko elementu klātbūtne titāna sakausējuma sastāvā radikāli maina tā fizikālās un mehāniskās īpašības.

Titānu ar noteiktu daudzumu piemaisījumu sauc par tehnisko. Tam ir augsta izturība pret koroziju, tas ir viegls un ļoti izturīgs materiāls. Tās pielietojums ir atkarīgs no šiem un citiem rādītājiem.

Ķīmiskajā rūpniecībā no titāna un tā sakausējumiem ražo siltummaiņus, dažāda diametra caurules, veidgabalus, korpusus un detaļas dažādiem mērķiem paredzētiem sūkņiem. Viela ir neaizstājama vietās, kur nepieciešama augsta izturība un izturība pret skābēm.
Par transportu titānu izmanto velosipēdu, automašīnu, dzelzceļa vagonu un vilcienu detaļu un mezglu ražošanai. Materiāla izmantošana samazina ritošā sastāva un automašīnu svaru, padara velosipēdu detaļas vieglākas un stiprākas.
Titāns ir svarīgs jūras spēku departamentā. No tā tiek izgatavotas zemūdeņu korpusu daļas un elementi, laivu un helikopteru dzenskrūves.
Būvniecības nozarē tiek izmantots cinka-titāna sakausējums. To izmanto kā fasāžu un jumtu apdares materiālu. Šim ļoti spēcīgajam sakausējumam ir svarīga īpašība: to var izmantot, lai izgatavotu visfantastiskākās konfigurācijas arhitektūras detaļas. Tas var izpausties jebkurā formā.
Pēdējā desmitgadē titāns ir plaši izmantots naftas rūpniecībā. Tās sakausējumus izmanto iekārtu ražošanā īpaši dziļai urbšanai. Materiāls tiek izmantots iekārtu ražošanai naftas un gāzes ieguvei ārzonas plauktos.

Titānam ir ļoti plašs pielietojumu klāsts.

Tīram titānam ir savs lietojums. Tas ir vajadzīgs tur, kur nepieciešama izturība pret augstām temperatūrām un tajā pašā laikā jāsaglabā metāla izturība.

Tas tiek piemērots iekšā :

gaisa kuģu un kosmosa rūpniecība apvalku daļu, korpusu, stiprinājumu, šasiju ražošanai;
zāles protezēšanai un sirds vārstuļu un citu ierīču ražošanai;
tehnika darbam kriogēnajā reģionā (šeit viņi izmanto titāna īpašību - ar temperatūras pazemināšanos palielinās metāla izturība un tā plastiskums nezaudē).

Procentuālā izteiksmē titāna izmantošana dažādu materiālu ražošanai izskatās šādi:

60% izmanto krāsu ražošanai;
plastmasa patērē 20%;
13% tiek izmantoti papīra ražošanā;
mašīnbūve patērē 7% no iegūtā titāna un tā sakausējumiem.

Izejvielas un titāna iegūšanas process ir dārgi, tā ražošanas izmaksas kompensē un atmaksājas no šīs vielas ražoto izstrādājumu kalpošanas laiks, spēja nemainīt izskatu visā darbības laikā.

TITĀNS UN TĀ SAKAUSĒJUMI

Titāns pieder pie ugunsizturīgo metālu grupas, tā kušanas temperatūra ir 1668°C. Titānam ir divas allotropās modifikācijas α un ß. Modifikācija α ir zemas temperatūras un pastāv, kad tiek uzkarsēta līdz 882,5 ° C, tai ir sešstūra režģis. 882,5°C temperatūrā α-modifikācija pārvēršas par ß-modifikāciju, kurai ir uz ķermeni vērsts kubiskais režģis. Pārejot α-titānam uz ß-titānu, metāla tilpums nedaudz samazinās, un elektrovadītspēja strauji palielinās.

Galvenās titāna priekšrocības ir blīvums (4,5 g/cm3), augsta izturība pret koroziju un augsta mehāniskā izturība. Neskatoties uz to, ka titāns ir ķīmiski ļoti aktīvs un viegli reaģē ar lielu skaitu elementu, tam ir augsta izturība pret koroziju, jo uz tā virsmas veidojas spēcīgas un blīvas oksīda plēves aizsargājoša iedarbība. Lielākajā daļā korozīvu vidi titānam un tā sakausējumiem ir augstāka pretestība nekā skābes izturīgiem tēraudiem un alumīnijam.

Ieviešot leģējošus elementus, ir iespējams iegūt sakausējumus ar augstu mehānisko izturību. Galvenie leģējošie elementi ir Al, Sn, Mn, Cr, Mo, V. Leģējošie elementi ietekmē titāna allotropo modifikāciju stabilitāti. Saskaņā ar sakausējuma elementu ietekmi uz alotropajām pārvērtībām titāna sakausējumus pēc to struktūras klasificē šādi:

1) a-titāna sakausējumi, kuru struktūra sastāv no α-fāzes (piemēram, sakausējums VT5-1);

2) α + ß - sakausējumi, kuru struktūrā ir abas fāzes (VTZ-1, VT6);

3) ß - sakausējumi, kuru struktūra sastāv no mehāniski stabilas ß - fāzes (VT15); divfāzu (α + ß)-sakausējumi un ß-sakausējumi, atšķirībā no α-sakausējumiem, tiek stiprināti ar termisko apstrādi.

Titāna sakausējumiem ir ne tikai lielāka mehāniskā izturība, bet arī lielāka izturība pret koroziju nekā tīram titānam. Titāns un tā sakausējumi ir labi piemēroti karstai un aukstai apstrādei ar spiedienu, ir labi metināti inertā vidē, taču tiem ir zemas pretberzes īpašības un, salīdzinot ar tēraudu, tie ir mazāk apstrādāti ar griešanu.

Titāna sakausējumus plaši izmanto aviācijas un raķešu tehnoloģijās, ķīmiskajā rūpniecībā, krāsainajā metalurģijā un citās nozarēs, kur titāna sakausējumu izmantošanu nosaka to vērtīgās pretkorozijas īpašības. Tādējādi titāna siltummaiņiem, kas darbojas slāpekļskābē, korozijas ātrums ir 60 reizes zemāks nekā līdzīgiem nerūsējošā tērauda siltummaiņiem. Titānu izmanto, lai izgatavotu iekārtas hlora rūpniecībai, dzenskrūves utt.

Titāns (Ti) (Titanium) - ķīmiskais elements ar sērijas numuru 22 periodiskajā D.I. elementu sistēmā. Mendeļejevs, atomsvars 47,88, gaišs sudrabaini balts metāls. Blīvums 4, 51 g/s m³, tpl.=1668+ (-)5°С, tbp.=3260°С.

Blīvuma un īpatnējās siltumietilpības ziņā titāns ieņem starpposmu starp diviem galvenajiem strukturālajiem metāliem: alumīniju un dzelzi. Ir arī vērts atzīmēt, ka tā mehāniskā izturība ir aptuveni divas reizes lielāka nekā tīra dzelzs un gandrīz sešas reizes lielāka nekā alumīnija. Bet titāns var aktīvi absorbēt skābekli, slāpekli un ūdeņradi, kas krasi samazina metāla plastmasas īpašības. Ar oglekli titāns veido ugunsizturīgus karbīdus ar augstu cietību.

Titānam ir zema siltumvadītspēja, kas ir 13 reizes mazāka nekā alumīnija siltumvadītspēja un 4 reizes mazāka nekā dzelzs. Termiskās izplešanās koeficients istabas temperatūrā ir salīdzinoši mazs, tas palielinās, palielinoties temperatūrai.

Titāna elastības moduļi ir mazi un tiem piemīt ievērojama anizotropija. Temperatūrai paaugstinoties līdz 350°C, elastības moduļi samazinās gandrīz lineāri. Titāna elastības moduļu mazā vērtība ir tā ievērojamais trūkums, jo atsevišķos gadījumos, lai iegūtu pietiekami stingras konstrukcijas, ir jāizmanto lielas izstrādājumu sekcijas, salīdzinot ar tām, kas izriet no stiprības nosacījumiem.

Titānam ir diezgan augsta elektriskā pretestība, kas atkarībā no piemaisījumu satura svārstās no 42·10-8 līdz 80·10-6 Ohm·cm. Temperatūrā, kas zemāka par 0,45 K, tas kļūst par supravadītāju.

Titāns ir paramagnētisks metāls. Paramagnētiskajās vielās magnētiskā jutība karsējot parasti samazinās. Titāns ir izņēmums no šī noteikuma - tā jutīgums ievērojami palielinās līdz ar temperatūru.

Komerciālām titāna kategorijām VT-00 un VT1-0 blīvums ir aptuveni 4,32 g/s m³. Titāns un titāna sakausējumi apvieno vieglumu, izturību, augstu izturību pret koroziju, zemu termiskās izplešanās koeficientu, spēju strādāt plašā temperatūras diapazonā (no -290°C līdz 600°C).

Metālam ir vairākas noderīgas īpašības, kas padara to par vienu no galvenajiem materiāliem noteiktās nozarēs. Velmēto titānu izmanto raķešu un lidmašīnu būvē, ķīmiskajā rūpniecībā, kuģu būvē, mašīnbūvē

Piemēram, titāna loksnes un titāna stieņi tiek izmantoti kodolzemūdeņu korpusu izveidē;
titāna caurules tiek izmantotas ķīmiskajā rūpniecībā to augsto pretkorozijas īpašību un ķīmiskās inerces dēļ pret reaģentiem;
Titāna stieple tiek izmantota kā pildviela, lai izveidotu stratēģisku titāna sakausējumu karkasus, veidnes, korpusus.

titāna stieple bieži izmanto medicīnas nozarē, jo īpaši zobārstniecībā. Valcētu titāna izstrādājumu derīgās īpašības ietver augstu mehānisko izturību, izturību pret koroziju (izturīga daudzās ķīmiski aktīvās vidēs), karstumizturību (kušanas temperatūra = 1668 ° C), kā arī zemu blīvumu (4,505 g / cm 3). Galvenās titāna fizikālās un ķīmiskās īpašības var apskatīt šajā tabulā. Bet titānam ir arī savi trūkumi. Viens no galvenajiem trūkumiem ir augstās ražošanas izmaksas. Titāna kausēšanu var veikt tikai vakuumā vai inertās gāzes vidē, jo. šis metāls aktīvi mijiedarbojas (īpaši šķidrā stāvoklī) ar visām gāzēm, kas veido atmosfēru. Turklāt titāna izstrādājumiem ir sliktas pretberzes īpašības, augsta jutība pret ūdeņraža trauslumu un sāls koroziju, slikta apstrādājamība un metināmība.

Tehniskā titāna un tā sakausējumu ražošanas pamats ir titāna sūklis, kas iegūts ar magnija-termisko metodi. Titāna sūklis ir poraina pelēka viela ar tilpuma blīvumu 1,5-2,0 g/cm 3 un ļoti augstu viskozitāti.

Atkarībā no piemaisījumu satura tehnisko titānu iedala vairākās pakāpēs: GR1 (tīrākais titāns), GR2 (vairāk piesārņots).

Titāna sakausējumi

Titāna sakausējumiem ir liela nozīme aviācijas tehnoloģijās, kur mērķis ir iegūt vieglāko dizainu apvienojumā ar nepieciešamo izturību. Titāns ir viegls, salīdzinot ar citiem metāliem, bet tajā pašā laikā tas spēj strādāt augstā temperatūrā (skat. 2. att.). Titāna sakausējumi tiek izmantoti, lai izgatavotu apvalku, stiprinājumu daļas, barošanas komplektu, šasijas daļas un dažādas vienības. Tāpat šie materiāli tiek izmantoti lidmašīnu reaktīvo dzinēju būvē. Tas ļauj samazināt to svaru par 10-25%. Titāna sakausējumus izmanto kompresoru disku un lāpstiņu, gaisa ieplūdes un virzošo lāpstiņu daļu un stiprinājumu ražošanai.

Titānu un tā sakausējumus izmanto arī raķešu zinātnē. Ņemot vērā dzinēju īslaicīgo darbību un straujo blīvo atmosfēras slāņu pāreju raķešu zinātnē, noguruma izturības, statiskās izturības un daļēji šļūdes problēmas lielā mērā tiek novērstas.

Tehniskais titāns nav piemērots izmantošanai aviācijā tā nepietiekami augstās karstumizturības dēļ, taču tā īpaši augstās izturības pret koroziju dēļ atsevišķos gadījumos tas ir neaizstājams ķīmiskajā rūpniecībā un kuģu būvē. Tāpēc to izmanto kompresoru un sūkņu ražošanā tādu agresīvu vielu kā sērskābe un sālsskābe un to sāļu sūknēšanai, cauruļvadi, vārsti, autoklāvi, dažādi konteineri, filtri utt. Tikai titānam ir izturība pret koroziju tādās vidēs kā mitrs hlors, hlora ūdens un skābie šķīdumi, tāpēc no šī metāla tiek izgatavotas iekārtas hlora rūpniecībai. Titānu izmanto, lai ražotu siltummaiņus, kas darbojas korozīvā vidē, piemēram, slāpekļskābē (nav kūpošā). Kuģu būvē titānu izmanto propelleru ražošanai, kuģu, zemūdeņu, torpēdu u.c. apšuvumam. Čaumalas nelīp pie titāna un tā sakausējumiem, kas krasi palielina trauka pretestību, kad tas kustas.

Titāna sakausējumi ir daudzsološi izmantošanai daudzos citos lietojumos, taču to izmantošanu tehnoloģijā ierobežo augstās izmaksas un titāna trūkums.

Pašlaik ir zināms diezgan liels titāna sakausējumu klāsts, kas atšķiras pēc ķīmiskā sastāva, mehāniskajām un tehnoloģiskajām īpašībām. Titāna sakausējumos visbiežāk izmantotie leģējošie elementi ir alumīnijs, vanādijs, molibdēns, mangāns, hroms, silīcijs, alva, cirkonijs un dzelzs.

Titāna sakausējums VT5 papildus titānam satur 5% alumīnija. Tam ir augstākas izturības īpašības salīdzinājumā ar titānu, taču tā izgatavojamība ir zema. Sakausējums ir kalts, velmēts, štancēts un labi metināts.

No titāna (sakausējuma) VT5 tiek iegūti titāna stieņi, titāna stieple un titāna caurules. To izmanto detaļu ražošanā, kas darbojas temperatūrā līdz 400 ° C.

Titāna sakausējums VT5-1 papildus 5% alumīnija satur 2-3% alvas. Alva uzlabo tās tehnoloģiskās īpašības. Titāna sakausējums VT5-1 tiek izmantots visu veidu pusfabrikātu ražošanai, kas iegūti ar spiediena apstrādi: titāna loksnes, plāksnes, kalumi, štancējumi, profili, titāna caurules un titāna stieple. Tas ir paredzēts produktu ražošanai, kas darbojas plašā temperatūras diapazonā: no kriogēnas līdz 450 °C.

Titāna sakausējumi OT4 un OT4-1 papildus titānam satur alumīniju un mangānu. Tiem ir augsta tehnoloģiskā plastiskums (tie labi deformējas karstā un aukstā stāvoklī) un ir labi metināti ar visu veidu metināšanu. Šo šķiru titāns galvenokārt paredzēts titāna lokšņu, sloksņu un sloksņu, kā arī titāna stieņu, kalumu, profilu un titāna cauruļu ražošanai. No titāna sakausējumiem OT4 un OT4-1 detaļas tiek izgatavotas, izmantojot metināšanu, štancēšanu un liekšanu, kas darbojas līdz 350 ° C temperatūrai. Šiem sakausējumiem ir trūkumi: 1) salīdzinoši zema izturība un karstumizturība; 2) lielāka tendence uz ūdeņraža trauslumu. PT3V sakausējumā mangāns tiek aizstāts ar vanādiju.

Titāna sakausējums VT20 tika izstrādāts kā spēcīgāks lokšņu sakausējums salīdzinājumā ar VT5-1. VT20 sakausējuma sacietēšana ir saistīta ar tā sakausējumu papildus alumīnijam ar cirkoniju un nelielu daudzumu molibdēna un vanādija. VT20 sakausējuma tehnoloģiskā plastiskums ir zems augstā alumīnija satura dēļ. Titanium BT20 raksturo augsta karstumizturība. Tas labi metina, metinātā savienojuma stiprums ir vienāds ar parastā metāla izturību. Sakausējums ir paredzēts tādu izstrādājumu ražošanai, kas ilgstoši darbojas temperatūrā līdz 500 °C.

Titāna sakausējums VT3-1 pieder sistēmai Ti - Al - Cr - Mo - Fe - Si. Parasti to pakļauj izotermiskai atkausēšanai. Šāda atkausēšana nodrošina augstāko termisko stabilitāti un maksimālu elastību. Sakausējums VT3-1 ir viens no visvairāk apgūtajiem sakausējumu ražošanā. Tas ir paredzēts nepārtrauktai darbībai 400 - 450 °C temperatūrā; tas ir karstumizturīgs sakausējums ar diezgan augstu ilgtermiņa izturību. No tā tiek piegādāti titāna stieņi, profili, plāksnes, kalumi, štancēšana.

Titāns un tā sakausējumi

Titāns kūst 1660°C temperatūrā, alotropiski, kaitīgi piemaisījumi N, C, O, H. TiO2 plēve pasargā titānu no oksidēšanās, korozijas jebkurā ūdenī, dažām skābēm. To izkausē, ielej, metina argona vidē un pakļauj OMD. Loksnes, caurules, profili un stieples ir izgatavotas no titāna. Tā sakausējumiem ar Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si, Ga, Ge, La, Nb, Ta, Zr, W, Mo, Co, Si ir paaugstināta izturība, karstumizturība, izturība pret koroziju.Titāna sakausējumi ir siltums. ārstēti.

Titāna sakausējumi ir deformēti, lieti, izgatavoti no pulveriem, rūdīti, rūdīti, labi apstrādāti.

Apstrādāti titāna sakausējumi:

− ά – sakausējumi: VT5, VT-5-1, OT-4;

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

Lietie sakausējumi: VT5L, VT6L, VT14L, VT3-1L

Pulverveida titāna sakausējumus iegūst no pulveriem presējot, tie ir stipri un kaļami.

Titāna sakausējumi tiek izmantoti lidaparātu, jūras kuģu, zemūdeņu, raķešu čaulu, dzinēju, turbīnu daļu, kompresoru, dzenskrūvju, sašķidrināto gāzu balonu, ķīmisko vielu konteineru un daudzu citu izstrādājumu apvalku izgatavošanai. Titāna sakausējumus var pakļaut atlaidināšanai, rūdīšanai, novecošanai un aukstai apstrādei. α - sakausējumu atkausēšana tiek veikta 800 - 850 0С, bet α + β - sakausējumu - 750 - 800 0С. Vakuuma atkausēšana ļauj samazināt ūdeņraža saturu, kā rezultātā palielinās triecienizturība, samazinās bojājumi un plaisāšana.

Pie lielas leģējošā elementa koncentrācijas un sacietēšanas parādās martensīta α׀׀ - fāze ar rombveida režģi un ω - fāze ar sešstūra struktūru. Rūdīto sakausējumu novecošanas procesā tie sacietē, sadaloties α׀׀ un β - fāzēm. Kalti titāna sakausējumi ir labi apstrādāti ar spiedienu karstā stāvoklī, metināti, un tiem ir augsta izturība pret koroziju.

Titāna raksturīgās īpašības ir zems blīvums 4,51 kg/dm3, augsta izturība, kas tiek uzturēta līdz 6000C, un izturība pret koroziju. Tie nosaka tā piemērošanas jomu. Titāna sakausējumi apvieno augstu izturību (σВ= 800-1500 MPa) ar labu elastību (δ= 12-25%), salīdzinoši labu karstumizturību līdz 600-7000С, augstu izturību pret koroziju daudzās agresīvās vidēs, izņemot HCL, HF. α-titāna sakausējumi nenoveco un tiek izmantoti kriogēnās iekārtās līdz hēlija temperatūrai (-2720C). Viens no titāna sakausējumu trūkumiem ir to sliktā apstrādājamība ar griezējinstrumentiem.

Titāns. Titāna izgudrojums. Titāns un tā sakausējumi.

Par titāna atklājēju tiek uzskatīts 28 gadus vecais angļu mūks Viljams Gregors. 1790. gadā, veicot mineraloģiskos pētījumus savā pagastā, viņš pievērsa uzmanību melno smilšu izplatībai un neparastajām īpašībām Menakenas ielejā Anglijas dienvidrietumos un sāka to izpētīt. Priesteris smiltīs atrada melna spīdīga minerāla graudus, kurus pievilka parasts magnēts. Van Arkela un de Būra 1925. gadā ar jodīda metodi iegūtais tīrākais titāns izrādījās kaļams un tehnoloģisks metāls ar daudzām vērtīgām īpašībām, kas piesaistīja plašu dizaineru un inženieru uzmanību. 1940. gadā Croll ierosināja magnija-termisko metodi titāna ieguvei no rūdām, kas joprojām ir galvenā. 1947. gadā tika saražoti pirmie 45 kg komerciāli tīra titāna.

Titāns veido arī savienojumus ar ūdeņradi (hidrīdiem), slāpekli (nitrīdiem), oglekli (karbīdiem), fosforu (fosfīdiem), arsēnu (arsīdiem), kā arī savienojumus ar daudziem metāliem - intermetāliskus savienojumus. Titāns veido ne tikai vienkāršus, bet arī daudzus sarežģītus savienojumus, ir zināmi daudzi tā savienojumi ar organiskām vielām. Kā redzams no savienojumu saraksta, kuros var piedalīties titāns, tas ir ķīmiski ļoti aktīvs. Un tajā pašā laikā titāns ir viens no retajiem metāliem ar īpaši augstu izturību pret koroziju: tas ir praktiski mūžīgs gaisā, aukstā un verdošā ūdenī, tas ir ļoti izturīgs jūras ūdenī, daudzu sāļu, neorganisko un organisko šķīdumos. skābes. Korozijas izturības ziņā jūras ūdenī tas pārspēj visus metālus, izņemot cēlos - zeltu, platīnu utt., lielāko daļu nerūsējošā tērauda, niķeļa, vara un citu sakausējumu veidu. Ūdenī daudzās agresīvās vidēs tīrs titāns nav pakļauts korozijai. Iztur titāna un erozijas koroziju, ko izraisa ķīmiskas un mehāniskas iedarbības kombinācija uz metālu. Šajā ziņā tas nav zemāks par labākajām nerūsējošā tērauda kategorijām, sakausējumiem uz vara bāzes un citiem konstrukcijas materiāliem. Titāns arī labi iztur noguruma koroziju, kas bieži izpaužas kā metāla integritātes un stiprības pārkāpumi (plaisāšana, lokāli korozijas centri utt.). Titāna uzvedība daudzās agresīvās vidēs, piemēram, slāpekļa, sālsskābes, sērskābes, "aqua regia" un citās skābēs un sārmos, ir pārsteidzoša un apbrīnas vērta šim metālam.

Titāns ir viegls metāls, tā blīvums 0°C temperatūrā ir tikai 4,517 g/cm8, bet 100°C – 4,506 g/cm3. Titāns pieder pie metālu grupas, kuru īpatnējais svars ir mazāks par 5 g/cm3. Tas ietver visus sārmu metālus (nātriju, kadiju, litiju, rubīdiju, cēziju) ar īpatnējo svaru 0,9–1,5 g/cm3, magniju (1,7 g/cm3), alumīniju (2,7 g/cm3) utt. Titāns ir vairāk nekā 1,5 reizes smagāks par alumīniju, un šajā, protams, tas tam zaudē, taču tas ir 1,5 reizes vieglāks par dzelzi (7,8 g/cm3). Tomēr, ieņemot starpstāvokli starp alumīniju un dzelzi īpatnējā blīvuma ziņā, titāns savās mehāniskajās īpašībās tos daudzkārt pārspēj.). Titānam ir ievērojama cietība: tas ir 12 reizes cietāks par alumīniju, 4 reizes cietāks par dzelzi un varu. Vēl viena svarīga metāla īpašība ir tā tecēšanas robeža. Jo augstāks tas ir, jo labāk no šī metāla izgatavotās detaļas iztur ekspluatācijas slodzes. Titāna tecēšanas robeža ir gandrīz 18 reizes lielāka nekā alumīnija. Titāna sakausējumu īpatnējo stiprību var palielināt par 1,5–2. Tā augstās mehāniskās īpašības labi saglabājas temperatūrā līdz pat vairākiem simtiem grādu. Tīrs titāns ir piemērots visu veidu apstrādei karstā un aukstā stāvoklī: to var kalt kā dzelzi, stiept un pat izveidot stiepli, velmēt loksnēs, lentēs un folijās, kuru biezums ir līdz 0,01 mm.

Mūsdienās titāna sakausējumus plaši izmanto aviācijas tehnoloģijās. Titāna sakausējumi pirmo reizi tika izmantoti rūpnieciskā mērogā lidmašīnu reaktīvo dzinēju būvē. Titāna izmantošana reaktīvo dzinēju konstrukcijā ļauj samazināt to svaru par 10...25%. Jo īpaši kompresoru diski un lāpstiņas, gaisa ieplūdes daļas, virzošās lāpstiņas un stiprinājumi ir izgatavoti no titāna sakausējumiem. Titāna sakausējumi ir neaizstājami virsskaņas lidmašīnām. Lidmašīnu lidojumu ātruma palielināšanās izraisīja ādas temperatūras paaugstināšanos, kā rezultātā alumīnija sakausējumi vairs neatbilst aviācijas tehnoloģiju izvirzītajām prasībām virsskaņas ātrumā. Ādas temperatūra šajā gadījumā sasniedz 246...316 °C. Šādos apstākļos titāna sakausējumi izrādījās vispieņemamākais materiāls. 70. gados ievērojami pieauga titāna sakausējumu izmantošana civilo lidmašīnu korpusiem. Vidēja attāluma lidmašīnā TU-204 no titāna sakausējumiem izgatavoto detaļu kopējā masa ir 2570 kg. Titāna izmantošana helikopteros pakāpeniski paplašinās, galvenokārt galvenā rotoru sistēmas, piedziņas un vadības sistēmas daļām. Nozīmīgu vietu raķešu zinātnē ieņem titāna sakausējumi.
Tā kā jūras ūdenī ir augsta izturība pret koroziju, titānu un tā sakausējumus izmanto kuģu būvē, lai ražotu dzenskrūves, kuģu apšuvumus, zemūdenes, torpēdas utt. Čaumalas nelīp pie titāna un tā sakausējumiem, kas krasi palielina trauka pretestību, kad tas kustas. Pamazām titāna pielietojuma jomas paplašinās. Titānu un tā sakausējumus izmanto ķīmiskajā, naftas ķīmijas, celulozes un papīra un pārtikas rūpniecībā, krāsainajā metalurģijā, enerģētikā, elektronikā, kodoltehnoloģijā, galvanizēšanā, ieroču ražošanā, bruņu plākšņu, ķirurģisko instrumentu ražošanā, ķirurģiskie implanti, atsāļošanas iekārtas, sacīkšu automašīnu daļas, sporta aprīkojums (golfa nūjas, kāpšanas aprīkojums), pulksteņu daļas un pat rotaslietas. Titāna nitrēšana noved pie tā, ka uz tā virsmas veidojas zelta plēve, kas pēc skaistuma nav zemāka par īstu zeltu.

Titāns un tā sakausējumi piemīt augsta izturība pret koroziju atm. apstākļi, saldūdens un jūras ūdens, vairuma hlorīdu šķīdumi, hipohlorīti, hlora dioksīds un daudzi citi. minerālsāļi līdz t gan normālā, gan paaugstinātā temperatūrā. Titānam un tā sakausējumiem ir arī augsta izturība pret koroziju skābajos oksidējos. vidē (slāpekļa un hroma līdz - jums utt.) un sārmu šķīdumā. Neoksidējošās skābēs (sērskābe, sālsskābe) titānam ir apmierinoša iedarbība. izturība pret koroziju normālā temp-pax un koncentrācija līdz-t līdz 8-10%. Paaugstinoties temperatūrai, to-t un sārmu koncentrācijai, titāna korozijas ātrums strauji palielinās. Sērskābei tiek novēroti divi maksimālie korozijas ātrumi, kas atbilst 40 un 75% koncentrācijai. 40% sērskābē korozijas process notiek ar ūdeņraža izdalīšanos, šim skābes veidam raksturīga augstākā elektrovadītspēja un maksimālā ūdeņraža jonu koncentrācija. 75% šķīdumā korozijas procesu pavada sērskābes reducēšanās līdz H3S un brīvam sēram, un augstā koncentrācijā (80-90%) izdalās SO2 un brīvais sērs. Fosforskābē titāns ir salīdzinoši izturīgāks un saglabā augstu izturību pret koroziju līdz 30% šķīdumam; palielinoties koncentrācijai, korozijas ātrums palielinās. Oksidētāju piedevas (K2Cr207; HNOs; Fe + + +; Cu + +) krasi samazina titāna un tā sakausējumu korozijas ātrumu sālsskābē un sērskābē.

Titāns: α- titāns- sešstūrains, β- titāns- kubiskais...