Viena no cietākajiem metāliem - titāna fizikālās īpašības un īpašības. Titāns ir metāls. titāna īpašības. Titāna pielietojums. Titāna markas un ķīmiskais sastāvs
1metal.com Metalurģijas tirgus 1metal.com Īsa informācija par Ukrainas uzņēmumu Titānu un tā sakausējumiem metāla tirdzniecības platformā 1metal.com 4,6 zvaigznes, pamatojoties uz 95
Titāns un tā sakausējumiTitāns Tas ir plaši izplatīts zemes garozā, kur tas satur aptuveni 6%, un izplatības ziņā ieņem ceturto vietu aiz alumīnija, dzelzs un magnija. Tomēr tā ieguves rūpnieciskā metode tika izstrādāta tikai divdesmitā gadsimta 40. gados. Pateicoties progresam lidmašīnu un raķešu ražošanas jomā, titāna un tā sakausējumu ražošana ir intensīvi attīstīta. Tas ir saistīts ar tādu vērtīgu titāna īpašību kombināciju kā zems blīvums, augsta īpatnējā izturība (s in /r × g), izturība pret koroziju, izgatavojamība spiediena apstrādē un metināmība, aukstumizturība, nemagnētiskums un vairākas citas vērtīgas fizikālās un mehāniskās īpašības, kas uzskaitītas tālāk.
Titāna fizikālo un mehānisko īpašību raksturojums (VT1-00)
| Blīvums r, kg/m3 | 4,5 × 10 -3 |
| Kušanas temperatūra T pl , °C | 1668±4 |
| Lineārās izplešanās koeficients a × 10 –6 , grādi –1 | 8,9 |
| Siltumvadītspēja l , W/(m × grādi) | 16,76 |
| Stiepes izturība s in, MPa | 300–450 |
| Nosacītā tecēšanas robeža s 0,2 , MPa | 250–380 |
| Īpatnējais stiprums (s in /r×g)× 10 –3 , km | 7–10 |
| Relatīvais pagarinājums d, % | 25–30 |
| Relatīvā kontrakcija Y , % | 50–60 |
| Normālās elastības modulis E' 10–3, MPa | 110,25 |
| Bīdes modulis G' 10–3, MPa | 41 |
| Puasona koeficients m, | 0,32 |
| Cietība HB | 103 |
| Triecienizturība KCU, J/cm2 | 120 |
Titānam ir divas polimorfas modifikācijas: a-titāns ar sešstūrainu, cieši iesaiņotu režģi ar punktiem a= 0,296 nm, ar= 0,472 nm un b-titāna augstas temperatūras modifikācija ar kubisku ķermeni centrētu režģi ar periodu a\u003d 0,332 nm pie 900 ° C. Polimorfās a "b-transformācijas temperatūra ir 882 ° C.
Titāna mehāniskās īpašības būtiski ir atkarīgas no piemaisījumu satura metālā. Ir intersticiālie piemaisījumi – skābeklis, slāpeklis, ogleklis, ūdeņradis un aizvietojošie piemaisījumi, kas ietver dzelzi un silīciju. Lai gan piemaisījumi palielina izturību, tie vienlaikus krasi samazina elastību, un intersticiālajiem piemaisījumiem, īpaši gāzēm, ir visspēcīgākā negatīvā ietekme. Ieviešot tikai 0,003% H, 0,02% N vai 0,7% O, titāns pilnībā zaudē spēju plastiski deformēties un kļūst trausls.
Īpaši kaitīgs ir ūdeņradis, kas izraisa ūdeņraža trauslums titāna sakausējumi. Ūdeņradis metālā nonāk kausēšanas un turpmākās apstrādes laikā, jo īpaši pusfabrikātu kodināšanas laikā. Ūdeņradis slikti šķīst a-titānā un veido lamelāras hidrīda daļiņas, kas samazina triecienizturību un ir īpaši negatīvas aizkavētā lūzuma testos.
Rūpnieciskā titāna ražošanas metode ir titāna rūdas bagātināšana un hlorēšana, kam seko tā atgūšana no titāna tetrahlorīda ar metālisku magniju (termiskā magnija metode). Iegūts ar šo metodi titāna sūklis(GOST 17746–79) atkarībā no ķīmiskā sastāva un mehāniskajām īpašībām tiek ražotas šādas kategorijas:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-T V (sk. 17.1. tabulu). Cipari nozīmē Brinela cietību HB, T B - cieto.
Lai iegūtu monolītu titānu, sūkli samaļ pulverī, presē un saķepina vai pārkausē loka krāsnīs vakuuma vai inertās gāzes atmosfērā.
Titāna mehāniskās īpašības raksturo laba izturības un elastības kombinācija. Piemēram, komerciāli tīram titāna VT1-0 klasei ir: s in = 375–540 MPa, s 0,2 = 295–410 MPa, d ³ 20%, un šīs īpašības nav zemākas par vairākiem oglekļa un Cr-Ni korozijizturīgiem tēraudiem.
Titāna augstā elastība salīdzinājumā ar citiem metāliem ar hcp režģi (Zn, Mg, Cd) ir izskaidrojama ar lielu skaitu slīdēšanas un sadraudzības sistēmu mazās attiecības dēļ. ar/a= 1,587. Acīmredzot tas ir iemesls titāna un tā sakausējumu augstajai aukstumizturībai (sīkāku informāciju skatiet 13. nodaļā).
Kad temperatūra paaugstinās līdz 250 ° C, titāna stiprums samazinās gandrīz 2 reizes. Tomēr karstumizturīgajiem Ti sakausējumiem īpatnējās stiprības ziņā temperatūras diapazonā no 300 līdz 600 °C nav vienlīdzības; temperatūrā virs 600°C titāna sakausējumi ir zemāki par sakausējumiem uz dzelzs un niķeļa bāzes.
Titānam ir zems normālās elastības modulis ( E= 110,25 GPa) - gandrīz 2 reizes mazāks nekā dzelzs un niķelis, kas apgrūtina stingru konstrukciju ražošanu.
Titāns ir viens no reaktīvajiem metāliem, taču tam ir augsta izturība pret koroziju, jo uz tā virsmas veidojas stabila pasīvā TiO 2 plēve, kas ir cieši saistīta ar parasto metālu un izslēdz tā tiešu saskari ar korozīvu vidi. Šīs plēves biezums parasti sasniedz 5–6 nm.
Pateicoties oksīda plēvei, titāns un tā sakausējumi nerūsē atmosfērā, saldūdenī un jūras ūdenī, ir izturīgi pret kavitācijas koroziju un sprieguma koroziju, kā arī pret organiskajām skābēm.
Titāna un tā sakausējumu izstrādājumu ražošanai ir vairākas tehnoloģiskas iezīmes. Izkausētā titāna augstās ķīmiskās aktivitātes dēļ tā kausēšana, liešana un loka metināšana tiek veikta vakuumā vai inertu gāzu atmosfērā.
Tehnoloģiskās un ekspluatācijas karsēšanas laikā, īpaši virs 550–600 °C, nepieciešams veikt pasākumus, lai aizsargātu titānu no oksidēšanās un gāzes piesātinājuma (alfa slānis) (sk. 3. nodaļu).
Titānu labi apstrādā ar spiedienu karstā stāvoklī un apmierinoši aukstumā. Tas ir viegli velmēts, kalts, apzīmogots. Titāns un tā sakausējumi ir labi metināti ar pretestības un argona loka metināšanu, nodrošinot metinātā savienojuma augstu izturību un elastību. Titāna trūkums ir slikta apstrādājamība, ko izraisa pielipšana, zema siltumvadītspēja un sliktas pretberzes īpašības.
Titāna sakausējumu leģēšanas galvenais mērķis ir palielināt izturību, karstumizturību un izturību pret koroziju. Plašs pielietojums atrasti titāna sakausējumi ar alumīniju, hromu, molibdēnu, vanādiju, mangānu, alvu un citiem elementiem. Leģējošie elementi ļoti ietekmē titāna polimorfās pārvērtības.
17.1. tabula
Sūkļveida titāna pakāpes, ķīmiskais sastāvs (%) un cietība (GOST 17746–79)
| Ti, ne mazāk | Cietība HB, 10/1500/30, ne vairāk |
||||||||
17.2. tabula
Kalta titāna sakausējumu kategorijas un ķīmiskais sastāvs (%) (GOST 19807–91)
| Apzīmējums | ||||||||||||||
Piezīme. Pārējo piemaisījumu summa visos sakausējumos ir 0,30%, sakausējumā VT1-00 - 0,10%.
Titāna sakausējumu struktūras veidošanos un līdz ar to arī īpašības izšķiroši ietekmē fāzu pārvērtības, kas saistītas ar titāna polimorfismu. Uz att. 17.1. parādītas "titāna sakausējuma elementa" stāvokļa diagrammas, kas atspoguļo sakausējuma elementu sadalījumu pēc to ietekmes uz titāna polimorfajām pārvērtībām četrās grupās.
a - Stabilizatori(Al, O, N), kas paaugstina polimorfās transformācijas a «b temperatūru un paplašina cieto šķīdumu klāstu uz a-titāna bāzes (17.1. att., a). Ņemot vērā slāpekļa un skābekļa trauslumu, tikai alumīnijam ir praktiska nozīme titāna leģēšanā. Tas ir galvenais leģējošais elements visos rūpnieciskajos titāna sakausējumos, samazina to blīvumu un tendenci uz ūdeņraža trauslumu, kā arī palielina izturību un elastības moduli. Sakausējumi ar stabilu a-struktūru nav sacietējuši termiski apstrādājot.
Izomorfie b-stabilizatori (Mo, V, Ni, Ta u.c.), kas pazemina a "b-transformācijas temperatūru un paplašina cieto šķīdumu klāstu uz b-titāna bāzes (17.1. att., b).
Eitektoīdus veidojošie b-stabilizatori (Cr, Mn, Cu uc) var veidot TiX tipa intermetāliskus savienojumus ar titānu. Šajā gadījumā, atdzesējot, b-fāze iziet eitektoīdu transformāciju b ® a + TiX (17.1. att., iekšā). Vairums
b-stabilizatori palielina titāna sakausējumu stiprību, karstumizturību un termisko stabilitāti, nedaudz samazinot to elastību (17.2. att.). Turklāt sakausējumus ar (a + b) un pseido-b struktūru var sacietēt ar termisko apstrādi (cietēšana + novecošana).
Neitrālie elementi (Zr, Sn) būtiski neietekmē polimorfās transformācijas temperatūru un nemaina titāna sakausējumu fāzes sastāvu (17.1. att., G).
Polimorfā b ® a -transformācija var notikt divos veidos. Ar lēnu dzesēšanu un augstu atomu mobilitāti tas notiek saskaņā ar parasto difūzijas mehānismu, veidojot cieta a-šķīduma daudzskaldņu struktūru. Ar ātru dzesēšanu - ar bezdifūzijas martensīta mehānismu ar smailas martensīta struktūras veidošanos, ko apzīmē ar ¢ vai ar augstāku sakausējuma pakāpi - a ¢ ¢ . A , a ¢ , a ¢ ¢ kristāliskā struktūra ir praktiski viena tipa (HCP), tomēr a ¢ un a ¢ ¢ režģis ir vairāk izkropļots, un deformācijas pakāpe palielinās, palielinoties sakausējuma elementu koncentrācijai. Ir pierādījumi [1], ka a ¢ ¢ fāzes režģis ir vairāk ortorombisks nekā sešstūrains. Kad novecošanas fāzes a ¢ un a ¢ ¢ ir atdalītas b fāzes vai intermetāliskā fāze.
Rīsi. 17.1. "Ti sakausējuma elementu" sistēmu stāvokļu diagrammas (shēmas):
a) "Ti-a-stabilizatori";
b) “Ti-izomorfie b-stabilizatori”;
iekšā) "Ti-eitektoīdus veidojošie b-stabilizatori";
G) "Ti-neitrālie elementi"
Rīsi. 17.2. Leģējošo elementu ietekme uz titāna mehāniskajām īpašībām
Atšķirībā no oglekļa tēraudu martensīta, kas ir intersticiāls šķīdums un kam raksturīga augsta izturība un trauslums, titāna martensīts ir aizstājējs risinājums, un titāna sakausējumu rūdīšana martensītam a ¢ noved pie neliela sacietēšanas un nepavada strauju plastiskuma samazināšanos. .
Fāzu pārvērtības, kas rodas titāna sakausējumu ar dažādu b-stabilizatoru saturu lēnas un straujas dzesēšanas laikā, kā arī iegūtās struktūras ir parādītas vispārinātā diagrammā (17.3. att.). Tas ir derīgs izomorfiem b-stabilizatoriem (17.1. att., b) un, nedaudz tuvinot, eitektoīdus veidojošiem b-stabilizatoriem (17.1. att., iekšā), jo eitektoīdu sadalīšanās šajos sakausējumos ir ļoti lēna un to var neņemt vērā.
Rīsi. 17.3. Sakausējumu "Ti-b-stabilizators" fāzes sastāva izmaiņu shēma atkarībā no ātruma
dzesēšana un sacietēšana no b reģiona
Ar lēnu dzesēšanu titāna sakausējumos atkarībā no b-stabilizatoru koncentrācijas var iegūt struktūras: attiecīgi a, a + b vai b.
Rūdīšanas laikā martensīta transformācijas rezultātā temperatūras diapazonā M n -M k (att. 17.3. att. ar punktētu līniju) jāizšķir četras sakausējumu grupas.
Pirmajā grupā ietilpst sakausējumi ar b-stabilizējošu elementu koncentrāciju līdz C 1, t.i., sakausējumi, kuriem, dzesējot no b reģiona, ir tikai ¢ (a ¢ ¢) struktūra. Pēc šo sakausējumu dzēšanas no temperatūras (a + b) apgabala diapazonā no polimorfās transformācijas līdz T 1, to struktūra ir fāžu a ¢ (a ¢ ¢), a un b maisījums un pēc dzesēšanas no temperatūras, kas zemāka T cr tiem ir (a + b) struktūra.
Otro grupu veido sakausējumi ar sakausējošo elementu koncentrāciju no C 1 līdz C cr, kuros, dzesējot no b apgabala, martensīta transformācija nenotiek līdz galam un tiem ir struktūra a ¢ (a ¢ ¢ ) un b. Šīs grupas sakausējumi pēc rūdīšanas no temperatūras no polimorfas transformācijas līdz T kr ir struktūra a ¢ (a ¢ ¢), a un b, un temperatūra ir zemāka T cr - struktūra (a + b).
Trešās grupas sakausējumu sacietēšana ar b-stabilizējošu elementu koncentrāciju no C cr līdz C 2 no temperatūrām b reģionā vai no temperatūrām no polimorfās transformācijas līdz T 2 ir pievienota b fāzes daļas pārvēršana w fāzē, un šāda veida sakausējumiem pēc dzēšanas ir struktūra (b + w). Trešās grupas sakausējumi pēc sacietēšanas no zemākas temperatūras T 2 ir struktūra (b + a).
Ceturtās grupas sakausējumiem pēc rūdīšanas no temperatūras virs polimorfās transformācijas ir tikai b-struktūra, bet no temperatūras zem polimorfās transformācijas - (b + a).
Jāņem vērā, ka b ® b + w pārvērtības var notikt gan sakausējumu rūdīšanas laikā ar koncentrāciju (С cr –С 2), gan arī to sakausējumu novecošanas laikā, kuru koncentrācija ir lielāka par С 2 un kuriem ir metastabila b-fāze. . Jebkurā gadījumā w fāzes klātbūtne nav vēlama, jo tā stipri trausls titāna sakausējumi. Ieteicamie termiskās apstrādes režīmi izslēdz tā klātbūtni rūpnieciskajos sakausējumos vai izskatu ekspluatācijas apstākļos.
Titāna sakausējumiem tiek izmantoti šādi termiskās apstrādes veidi: atkausēšana, cietināšana un novecošana, kā arī ķīmiski termiskā apstrāde (nitrēšana, silikonēšana, oksidēšana utt.).
Atlaidināšana tiek veikta visiem titāna sakausējumiem, lai pabeigtu struktūras veidošanos, izlīdzinot struktūras un koncentrācijas neviendabīgumu, kā arī mehāniskās īpašības. Atkausēšanas temperatūrai jābūt augstākai par pārkristalizācijas temperatūru, bet zemākai par pārejas temperatūru b stāvoklī ( T pp), lai novērstu graudu augšanu. Pieteikties parastā atkausēšana, dubultā vai izotermiskā(lai stabilizētu struktūru un īpašības), nepilnīgs(lai mazinātu iekšējo stresu).
Rūdīšana un novecošana (cietēšanas termiskā apstrāde) ir piemērojama titāna sakausējumiem ar (a + b) struktūru. Cietināšanas termiskās apstrādes princips ir iegūt metastabilas fāzes b , a ¢ , a ¢ ¢ rūdīšanas laikā un to turpmāko sabrukšanu ar izkliedētu daļiņu a un b fāzēm mākslīgās novecošanas laikā. Šajā gadījumā stiprinošais efekts ir atkarīgs no metastabilo fāžu veida, daudzuma un sastāva, kā arī no a un b fāzes daļiņu smalkuma, kas veidojas pēc novecošanas.
Ķīmiski-termisko apstrādi veic, lai palielinātu cietību un nodilumizturību, izturību pret "sagrābšanu", strādājot berzes apstākļos, noguruma izturību, kā arī uzlabotu izturību pret koroziju, karstumizturību un karstumizturību. Nitrēšana, silikonēšana un daži difūzijas metalizācijas veidi ir praktiski pielietojami.
Titāna sakausējumiem, salīdzinot ar tehnisko titānu, ir lielāka izturība, arī augstā temperatūrā, vienlaikus saglabājot pietiekami augstu elastību un izturību pret koroziju.
Sadzīves zīmoli un ķīmiskais sastāvs
sakausējumi (GOST 19807–91) ir parādīti tabulā. 17.2.
Saskaņā ar ražošanas tehnoloģiju titāna sakausējumus iedala kaltas un liešanas; atbilstoši mehānisko īpašību līmenim - sakausējumiem zema izturība un augsta elastība, vidū spēks, augsta izturība; saskaņā ar lietošanas nosacījumiem - ieslēgts aukstumizturīgs, karstumizturīgs, izturīgs pret koroziju . Saskaņā ar spēju sacietēt ar termisko apstrādi, tos iedala rūdīts un nav rūdīts, pēc struktūras atkvēlinātā stāvoklī - a -, pseido-a -, (a + b) -, pseido-b - un b sakausējumos (17.3. tabula).
Atsevišķas titāna sakausējumu grupas atšķiras ar nosacītās stabilizācijas koeficienta vērtību Kb, kas parāda b-stabilizējošā leģējošā elementa satura attiecību pret tā saturu kritiskā sastāva sakausējumā ar kr. Ja sakausējums satur vairākus b-stabilizējošus elementus, to Kb summē.
< 700 MPa, proti: a - VT1-00, VT1-0 (tehniskais titāns) sakausējumi un sakausējumi OT4-0, OT4-1 (Ti-Al-Mn sistēma), AT3 (Ti-Al sistēma ar nelielām Cr piedevām , Fe, Si, B), kas saistīti ar pseido-a sakausējumiem ar nelielu b-fāzes daudzumu. Šo sakausējumu stiprības raksturlielumi ir augstāki nekā tīram titānam, jo VT1-00 un VT1-0 sakausējumos ir piemaisījumi un neliels sakausējums ar a- un b-stabilizatoriem OT4-0, OT4-1, AT3 sakausējumos.
Šie sakausējumi izceļas ar augstu elastību gan karstā, gan aukstā stāvoklī, kas ļauj iegūt visa veida pusfabrikātus: foliju, sloksnes, loksnes, plāksnes, kalumus, štancējumus, profilus, caurules utt. pusfabrikāti no šiem sakausējumiem ir norādīti tab. 17.4–17.6.
17.3.tabula
Titāna sakausējumu klasifikācija pēc struktūras
| Sakausējumu grupa | Sakausējuma pakāpe |
| VT1-00, VT1-0, VT5, VT5-1, PT-7M |
|
| Pseido-a-sakausējumi | OT4-0, OT4-1, OT4, VT20, AT3 |
| (a + b)-martensīta klase ( Kb= 0,3–0,9) | VT6S, VT6, VT14, VT8, VT9, PT-3V, VT3-1, AT3 |
| (a + b) Pārejas klases sakausējumi ( Kb= 1,0–1,4) | |
| pseido-b-sakausējumi ( Kb= 1,5–2,4) | VT35*, VT32*, VT15 |
| b-sakausējumi ( Kb= 2,5–3,0) |
* Eksperimentālie sakausējumi.
17.4. tabula
Titāna sakausējuma lokšņu mehāniskās īpašības (GOST 22178–76)
| Titāna klases | Parauga nosacījums | loksnes biezums, | Stiepes izturība, s in, MPa | Relatīvais pagarinājums, d, % |
| atkausēta | ||||
| St 6,0–10,5 | ||||
| St 6,0–10,5 | ||||
| atkausēta | ||||
| St 6,0–10,5 | ||||
| St 6,0–10,5 | ||||
| St 6,0–10,5 | ||||
| 885 (885–1080) | ||||
| atkausēta | 885 (885–1050) | |||
| St 5,0–10,5 | 835 (835–1050) | |||
| rūdīts un | ||||
| St 7,0–10,5 | ||||
| atkausēta | 930 (930–1180) | |||
| St 4,0–10,5 | ||||
| atkausēta | 980 (980–1180) | |||
| St 4,0–10,5 | ||||
Piezīme. Skaitļi iekavās attiecas uz loksnēm ar augstu virsmas apdari.
17.5. tabula
No titāna sakausējumiem izgatavotu stieņu mehāniskās īpašības (GOST 26492–85)
| Sakausējuma pakāpe | Valsts | Stieņa diametrs | Ierobežot | Radinieks | Radinieks | perkusijas |
| Atkvēlināts | ||||||
| Atkvēlināts | ||||||
| Atkvēlināts | 885 (905–1050) | |||||
| 835 (835–1050) | ||||||
| Rūdīts un izturēts | ||||||
| Atkvēlināts | ||||||
| Rūdīts un izturēts | ||||||
| Atkvēlināts | 930 (980–1230) | |||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (980–1230) | ||||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (1030–1230) | ||||||
| 930 (980–1230) | ||||||
| Atkvēlināts | 885 (885–1080) | |||||
| 865 (865–1080) | ||||||
| Rūdīts un izturēts | ||||||
| Atkvēlināts | 885 (930–1130) | |||||
| 885 (885–1130) | ||||||
| 1030 (1080–1230) | ||||||
| 1030 (1080–1280) | ||||||
Piezīme. Dati iekavās ir paredzēti augstākas kvalitātes joslām.
17.6. tabula
Titāna sakausējuma plākšņu mehāniskās īpašības (GOST 23755–79)
| Sakausējuma pakāpe | Valsts | plāksnes biezums, | Stiepes izturība s in, MPa | Relatīvais pagarinājums d, % | Relatīvā kontrakcija y , % | Triecienizturība KCU, J/cm2 |
| Bez | ||||||
| atkausēta | ||||||
| atkausēta | ||||||
| Rūdīts un izturēts | ||||||
| atkausēta | ||||||
| Bez termiskās apstrādes | ||||||
Kalšana, tilpuma un lokšņu štancēšana, velmēšana, presēšana tiek veikta karstā stāvoklī saskaņā ar tabulā norādītajiem režīmiem. 17.7. Gala velmēšana, lokšņu štancēšana, rasēšana un citas darbības tiek veiktas aukstā stāvoklī.
Šie sakausējumi un izstrādājumi no tiem tiek pakļauti tikai atkausēšanai saskaņā ar tabulā norādītajiem režīmiem. 17.8. Nepilnīgu atlaidināšanu izmanto, lai mazinātu iekšējos spriegumus, kas rodas apstrādes, lokšņu štancēšanas, metināšanas utt.
Šie sakausējumi ir labi sametināti ar kausēšanas metināšanu (argona loka, iegremdētā loka, elektroizdedžu) un kontaktmetināšanu (punktu, rullīti). Kausēšanas metināšanā metinātā savienojuma izturība un elastība ir gandrīz tāda pati kā parastajam metālam.
Šo sakausējumu izturība pret koroziju ir augsta daudzās vidēs (jūras ūdens, hlorīdi, sārmi, organiskās skābes utt.), izņemot HF, H 2 SO 4, HCl un dažus citus šķīdumus.
Pieteikums. Šos sakausējumus plaši izmanto kā konstrukcijas materiālus gandrīz visu veidu pusfabrikātu, detaļu un konstrukciju, arī metināto, ražošanā. Tos visefektīvāk izmanto kosmosa inženierijā, ķīmiskajā inženierijā, kriogēnajā inženierijā (17.9. tabula), kā arī agregātos un konstrukcijās, kas darbojas temperatūrā līdz 300–350 ° C.
Šajā grupā ietilpst sakausējumi ar stiepes izturību s in = 750–1000 MPa, proti: a - VT5 un VT5-1 marku sakausējumi; OT4, VT20 marku pseido-a sakausējumi; (a + b) - PT3V marku sakausējumi, kā arī VT6, VT6S, VT14 atkausētā stāvoklī.
Sakausējumi VT5, VT5-1, OT4, VT20, PT3V, VT6S, kas satur nelielu daudzumu b-fāzes (2–7% no b-fāzes līdzsvara stāvoklī), netiek pakļauti cietināšanas termiskai apstrādei un tiek izmantoti. atkausētā stāvoklī. Sakausējums VT6S dažreiz tiek izmantots termiski sacietējušā stāvoklī. Sakausējumi VT6 un VT14 tiek izmantoti gan atkausētā, gan termiski sacietētā stāvoklī. Pēdējā gadījumā to izturība kļūst lielāka par 1000 MPa, un tie tiks apskatīti sadaļā par augstas stiprības sakausējumiem.
Apskatāmie sakausējumi kopā ar paaugstinātu izturību saglabā apmierinošu elastību aukstā stāvoklī un labu elastību karstā stāvoklī, kas ļauj no tiem iegūt visa veida pusfabrikātus: loksnes, lentes, profilus, kalumus, štancējumus. , caurules utt. Izņēmums ir VT5 sakausējums, no kura loksnes un plāksnes netiek ražotas zemās tehnoloģiskās plastiskuma dēļ. Karstā spiediena apstrādes režīmi ir norādīti tabulā. 17.7.
Šī sakausējumu kategorija veido lielāko daļu no mašīnbūvē izmantoto pusfabrikātu ražošanas apjoma. Galveno pusfabrikātu mehāniskie raksturlielumi ir doti tabulā. 17.4–17.6.
Visi vidējas stiprības sakausējumi ir labi sametināti ar visiem titāna metināšanas veidiem. Metinātā savienojuma, kas izgatavots ar kausēšanas metināšanu, izturība un elastība ir tuvu parastā metāla izturībai un elastībai (sakausējumiem VT20 un VT6S šī attiecība ir 0,9–0,95). Pēc metināšanas ieteicams veikt nepilnīgu atlaidināšanu, lai mazinātu iekšējos metināšanas spriegumus (17.8. tabula).
Šo sakausējumu apstrādājamība ir laba. Izturība pret koroziju lielākajā daļā agresīvu vidi ir līdzīga tehniskajam titānam VT1-0.
17.7. tabula
Titāna sakausējumu karstās formēšanas veidi
| Sakausējuma pakāpe | Lietņu kalšanas režīms | Kalšanas režīms iepriekš | Nospiediet štancēšanas režīmu | Āmura štancēšanas režīms | režīms |
|||||||||
| temperatūra | biezums, | temperatūra | temperatūra | temperatūra | temperatūra |
|||||||||
| nobeigums | nobeigums | nobeigums | nobeigums |
|||||||||||
| Visi | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 850 | 40–50** | |||||||||||||
| Visi | ||||||||||||||
* Deformācijas pakāpe vienai karsēšanai, %.
** Deformācija (a + b) reģionā.
*** Deformācija b reģionā.
17.8.tabula
Atlaidināšanas režīmi titāna sakausējumiem
| Sakausējuma pakāpe | Atkausēšanas temperatūra, ° С | Piezīme |
|
| Loksnes | Stieņi, kalumi, štancēšana, |
||
| 445–585 ° С* |
|||
| 445–585 ° С* |
|||
| 480–520 ° С* |
|||
| 520–560 ° С* |
|||
| 545–585 ° С* |
|||
| Izotermiskā atkausēšana: karsēšana līdz 870-920°C, turēšana, atdzesēšana līdz 600-650°C, dzesēšana ar krāsni vai pārnešana uz citu krāsni, turēšana 2 h, gaisa dzesēšana |
|||
| Dubultā atkausēšana, noturēšana 550–600°C 2–5 stundas. Atlaidināšana 850°C, spēka daļām ir atļauta gaisa dzesēšana |
|||
| 550–650 ° С* |
|||
| Atlaidināšana pieļaujama atbilstoši režīmiem: 1) karsēšana līdz 850°C, turēšana, dzesēšana ar krāsni līdz 750°C, turēšana 3,5 stundas, dzesēšana gaisā; 2) uzkarsē līdz 800°C, tur 30 min, atdzesē ar cepeškrāsni līdz 500°C, pēc tam gaisā |
|||
| Divkāršā atkausēšana, ekspozīcija 570–600 ° С - 1 st. Atļauta izotermiskā atkausēšana: karsēšana līdz 920–950°C, turēšana, atdzesēšana ar krāsni vai pārnešana uz citu krāsni ar temperatūru 570–600°C, turēšana 1 h, atdzesēšana gaisā |
|||
| Dubultā atkausēšana, ekspozīcija 530–580 °C - 2–12 h. Atļauta izotermiskā atkausēšana: karsēšana līdz 950–980 °С, turēšana, atdzesēšana ar krāsni vai pārnešana uz citu krāsni ar temperatūru 530–580 °С, noturēšana 2–12 h, dzesēšana gaisā |
|||
| 550–650 ° С* |
|||
| Atļauta izotermiskā atkausēšana: karsēšana līdz 790–810°C, turēšana, atdzesēšana ar krāsni vai pārnešana uz citu krāsni līdz 640–660°C, noturēšana 30 min, atdzesēšana gaisā |
|||
| Lokšņu daļu atkausēšana ir atļauta 650–750 ° С, (600–650 ° С)* |
|||
| (atkarībā no pusfabrikāta sadaļas un veida) | Dzesēšana ar krāsni ar ātrumu 2–4 °C/min līdz 450 °C, pēc tam gaisā. Dubultā atkausēšana, ekspozīcija 500–650 ° С 1–4 stundas. Dubultā atkausēšana ir atļauta daļām, kas darbojas temperatūrā līdz 300 ° С un ilgumu līdz 2000 h. |
||
| (545–585°C*) |
|||
* Nepilnīgas atkausēšanas temperatūras.
17.9. tabula
Titāna sakausējumu mehāniskās īpašības zemā temperatūrā
| s in (MPa) temperatūrā, ° С | d (%) temperatūrā, ° С | KCU, J / cm 2 temperatūrā, ° С |
||||||
Pieteikums. Šie sakausējumi ir ieteicami izstrādājumu ražošanai ar lokšņu štancēšanu (OT4, VT20), metinātām detaļām un mezgliem, zīmogmetinātām detaļām (VT5, VT5-1, VT6S, VT20) utt. VT6S sakausējums tiek plaši izmantots tvertņu un spiedtvertņu ražošana. Detaļas un mezgli, kas izgatavoti no sakausējumiem OT4, VT5, var ilgstoši darboties temperatūrā līdz 400 ° C un īsu laiku - līdz 750 ° C; no sakausējumiem VT5-1, VT20 - ilgstoši temperatūrā līdz 450-500 ° C un īsu laiku - līdz 800-850 ° C. Sakausējumus VT5-1, OT4, VT6S ieteicams izmantot arī saldēšanai un kriogēnās tehnoloģijas (17.9. tabula).
Šajā grupā ietilpst sakausējumi ar stiepes izturību s > 1000 MPa, proti, VT6, VT14, VT3-1, VT22 (a + b)-sakausējumi. Augsta izturība šajos sakausējumos tiek panākta ar cietēšanas termisko apstrādi (cietēšana + novecošana). Izņēmums ir augsta sakausējuma sakausējums VT22, kuram pat atkausētā stāvoklī s B > 1000 MPa.
Šie sakausējumi kopā ar augstu stiprību saglabā labu (VT6) un apmierinošu (VT14, VT3-1, VT22) tehnoloģisko elastību karstā stāvoklī, kas ļauj no tiem iegūt dažādus pusfabrikātus: loksnes (izņemot VT3- 1), stieņi, plāksnes, kalumi, štancējumi, profili utt. Karstās formēšanas režīmi ir norādīti tabulā. 17.7. Sakausējumus VT6 un VT14 atkausētā stāvoklī (s in » 850 MPa) var pakļaut aukstai lokšņu kalšanai ar nelielām deformācijām. Galveno pusfabrikātu mehāniskie raksturlielumi rūdītā un sacietētā stāvoklī ir doti tabulā. 17.4–17.6.
Neskatoties uz heterofāzisko struktūru, aplūkotajiem sakausējumiem ir apmierinoša metināmība ar visiem titāna metināšanas veidiem. Lai nodrošinātu nepieciešamo stiprības un elastības līmeni, ir obligāta pilnīga atkausēšana, savukārt VT14 sakausējumam (ar metināto daļu biezumu 10–18 mm) ieteicams veikt sacietēšanu, kam seko novecošana. Šajā gadījumā metinātā savienojuma stiprība (kausēšanas metināšana) ir vismaz 0,9 no parastā metāla stiprības. Metinātā savienojuma elastība ir tuvu parastā metāla elastībai.
Apstrādājamība ir apmierinoša. Sakausējumu apstrādi var veikt gan atkausētā, gan termiski sacietētā stāvoklī.
Šiem sakausējumiem ir augsta izturība pret koroziju atkausētā un termiski sacietētā stāvoklī mitrā atmosfērā, jūras ūdenī un daudzās citās agresīvās vidēs, piemēram, komerciālā titānā.
Termiskā apstrāde . Sakausējumi VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 ir pakļauti sacietēšanai un novecošanai (skatīt iepriekš). Ieteicamie sildīšanas režīmi sacietēšanai un novecošanai monolītiem izstrādājumiem, pusfabrikātiem un metinātajām daļām ir doti tabulā. 17.10.
Dzesēšanu dzēšanas laikā veic ūdenī, bet pēc novecošanas - gaisā. Pilna rūdāmība ir nodrošināta daļām, kas izgatavotas no VT6, VT6S sakausējumiem ar maksimālo šķērsgriezumu līdz 40–45 mm, un no VT3-1, VT14, VT22 sakausējumiem - līdz 60 mm.
Lai nodrošinātu apmierinošu stiprības un elastības kombināciju sakausējumiem ar (a + b) struktūru pēc rūdīšanas un novecošanas, pirms sacietēšanas termiskās apstrādes to struktūrai jābūt līdzsvarotai jeb "groza pinumam". Attēlos ir parādīti sākotnējo mikrostruktūru piemēri, kas nodrošina apmierinošas īpašības. 17,4 (1.–7. tips).
17.10. tabula
Titāna sakausējumu stiprināšanas termiskās apstrādes veidi
| Sakausējuma pakāpe | Polimorfās transformācijas temperatūra T pp, ° С | Temperatūra | Temperatūra | Ilgums |
Sakausējuma sākotnējā adatveida struktūra ar b fāzes (8.–9. tips) primāro graudu robežu klātbūtni pārkaršanas laikā pēc rūdīšanas un novecošanas vai atkausēšanas noved pie laulības - izturības un elastības samazināšanās. Tāpēc ir jāizvairās no sakausējumu (a + b) karsēšanas līdz temperatūrai, kas pārsniedz polimorfās transformācijas temperatūru, jo pārkarsušo struktūru nav iespējams labot ar termisko apstrādi.
Sildīšanu termiskās apstrādes laikā ieteicams veikt elektriskās krāsnīs ar automātisku temperatūras kontroli un reģistrāciju. Lai novērstu katlakmens veidošanos, gatavo detaļu un lokšņu karsēšana jāveic krāsnīs ar aizsargājošu atmosfēru vai izmantojot aizsargpārklājumus.
Sildot plānās lokšņu daļas rūdīšanai, uz krāsns uzliek 30–40 mm biezu tērauda plāksni, lai izlīdzinātu temperatūru un samazinātu to deformāciju. Sarežģītas konfigurācijas detaļu un plānsienu detaļu rūdīšanai tiek izmantotas bloķēšanas ierīces, lai novērstu deformāciju un pavadas.
Pēc augstas temperatūras apstrādes (rūdīšanas vai atkausēšanas) krāsnī bez aizsargatmosfēras pusfabrikātiem, kas netiek pakļauti turpmākai apstrādei, jāveic hidrosmilšu strūkla vai korunda slīpēšana, kā arī lokšņu izstrādājumi ir jāmarinē.
Pieteikums. Augstas stiprības titāna sakausējumus izmanto kritisko detaļu un mezglu ražošanai: metinātas konstrukcijas (VT6, VT14), turbīnas (VT3-1), štancēti metinātie mezgli (VT14), ļoti noslogotas detaļas un štancētas konstrukcijas (VT22). Šie sakausējumi var darboties ilgu laiku temperatūrā līdz 400 ° C un īsu laiku līdz 750 ° C.
Augstas stiprības titāna sakausējumu kā konstrukcijas materiāla iezīme ir to paaugstinātā jutība pret sprieguma koncentratoriem. Tāpēc, projektējot detaļas no šiem sakausējumiem, ir jāņem vērā vairākas prasības (uzlabota virsmas kvalitāte, palielināts pārejas rādiuss no vienas sekcijas uz otru utt.), kas ir līdzīgas tām, kas pastāv augstas stiprības tēraudu gadījumā. lietots.
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 tabulā titāna atomu skaits ir 22. Atomu masa dabiskais titāns, kas aprēķināts pēc tā izotopu pētījumu rezultātiem, ir 47,926. Tātad neitrāla titāna atoma kodols satur 22 protonus. Neitronu, tas ir, neitrālu neuzlādētu 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, 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 iezīme ir tā unikālā fiziskā un Ķīmiskās īpašības: zems blīvums, augsta izturība, cietība uc Galvenais ir tas, ka šīs īpašības augstā temperatūrā 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 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 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 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 - alumīnijam. Tādējādi titāns ir slikts elektrības un siltuma vadītājs.
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. Lidojuma ātruma pieaugums lidmašīna izraisīja ādas temperatūras paaugstināšanos, kā rezultātā alumīnija sakausējumi vairs neatbilst prasībām, ko uzliek aviācijas tehnoloģija virsskaņas ātrumos. 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 kopējais svars detaļas, kas izgatavotas no titāna sakausējumiem, 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.
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 ir 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 (bruņu vestes, bruņuvestes un uguns barjeras aviācijā, zemūdeņu korpusi), rūpnieciskajos procesos (atsāļošanas rūpnīcās, celulozes un papīra procesos), automobiļu rūpniecībā. , lauksaimniecības rūpniecība, pārtikas rūpniecība, pīrsingu rotaslietas, medicīnas rūpniecība (protēzes, osteoprotēzes), zobārstniecības un endodontijas instrumenti, zobu implanti, sporta preces, juvelierizstrādājumi (Aleksandrs Homovs), mobilie telefoni, vieglie sakausējumi u.c. Tas ir vissvarīgākais konstrukcijas materiāls lidmašīnu, raķešu, 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 konstrukcijas 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 (in Krievu klasifikācija- BT6).
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. Jāņem vērā, ka paaugstinātā temperatūrā (250–500 °C) titāna sakausējumi stiprības ziņā 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 inertās gāzes vidē;
grūtības, kas saistītas ar titāna atkritumu ražošanu;
sliktas pretberzes īpašības, jo titāns pielīp pie daudziem materiāliem, titāns, kas savienots pārī 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 konstrukcijas 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 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 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 skābie hlora 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.
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.
Ar esošajām augstajām titāna cenām to galvenokārt izmanto militārā aprīkojuma ražošanai, kur galvenā loma ir nevis izmaksām, bet gan tehniskajām īpašībām. Tomēr ir zināmi gadījumi, kad titāna unikālās īpašības tiek izmantotas 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 stiprības priekšrocība temperatūrā līdz 430 ° C, un šādas paaugstinātas temperatūras rodas lielā ātrumā aerodinamiskās sildīšanas 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 gaisa kuģu būvē 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, nomainot 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. Diezgan ierobežotā titāna izmantošana artilērijā ar lielu pētījumu apjomu ir izskaidrojama ar tā augstajām izmaksām.
Tika pētītas dažādas artilērijas tehnikas daļas, ņemot vērā iespēju aizstāt parastos materiālus ar titānu, ja tiek samazinātas titāna cenas. 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. Titānu var plaši izmantot vadāmu šāviņu un raķešu ražošanā.
Pirmie titāna un tā sakausējumu pētījumi parādīja iespēju no tiem izgatavot bruņu plāksnes. Tērauda bruņu (12,7 mm bieza) nomaiņa pret titāna bruņām ar tādu pašu šāviņa pretestību (16 mm bieza), 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. Mūsdienīgs līmenis Gaisa transporta attīstība skaidri parāda vieglo bruņumašīnu un citu titāna transportlīdzekļu priekšrocības. Artilērijas departaments plāno aprīkot kājniekus ar ķiverēm, bajonetēm, granātmetējiem un rokas liesmas metēji izgatavots 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 vītņos 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 40 patēriņam, rūpnieciskiem pielietojumiem un pielietojumiem. 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 visi titāna lietņi tiek ražoti ASV, Japānā un NVS valstīs - Eiropa veido tikai 3,6 no pasaules apjoma. Reģionālie tirgi titāna galapatēriņam ir ļoti atšķirīgi – visspilgtākais oriģinalitātes piemērs ir Japāna, kur civilās aviācijas un kosmosa nozare veido tikai 2-3, izmantojot 30 no kopējā titāna patēriņa ķīmisko rūpnīcu iekārtās un strukturālajos elementos. 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, industriālās iekārtas, savukārt Eiropā lielākais īpatsvars ir naftas un gāzes rūpniecībā un būvniecības nozarē. Lielā atkarība no aviācijas un kosmosa nozares ir jau sen sagādājusi bažas titāna nozarei, kas cenšas paplašināt titāna pielietojumu, jo īpaši pašreizējā lejupslīdē. civilā aviācija globālā mērogā. 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. Nowmet piegādās 17 no 28 strukturālajiem titāna mezgliem katram pistoles stiprinājumam, kas tiek piegādāti daļēji jūras kājnieki ASV ir jāsākas 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 programma var tikt paplašināta piegādēm uz NATO dalībvalstīm. Džons Bārbers no Timet norāda, ka militārās tehnikas piemēri, kuras konstrukcijā izmanto ievērojamu daudzumu titāna, ir tanks Abramé un kaujas mašīna Bradley. 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 potenciāla niša titānam, apvienojot optimālos svara un stiprības 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 saistībā 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 jomās. 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 šāda 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, plaukti un telšu 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 atpazīstamākajiem 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, izskata, izturības un izturības pret koroziju dēļ. 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
Tā kā titāns ir metāls ar labu cietību, bet zemu stiprību, titāna sakausējumi rūpnieciskajā ražošanā ir kļuvuši plaši izplatīti. Sakausējumi ar dažādu graudu struktūru atšķiras pēc struktūras un kristāla režģa veida.
Tos var iegūt, ražošanas procesā nodrošinot noteiktus temperatūras režīmus. Un, pievienojot titānam dažādus leģējošus elementus, ir iespējams iegūt sakausējumus, kam raksturīgas augstākas ekspluatācijas un tehnoloģiskās īpašības.
Pievienojot leģējošie elementi un dažādi veidi kristāla režģi konstrukcijās, kuru pamatā ir titāns, var iegūt augstākas nekā tīrā metālā karstumizturība un izturība. Tajā pašā laikā iegūtajām konstrukcijām ir raksturīgs zems blīvums, labas pretkorozijas īpašības un laba plastika, kas paplašina to izmantošanas jomu.
Titāna īpašības
Titāns ir viegls metāls, kas apvieno augsta cietība un zema izturība kas apgrūtina tā apstrādi. Kušanas temperatūrašī materiāla ir vidēji 1665°C. Materiālam raksturīgs zems blīvums (4,5 g/cm3) un laba pretkorozijas spēja.
Uz materiāla virsmas veidojas oksīda plēve ar vairāku nm biezumu, kas izslēdz korozijas procesus titāns jūrā un saldūdenī, atmosfērā, oksidēšanās ar organiskajām skābēm, kavitācijas procesi un spriedzes pakļautās struktūrās.
Normālā stāvoklī materiālam nav karstumizturības, to raksturo šļūdes parādība istabas temperatūrā. Tomēr aukstuma un dziļa aukstuma apstākļos materiālam ir raksturīgas augstas stiprības īpašības.
Titānam ir zems elastības modulis, kas ierobežo tā izmantošanu tādu konstrukciju ražošanā, kurām nepieciešama stingrība. Tīrā stāvoklī metālam ir augstas pretradiācijas īpašības un tam nav magnētisku īpašību.
Titānam raksturīgas labas plastmasas īpašības un viegli apstrādāt istabas temperatūrā un augstāk. Metinātajām šuvēm, kas izgatavotas no titāna un tā savienojumiem, piemīt elastība un izturība. Tomēr materiālam raksturīgi intensīvi gāzu absorbcijas procesi nestabilā ķīmiskā stāvoklī, kas rodas, paaugstinoties temperatūrai. Titāns atkarībā no gāzes, ar kuru tas savienojas, veido hidrīda, oksīda, karbīda savienojumus, kas slikti ietekmē tā tehnoloģiskās īpašības.
Materiāls ir raksturots slikta apstrādājamība, tās ieviešanas rezultātā viņš īsā laika periodā pielīp pie instrumenta, kas samazina tā resursus. Titāna mehāniskā apstrāde ar griešanu ir iespējama, izmantojot intensīvu dzesēšanas veidu ar lielu padevi, zemu apstrādes ātrumu un ievērojamu griešanas dziļumu. Turklāt kā apstrādes rīks tiek izvēlēts ātrgaitas tērauds.
Materiālam raksturīga augsta ķīmiskā aktivitāte, kuras dēļ kausējot, liejot titānu vai loka metināšanu, tiek izmantotas inertas gāzes.
Lietošanas laikā titāna izstrādājumi ir jāaizsargā no iespējamās gāzu absorbcijas darba temperatūras paaugstināšanās gadījumā.
titāna sakausējumi
Konstrukcijas uz titāna bāzes, kam pievienoti tādi leģējošie elementi kā:
Konstrukcijas, kas iegūtas, deformējot titāna grupas sakausējumus, tiek izmantotas tādu izstrādājumu ražošanai, kuri tiek pakļauti mehāniskai apstrādei.
Pēc spēka viņi izšķir:
- Augstas stiprības materiāli, kuru izturība ir lielāka par 1000 MPa;
- Konstrukcijas ar vidēju stiprību vērtību diapazonā no 500 līdz 1000 MPa;
- Zemas stiprības materiāli, kuru stiprība ir mazāka par 500 MPa.
Pēc lietošanas jomas:
- Konstrukcijas ar izturību pret koroziju.
- Būvmateriāli;
- Karstumizturīgas konstrukcijas;
- Konstrukcijas ar augstu aukstumizturību.
Sakausējumu veidi
Pēc sastāvā iekļautajiem leģējošajiem elementiem izšķir sešus galvenos sakausējumu veidus.
Sakausējumu tips α-sakausējumi
Sakausējumu tips α-sakausējumi uz titāna bāzes ar pielietojumu leģēšanai alumīnijs, alva, cirkonijs, skābeklis raksturots laba metināmība, pazeminot titāna sasalšanas punktu un palielinot tā plūstamību. Šīs īpašības ļauj izmantot tā sauktos α-sakausējumus sagatavju iegūšanai formētā veidā vai detaļu liešanā. Iegūtajiem šāda veida izstrādājumiem ir augsta termiskā stabilitāte, kas ļauj tos izmantot kritisko detaļu ražošanai, strādā temperatūras apstākļos līdz 400°С.
Ar minimālu leģējošu elementu daudzumu savienojumus sauc par tehnisko titānu. To raksturo laba termiskā stabilitāte, un tai ir lieliska metināšanas veiktspēja, veicot metināšanas darbus ar dažādām iekārtām. Materiālam ir apmierinošas griešanas iespējas. Šāda veida sakausējumiem nav ieteicams palielināt stiprību, izmantojot termisko apstrādi, šāda veida materiālus izmanto pēc atkausēšanas. Cirkoniju saturošiem sakausējumiem ir visaugstākās izmaksas, un tie ir ļoti viegli izgatavojami.
Sakausējuma piegādes veidi ir stieples, cauruļu, velmētu stieņu, kalumu veidā. Visbiežāk izmantotais šīs klases materiāls ir sakausējums VT5-1, ko raksturo vidēja izturība, karstumizturība līdz 450 ° C un lieliska veiktspēja, strādājot zemā un īpaši zemā temperatūrā. Šo sakausējumu netiek praktizēts stiprināt ar termiskām metodēm, tomēr tā izmantošanai zemā temperatūrā nepieciešams minimāls leģējošu materiālu daudzums.
Sakausējumu tips β-sakausējumi
β-tipa sakausējumi iegūts, leģējot titānu vanādijs, molibdēns, niķelis,šajā gadījumā raksturo iegūtās struktūras palielināts spēks diapazonā no istabas temperatūras līdz negatīvai temperatūrai salīdzinājumā ar α-sakausējumiem. Tos lietojot, palielinās materiāla karstumizturība, temperatūras stabilitāte, tomēr plastmasas samazināšanašīs grupas sakausējumu īpašības.
Lai iegūtu stabilus raksturlielumus, šīs grupas sakausējumiem jābūt leģēts ar ievērojamu daudzumu norādītos elementus. Pamatojoties uz šo materiālu augstajām izmaksām, šīs grupas konstrukcijas nav saņēmušas plašu rūpniecisko izplatību. Šīs grupas sakausējumiem ir raksturīga izturība pret šļūdei, iespēja palielināt izturību Dažādi ceļi, mehāniskās apstrādes iespēja. Tomēr, darba temperatūrai paaugstinoties līdz 300°Сšīs grupas sakausējumi iegūst trauslums.
Pseido-α-sakausējumi
Pseido-α-sakausējumi, kuru lielākā daļa sakausējošo elementu ir α-fāzes komponenti ar piedevām līdz 5% β grupas elementu. β-fāzes klātbūtne sakausējumos papildina α-grupas leģējošo elementu priekšrocības ar plastiskuma īpašību. Šīs grupas sakausējumu karstumizturības palielināšana tiek panākta, izmantojot alumīniju, silīciju un cirkoniju. Pēdējam no uzskaitītajiem elementiem ir pozitīva ietekme uz β-fāzes izšķīšanu sakausējuma struktūrā. Tomēr šiem sakausējumiem ir arī ierobežojumiem, starp kuriem labi ūdeņraža absorbcija ar titānu un hidrīdu veidošanās ar ūdeņraža trausluma iespējamību. Ūdeņradis savienojumā tiek fiksēts hidrīda fāzes veidā, samazina sakausējuma viskozitāti un plastiskos raksturlielumus un veicina savienojuma trausluma palielināšanos.Viens no visizplatītākajiem materiāliem šajā grupā ir titāna sakausējuma zīmols VT18, kam ir karstumizturība līdz 600°C, ir labas plastiskuma īpašības. Šīs īpašības ļauj izmantot materiālu kompresoru detaļu ražošana gaisa kuģu rūpniecībā. Materiāla termiskā apstrāde ietver atkausēšanu aptuveni 1000°C temperatūrā ar turpmāku gaisa dzesēšanu vai dubulto atkausēšanu, kas ļauj par 15% palielināt tā plīsuma izturību.
Pseido-β-sakausējumi
Pseido-β-sakausējumi raksturo klātbūtne pēc dzēšanas vai normalizēšanās ar tikai β-fāzes klātbūtni. Atkausēšanas stāvoklī šo sakausējumu struktūra ko pārstāv α-fāze ar ievērojamu daudzumu β grupas leģējošo komponentu. Šie sakausējumi ir raksturoti augstākais īpatnējās stiprības indekss starp titāna savienojumiem, ir zema termiskā stabilitāte. Turklāt šīs grupas sakausējumi ir maz jutīgi pret trauslumu, pakļaujoties ūdeņraža iedarbībai, taču tie ir ļoti jutīgi pret oglekļa un skābekļa saturu, kas ietekmē sakausējuma plastisko un kaļamo īpašību samazināšanos. Šiem sakausējumiem ir raksturīga slikta metināmība, plašs mehānisko īpašību klāsts sastāva neviendabīguma dēļ un zema stabilitāte darbā augstā temperatūrā.Sakausējuma izdalīšanās formu attēlo loksnes, kalumi, stieņi un sloksnes metāls, ar ieteicamo lietošanu ilgu laiku temperatūrā, kas nepārsniedz 350°C. Šāda sakausējuma piemērs ir BT 35, kam raksturīga spiediena apstrāde, pakļaujot temperatūrai. Pēc sacietēšanas materiālam raksturīgas augstas plastmasas īpašības un spēja deformēties aukstā stāvoklī. Veicot šī sakausējuma novecošanu, augstas viskozitātes klātbūtnē notiek daudzkārtēja sacietēšana.
α+β tipa sakausējumi
α+β tipa sakausējumi ar iespējamiem intermetālisku savienojumu ieslēgumiem, salīdzinot ar 1. un 3. grupas sakausējumiem, ir raksturīgs mazāks trauslums, pakļaujot to hidrītiem. Turklāt, salīdzinot ar α-grupas sakausējumiem, tiem ir raksturīga lielāka izgatavojamība un viegla apstrāde, izmantojot dažādas metodes. Metinot, izmantojot šāda veida materiālu, pēc operācijas pabeigšanas ir nepieciešama atkausēšana, lai palielinātu metinājuma elastību. Šīs grupas materiāli ir izgatavoti sloksņu, lokšņu metāla, kalumu, štancēšanas un stieņu veidā. Visizplatītākais materiāls šajā grupā ir sakausējums VT6, raksturo laba deformējamība termiskās apstrādes laikā, samazināta ūdeņraža trausluma iespējamība. No šī materiāla ražot lidmašīnu gultņu daļas un karstumizturīgus izstrādājumus dzinēju kompresoriem aviācijā. Tiek praktizēta atlaidinātu vai termiski rūdītu VT6 sakausējumu izmantošana. Piemēram, plānsienu profila vai lokšņu sagatavju daļas atkvēlina 800 ° C temperatūrā, pēc tam atdzesē gaisā vai atstāj krāsnī.
Titāna sakausējumi uz intermetālisku savienojumu bāzes.
Intermetāliski ir divu metālu sakausējums, no kuriem viens ir titāns.
Preču saņemšana
Konstrukcijas, kas iegūtas ar liešanu, tiek veiktas īpašās metāla veidnēs ierobežotas aktīvo gāzu piekļuves apstākļos, ņemot vērā titāna sakausējumu augsto aktivitāti, palielinoties temperatūrai. Liešanas ceļā iegūtajiem sakausējumiem ir sliktākas īpašības nekā sakausējumiem, kas iegūti ar deformāciju. Termiskā apstrāde stiprības palielināšanai šāda veida sakausējumiem netiek veikta, jo tai ir būtiska ietekme uz šo konstrukciju plastiskumu.
Titāns (Titāns), Ti, ir D. I. Mendeļejeva periodiskās elementu sistēmas IV grupas ķīmiskais elements. kārtas numurs 22, atomu svars 47.90. Sastāv no 5 stabiliem izotopiem; iegūti arī mākslīgi radioaktīvie izotopi.
1791. gadā angļu ķīmiķis V. Gregors smiltīs atrada jaunu "zemi" no Menakanas pilsētas (Anglija, Kornvola), ko viņš sauca par Menakan's. 1795. gadā vācu ķīmiķis M. Klairots minerālu rutilā atklāj vēl nezināmu zemi, kuras metālu viņš nosauca par Titānu [grieķu valodā. mitoloģijā titāni ir Urāna (Debesis) un Gajas (Zeme) bērni]. 1797. gadā Klaprots pierādīja šīs zemes identitāti ar V. Gregora atklāto. Tīru titānu 1910. gadā izdalīja amerikāņu ķīmiķis Hanters, reducējot titāna tetrahlorīdu ar nātriju dzelzs bumbā.
Atrodoties dabā
Titāns ir viens no visizplatītākajiem elementiem dabā, tā saturs zemes garozā ir 0,6% (svara). Tas notiek galvenokārt TiO 2 dioksīda vai tā savienojumu - titanātu veidā. Ir zināmi vairāk nekā 60 minerāli, kuru vidū ir arī titāns.Tas atrodams arī augsnē, dzīvnieku un augu organismos. Ilmenīts FeTiO 3 un rutils TiO 2 kalpo kā galvenā izejviela titāna ražošanai. Kā titāna avots kausēšanas rezultātā radušies izdedži kļūst nozīmīgi titāna magnetīti un ilmenīts.
Fizikālās un ķīmiskās īpašības
Titāns pastāv divos stāvokļos: amorfs - tumši pelēks pulveris, blīvums 3,392-3,395 g / cm 3, un kristālisks, blīvums 4,5 g / cm 3. Kristāliskajam titānam ir zināmas divas modifikācijas ar pārejas punktu 885° (zem 885°, stabila sešstūra forma, augstāk - kubiskā); t° pl aptuveni 1680°; t° kip virs 3000°. Titāns aktīvi absorbē gāzes (ūdeņradi, skābekli, slāpekli), kas padara to ļoti trauslu. Tehniskais metāls ir piemērots apstrādei ar karstu spiedienu. Pilnīgi tīru metālu var auksti velmēt. Gaisā parastā temperatūrā titāns nemainās, karsējot, veidojas Ti 2 O 3 oksīda un TiN nitrīda maisījums. Skābekļa plūsmā sarkanā karstumā tas tiek oksidēts līdz TiO 2 dioksīdam. Augstā temperatūrā reaģē ar oglekli, silīciju, fosforu, sēru uc Izturīgs pret jūras ūdeni, slāpekļskābi, mitru hloru, organiskajām skābēm un stipriem sārmiem. Tas šķīst sērskābē, sālsskābē un fluorūdeņražskābē, vislabāk HF un HNO 3 maisījumā. Oksidētāja pievienošana skābēm aizsargā metālu no korozijas istabas temperatūrā. Tetravalenti titāna halogenīdi, izņemot TiCl 4 - kristāliski ķermeņi, kūstoši un gaistoši ūdens šķīdumā, hidrolizēti, pakļauti sarežģītu savienojumu veidošanās, no kuriem kālija fluorotitanāts K 2 TiF 6 ir svarīgs tehnoloģijā un analītiskajā praksē. Liela nozīme ir TiC karbīdam un TiN nitrīdam - metālam līdzīgām vielām, kuras izceļas ar augstu cietību (titāna karbīds ir cietāks par karborundu), ugunsizturību (TiC, t ° pl = 3140 °; TiN, t ° pl = 3200 °) un laba elektrovadītspēja.
Ķīmiskā elementa numurs 22. Titāns.
Titāna elektroniskā formula ir: 1s 2 |2s 2 2p 6 |3s 2 3p 6 3d 2 |4s 2.
Titāna sērijas numurs ķīmisko elementu periodiskajā sistēmā D.I. Mendeļejevs - 22. Elementa numurs norāda pagalma lādiņu, tāpēc titāna kodollādiņš ir +22, kodola masa ir 47,87. Titāns atrodas ceturtajā periodā, sekundārajā apakšgrupā. Perioda skaitlis norāda elektronu slāņu skaitu. Grupas numurs norāda valences elektronu skaitu. Sānu apakšgrupa norāda, ka titāns pieder pie d-elementiem.
Titānam ir divi valences elektroni ārējā slāņa s-orbitālē un divi valences elektroni pirms-ārējā slāņa d-orbitālē.
Katra valences elektrona kvantu skaitļi:
4s4sAr halogēniem un ūdeņradi Ti(IV) veido TiX 4 tipa savienojumus ar sp 3 → q 4 hibridizācijas tipu.
Titāns ir metāls. Ir pirmais d grupas elements. Visstabilākais un visizplatītākais ir Ti +4. Ir arī savienojumi ar zemāku oksidācijas pakāpi -Ti 0, Ti -1, Ti +2, Ti +3, taču šie savienojumi viegli oksidējas ar gaisu, ūdeni vai citiem reaģentiem līdz Ti +4. Četru elektronu atslāņošanās prasa daudz enerģijas, tāpēc Ti +4 jons īsti neeksistē un Ti(IV) savienojumi parasti ietver kovalentās saites.Ti(IV) dažos aspektos ir līdzīgs elementiem -Si, Ge, Sn un Pb, īpaši ar Sn.
Nozīmīgākais priekš Tautsaimniecība bija un joprojām ir sakausējumi un metāli, kas apvieno vieglumu un izturību. Titāns pieder šai materiālu kategorijai, un turklāt tam ir lieliska izturība pret koroziju.
Titāns ir 4. perioda 4. grupas pārejas metāls. Tā molekulmasa ir tikai 22, kas norāda uz materiāla vieglumu. Tajā pašā laikā viela izceļas ar izcilu izturību: starp visiem konstrukcijas materiāliem titānam ir visaugstākā īpatnējā izturība. Krāsa sudrabaini balta.
Kas ir titāns, tālāk redzamais video pastāstīs:
Koncepcija un īpašības
Titāns ir diezgan izplatīts - tas ieņem 10. vietu satura ziņā zemes garozā. Tomēr tikai 1875. gadā tika izolēts patiesi tīrs metāls. Pirms tam viela tika iegūta ar piemaisījumiem, vai arī tās savienojumus sauca par metālisku titānu. Šī neskaidrība noveda pie tā, ka metālu savienojumi tika izmantoti daudz agrāk nekā pats metāls.
Tas ir saistīts ar materiāla īpatnībām: visnenozīmīgākie piemaisījumi būtiski ietekmē vielas īpašības, dažreiz pilnībā atņemot tai raksturīgās īpašības.
Tādējādi mazākā citu metālu daļa atņem titānam karstumizturību, kas ir viena no tā vērtīgajām īpašībām. Un neliela nemetāla piedeva izturīgu materiālu pārvērš trauslā un lietošanai nederīgā.
Šī funkcija iegūto metālu nekavējoties sadalīja 2 grupās: tehniskajā un tīrajā.
- Pirmkārt tiek izmantoti gadījumos, kad visvairāk nepieciešama izturība, vieglums un izturība pret koroziju, jo titāns nekad nezaudē pēdējo kvalitāti.
- Augstas tīrības pakāpes materiāls izmanto, ja nepieciešams materiāls, kas darbojas ļoti smagas kravas un augsta temperatūra, bet tajā pašā laikā raksturīgs vieglums. Tā, protams, ir lidmašīnu un raķešu zinātne.
Otra matērijas īpašā iezīme ir anizotropija. Dažas tās fiziskās īpašības mainās atkarībā no spēku pielikšanas, kas jāņem vērā, pielietojot.
Normālos apstākļos metāls ir inerts, nerūsē ne jūras ūdenī, ne jūras vai pilsētas gaisā. Turklāt tā ir bioloģiski inertākā zināmā viela, kuras dēļ titāna protēzes un implanti tiek plaši izmantoti medicīnā.
Tajā pašā laikā, paaugstinoties temperatūrai, tas sāk reaģēt ar skābekli, slāpekli un pat ūdeņradi un absorbē gāzes šķidrā veidā. Šī nepatīkamā īpašība apgrūtina gan paša metāla iegūšanu, gan sakausējumu izgatavošanu uz tā bāzes.
Pēdējais ir iespējams tikai tad, ja tiek izmantots vakuuma aprīkojums. Sarežģītākais ražošanas process ir pārvērtis diezgan izplatītu elementu par ļoti dārgu.
Līmēšana ar citiem metāliem
Titāns ieņem starpposmu starp pārējiem diviem labi zināmiem strukturālajiem materiāliem - alumīniju un dzelzi, pareizāk sakot, dzelzs sakausējumiem. Daudzos aspektos metāls ir pārāks par saviem "konkurentiem":
- titāna mehāniskā izturība ir 2 reizes lielāka nekā dzelzs un 6 reizes lielāka nekā alumīnija. Šajā gadījumā stiprums palielinās, pazeminoties temperatūrai;
- izturība pret koroziju ir daudz augstāka nekā dzelzs un pat alumīnija;
- plkst normāla temperatūra titāns ir inerts. Taču, kad tas paaugstinās līdz 250 C, tas sāk absorbēt ūdeņradi, kas ietekmē īpašības. Ķīmiskās aktivitātes ziņā tas ir zemāks par magniju, bet, diemžēl, tas pārspēj dzelzi un alumīniju;
- metāls vada elektrību daudz vājāk: tā elektriskā pretestība ir 5 reizes lielāka nekā dzelzs, 20 reizes lielāka nekā alumīnija un 10 reizes lielāka nekā magnija;
- siltumvadītspēja ir arī daudz zemāka: 3 reizes mazāka nekā dzelzs 1 un 12 reizes mazāka nekā alumīnija. Tomēr šī īpašība rada ļoti zemu termiskās izplešanās koeficientu.
Priekšrocības un trūkumi
Patiesībā titānam ir daudz trūkumu. Taču izturības un viegluma kombinācija ir tik pieprasīta, ka ne sarežģītā ražošanas metode, ne nepieciešamība pēc izcilas tīrības neaptur metāla patērētājus.
Vielas neapšaubāmās priekšrocības ietver:
- zems blīvums, kas nozīmē ļoti mazu svaru;
- izcila mehāniskā izturība gan pašam titāna metālam, gan tā sakausējumiem. Paaugstinoties temperatūrai, titāna sakausējumi pārspēj visus alumīnija un magnija sakausējumus;
- stiprības un blīvuma attiecība - īpatnējā stiprība, sasniedz 30–35, kas ir gandrīz 2 reizes augstāka nekā labākajiem konstrukcijas tēraudiem;
- gaisā titāns ir pārklāts ar plānu oksīda kārtu, kas nodrošina izcilu izturību pret koroziju.
Metālam ir arī savi trūkumi:
- Izturība pret koroziju un inerce attiecas tikai uz neaktīviem virsmas izstrādājumiem. Titāna putekļi vai skaidas, piemēram, spontāni aizdegas un deg 400 C temperatūrā;
- ļoti sarežģīta titāna metāla iegūšanas metode nodrošina ļoti augstas izmaksas. Materiāls ir daudz dārgāks nekā dzelzs, vai;
- spēja absorbēt atmosfēras gāzes, pieaugot temperatūrai, kausēšanai un sakausējumu iegūšanai ir jāizmanto vakuuma iekārtas, kas arī ievērojami palielina izmaksas;
- titānam ir sliktas pretberzes īpašības - tas nedarbojas berzei;
- metāls un tā sakausējumi ir pakļauti ūdeņraža korozijai, ko ir grūti novērst;
- titānu ir grūti apstrādāt. To metināšana ir apgrūtināta arī fāzes pārejas dēļ apkures laikā.
Titāna loksne (foto)
Īpašības un īpašības
Ļoti atkarīgs no tīrības. Atsauces dati, protams, apraksta tīru metālu, taču tehniskā titāna īpašības var ievērojami atšķirties.
- Metāla blīvums karsējot samazinās no 4,41 līdz 4,25 g/cm3.Fāzes pāreja maina blīvumu tikai par 0,15%.
- Metāla kušanas temperatūra ir 1668 C. Viršanas temperatūra ir 3227 C. Titāns ir ugunsizturīga viela.
- Vidēji stiepes izturība ir 300–450 MPa, taču šo rādītāju var palielināt līdz 2000 MPa, izmantojot sacietēšanu un novecošanu, kā arī ieviešot papildu elementus.
- HB skalā cietība ir 103, un tas nav ierobežojums.
- Titāna siltumietilpība ir zema - 0,523 kJ/(kg K).
- Īpatnējā elektriskā pretestība - 42,1 10 -6 omi cm.
- Titāns ir paramagnēts. Temperatūrai pazeminoties, samazinās tā magnētiskā jutība.
- Metālu kopumā raksturo elastība un kaļamība. Tomēr šīs īpašības spēcīgi ietekmē sakausējumā esošais skābeklis un slāpeklis. Abi elementi padara materiālu trauslu.
Viela ir izturīga pret daudzām skābēm, tostarp slāpekli, sērskābi zemā koncentrācijā un gandrīz visām organiskajām skābēm, izņemot skudrskābi. Šī kvalitāte nodrošina, ka titāns ir pieprasīts ķīmiskajā, naftas ķīmijas, papīra rūpniecībā utt.
Struktūra un sastāvs
Titāns - lai arī pārejas metāls, un tā elektriskā pretestība ir zema, tomēr tas ir metāls un vada elektrisko strāvu, kas nozīmē sakārtotu struktūru. Sildot līdz noteiktai temperatūrai, struktūra mainās:
- līdz 883 C, α-fāze ir stabila ar blīvumu 4,55 g / cu. skatiet To izceļas ar blīvu sešstūra režģi. Skābeklis šajā fāzē izšķīst līdz ar intersticiālu šķīdumu veidošanos un stabilizē α-modifikāciju - nospiež temperatūras robežu;
- virs 883 C, β-fāze ar ķermeni centrētu kubisko režģi ir stabila. Tās blīvums ir nedaudz mazāks - 4,22 g / cu. sk.. Ūdeņradis stabilizē šo struktūru - izšķīdinot titānā, veidojas arī intersticiāli šķīdumi un hidrīdi.
Šī funkcija ļoti apgrūtina metalurga darbu. Ūdeņraža šķīdība strauji samazinās, kad titāns tiek atdzesēts, un sakausējumā izgulsnējas ūdeņraža hidrīds, γ-fāze.
Metināšanas laikā tas rada aukstas plaisas, tāpēc ražotājiem pēc metāla kausēšanas ir jāstrādā īpaši smagi, lai to attīrītu no ūdeņraža.
Par to, kur jūs varat atrast un kā izgatavot titānu, mēs pastāstīsim tālāk.
Šis video ir veltīts titāna kā metāla aprakstam:
Ražošana un ieguve
Titāns ir ļoti izplatīts, tāpēc ar rūdām, kas satur metālu, un diezgan lielos daudzumos, nav nekādu problēmu. Izejvielas ir rutils, anatāze un brookīts - titāna dioksīds dažādās modifikācijās, ilmenīts, pirofanīts - savienojumi ar dzelzi utt.
Bet tas ir sarežģīti un prasa dārgu aprīkojumu. Iegūšanas metodes ir nedaudz atšķirīgas, jo rūdas sastāvs ir atšķirīgs. Piemēram, shēma metāla iegūšanai no ilmenīta rūdām izskatās šādi:
- iegūstot titāna izdedžus - iezi iekrauj elektriskā loka krāsnī kopā ar reducētāju - antracītu, kokogli un uzkarsē līdz 1650 C. Tajā pašā laikā tiek atdalīts dzelzs, ko izmanto čuguna un titāna dioksīda iegūšanai sārņos. ;
- izdedžus hlorē raktuvēs vai sāls hloratoros. Procesa būtība ir pārvērst cieto dioksīdu par gāzveida titāna tetrahlorīdu;
- pretestības krāsnīs īpašās kolbās metālu reducē ar nātriju vai magniju no hlorīda. Rezultātā tiek iegūta vienkārša masa - titāna sūklis. Tas ir tehniskais titāns, kas ir diezgan piemērots, piemēram, ķīmisko iekārtu ražošanai;
- ja nepieciešams tīrāks metāls, izmanto attīrīšanu - šajā gadījumā metāls reaģē ar jodu, lai iegūtu gāzveida jodīdu, un pēdējais temperatūras - 1300-1400 C un elektriskās strāvas ietekmē sadalās, atbrīvojoties. tīrs titāns. Elektrība tiek padota caur retortē izstieptu titāna stiepli, uz kuras tiek uzklāta tīra viela.
Lai iegūtu titāna lietņus, titāna sūklis tiek izkausēts vakuuma krāsnī, lai novērstu ūdeņraža un slāpekļa šķīšanu.
Titāna cena par 1 kg ir ļoti augsta: atkarībā no tīrības pakāpes metāls maksā no 25 līdz 40 USD par 1 kg. No otras puses, skābes izturīga nerūsējošā tērauda aparāta korpuss maksās 150 rubļu. un ilgs ne vairāk kā 6 mēnešus. Titāns maksās apmēram 600 r, bet tiek ekspluatēts 10 gadus. Krievijā ir daudz titāna ražošanas iekārtu.
Lietošanas jomas
Attīrīšanas pakāpes ietekme uz fizikālajām un mehāniskajām īpašībām liek mums to aplūkot no šī viedokļa. Tātad tehniskajam, tas ir, ne tīrākajam metālam, ir lieliska izturība pret koroziju, vieglums un izturība, kas nosaka tā izmantošanu:
- ķīmiskā rūpniecība– siltummaiņi, caurules, korpusi, sūkņu daļas, armatūra un tā tālāk. Materiāls ir neaizstājams vietās, kur nepieciešama skābes izturība un izturība;
- transporta nozare- vielu izmanto, lai izgatavotu transportlīdzekļus no vilcieniem līdz velosipēdiem. Pirmajā gadījumā metāls nodrošina mazāku savienojumu masu, kas padara saķeri efektīvāku, otrajā piešķir vieglumu un izturību, ne velti par labāko tiek uzskatīts titāna velosipēda rāmis;
- jūras lietas- no titāna izgatavo siltummaiņus, zemūdeņu izplūdes klusinātājus, vārstus, dzenskrūves un tā tālāk;
- iekšā celtniecība plaši izmantots - titāns - lielisks materiāls fasāžu un jumtu apdarei. Līdzās izturībai sakausējums sniedz vēl vienu arhitektūrai svarīgu priekšrocību – spēju piešķirt izstrādājumiem visdīvaināko konfigurāciju, sakausējuma formēšanas iespēja ir neierobežota.
Tīrs metāls ir arī ļoti izturīgs pret augstām temperatūrām un saglabā savu izturību. Pieteikums ir acīmredzams:
- raķešu un lidmašīnu rūpniecība - no tā tiek izgatavots apvalks. Dzinēja daļas, stiprinājumi, šasijas daļas un tā tālāk;
- medicīna - bioloģiskā inerce un vieglums padara titānu par daudz perspektīvāku materiālu protezēšanai, līdz pat sirds vārstuļiem;
- kriogēnā tehnoloģija - titāns ir viena no retajām vielām, kas, temperatūrai pazeminoties, tikai kļūst stiprāka un nezaudē plastiskumu.
Titāns ir visizturīgākais konstrukcijas materiāls ar tādu vieglumu un elastību. Šīs unikālās īpašības viņam nodrošina arvien nozīmīgāku lomu valsts ekonomikā.
Tālāk esošajā videoklipā tiks parādīts, kur iegūt titānu nazim: