Właściwości fizyczne i właściwości jednego z najtwardszych metali - tytanu. Tytan to metal. właściwości tytanu. Zastosowanie tytanu. Gatunki i skład chemiczny tytanu
1metal.com Giełda metalurgiczna 1metal.com Krótka informacja o tytanie i jego stopach ukraińskich firm na platformie handlu metalami 1metal.com 4,6 gwiazdki na podstawie 95
Tytan i jego stopyTytan szeroko rozpowszechniony w skorupie ziemskiej, gdzie zawiera około 6%, a pod względem rozpowszechnienia zajmuje czwarte miejsce po aluminium, żelazie i magnezie. Jednak przemysłowa metoda jej wydobycia została opracowana dopiero w latach 40-tych XX wieku. Dzięki postępowi w dziedzinie budowy samolotów i rakiet intensywnie rozwijała się produkcja tytanu i jego stopów. Wynika to z połączenia tak cennych właściwości tytanu jak niska gęstość, wysoka wytrzymałość właściwa (s w /r × g), odporność na korozję, możliwości produkcyjne w obróbce ciśnieniowej i spawalność, odporność na zimno, niemagnetyczność i szereg innych cennych właściwości fizycznych i mechanicznych wymienionych poniżej.
Charakterystyka właściwości fizycznych i mechanicznych tytanu (VT1-00)
| Gęstość r, kg / m 3 | 4,5 × 10 -3 |
| Temperatura topnienia T pl , °C | 1668±4 |
| Współczynnik rozszerzalności liniowej a × 10 –6 , stopnie –1 | 8,9 |
| Przewodność cieplna l , W/(m × deg) | 16,76 |
| Wytrzymałość na rozciąganie s w, MPa | 300–450 |
| Warunkowa granica plastyczności s 0,2 , MPa | 250–380 |
| Siła właściwa (s in /r×g)× 10 –3 , km | 7–10 |
| Wydłużenie względne d, % | 25–30 |
| Skurcz względny Y , % | 50–60 |
| Moduł sprężystości normalnej MI 10 –3 MPa | 110,25 |
| Moduł ścinania G 10 –3 MPa | 41 |
| współczynnik Poissona m, | 0,32 |
| Twardość HB | 103 |
| Udarność KCU, J/cm2 | 120 |
Tytan ma dwie modyfikacje polimorficzne: a-tytan z sześciokątną, ciasno upakowaną siatką z kropkami a= 0,296 nm, z= 0,472 nm i wysokotemperaturową modyfikację b-tytanu z sześcienną siatką skupioną wokół ciała z okresem a\u003d 0,332 nm w 900 ° C. Temperatura polimorficznej „transformacji b” wynosi 882 ° C.
Właściwości mechaniczne tytanu w znacznym stopniu zależą od zawartości zanieczyszczeń w metalu. Występują zanieczyszczenia śródmiąższowe - tlen, azot, węgiel, wodór i zanieczyszczenia substytucyjne, do których należą żelazo i krzem. Chociaż zanieczyszczenia zwiększają wytrzymałość, to jednocześnie znacznie zmniejszają ciągliwość, a zanieczyszczenia śródmiąższowe, zwłaszcza gazy, mają najsilniejszy negatywny wpływ. Po wprowadzeniu zaledwie 0,003% H, 0,02% N lub 0,7% O tytan całkowicie traci zdolność do odkształceń plastycznych i staje się kruchy.
Szczególnie szkodliwy jest wodór, który powoduje kruchość wodorowa stopy tytanu. Wodór wnika do metalu podczas topienia i późniejszej obróbki, w szczególności podczas trawienia półproduktów. Wodór jest słabo rozpuszczalny w a-tytanie i tworzy płytkowe cząstki wodorku, które zmniejszają udarność i są szczególnie negatywne w testach pękania opóźnionego.
Przemysłowa metoda produkcji tytanu polega na wzbogacaniu i chlorowaniu rudy tytanu, a następnie jej odzyskiwaniu z czterochlorku tytanu metalicznym magnezem (metoda termiczna magnezowa). Uzyskane tą metodą gąbka tytanowa(GOST 17746–79), w zależności od składu chemicznego i właściwości mechanicznych, produkowane są następujące gatunki:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-T V (patrz tabela 17.1). Liczby oznaczają twardość Brinella HB, T B - twarda.
W celu uzyskania tytanu monolitycznego gąbka jest mielona na proszek, prasowana i spiekana lub przetapiana w piecach łukowych w próżni lub atmosferze gazu obojętnego.
Właściwości mechaniczne tytanu charakteryzują się dobrym połączeniem wytrzymałości i ciągliwości. Na przykład komercyjnie czysty tytanowy gatunek VT1-0 ma: s in = 375–540 MPa, s 0,2 = 295–410 MPa, d ³ 20%, a te właściwości nie są gorsze od wielu stali węglowych i Cr-Ni odpornych na korozję.
Wysoką ciągliwość tytanu w porównaniu z innymi metalami o sieci hcp (Zn, Mg, Cd) tłumaczy się dużą liczbą układów poślizgowych i bliźniaczych ze względu na mały stosunek z/a= 1,587. Najwyraźniej jest to przyczyną wysokiej odporności tytanu i jego stopów na zimno (szczegóły w Rozdziale 13).
Gdy temperatura wzrasta do 250°C, wytrzymałość tytanu spada prawie 2 razy. Jednak żaroodporne stopy Ti nie mają sobie równych pod względem wytrzymałości właściwej w zakresie temperatur 300–600 °C; w temperaturach powyżej 600°C stopy tytanu są gorsze od stopów na bazie żelaza i niklu.
Tytan ma niski moduł normalnej elastyczności ( mi= 110,25 GPa) - prawie 2 razy mniej niż żelaza i niklu, co utrudnia wytwarzanie sztywnych konstrukcji.
Tytan jest jednym z metali reaktywnych, ale ma wysoką odporność na korozję, ponieważ na jego powierzchni tworzy się stabilna pasywna warstwa TiO 2, która jest mocno związana z metalem podstawowym i wyklucza jego bezpośredni kontakt ze środowiskiem korozyjnym. Grubość tej warstwy osiąga zwykle 5–6 nm.
Dzięki powłoce tlenkowej tytan i jego stopy nie korodują w atmosferze, w wodzie słodkiej i morskiej, są odporne na korozję kawitacyjną i naprężeniową, a także na działanie kwasów organicznych.
Produkcja wyrobów z tytanu i jego stopów ma szereg cech technologicznych. Ze względu na dużą aktywność chemiczną stopionego tytanu jego topienie, odlewanie i spawanie łukowe odbywa się w próżni lub w atmosferze gazów obojętnych.
Podczas nagrzewania technologicznego i eksploatacyjnego, zwłaszcza powyżej 550–600 °C, konieczne jest podjęcie działań mających na celu ochronę tytanu przed utlenianiem i nasyceniem gazem (warstwa alfa) (patrz rozdz. 3).
Tytan jest dobrze przetwarzany pod ciśnieniem w stanie gorącym i zadowalająco na zimno. Jest łatwy do walcowania, kucia, stemplowania. Tytan i jego stopy są dobrze spawane metodą spawania oporowego i łukiem argonowym, zapewniając wysoką wytrzymałość i ciągliwość złącza spawanego. Wadą tytanu jest słaba skrawalność z powodu sklejania, niska przewodność cieplna i słabe właściwości przeciwcierne.
Głównym celem stopowania stopów tytanu jest zwiększenie wytrzymałości, odporności na ciepło i odporności na korozję. Szerokie zastosowanie znaleziono stopy tytanu z aluminium, chromem, molibdenem, wanadem, manganem, cyną i innymi pierwiastkami. Pierwiastki stopowe mają duży wpływ na przemiany polimorficzne tytanu.
Tabela 17.1
Gatunki, skład chemiczny (%) i twardość tytanu gąbczastego (GOST 17746–79)
| Ti, nie mniej | Twardość HB, 10/1500/30, nie więcej |
||||||||
Tabela 17.2
Gatunki i skład chemiczny (%) przerobionych plastycznie stopów tytanu (GOST 19807-91)
| Notacja | ||||||||||||||
Notatka. Suma pozostałych zanieczyszczeń we wszystkich stopach wynosi 0,30%, w stopie VT1-00 0,10%.
Na kształtowanie się struktury, a co za tym idzie właściwości stopów tytanu decydujący wpływ mają przemiany fazowe związane z polimorfizmem tytanu. Na ryc. 17.1 przedstawia diagramy stanów „pierwiastka stopowego tytanu”, odzwierciedlające podział pierwiastków stopowych według charakteru ich wpływu na przemiany polimorficzne tytanu na cztery grupy.
a - Stabilizatory(Al, O, N), które podwyższają temperaturę przemiany polimorficznej a «b i poszerzają zakres roztworów stałych na bazie a-tytanu (rys. 17.1, a). Biorąc pod uwagę wpływ azotu i tlenu na kruchość, tylko aluminium ma praktyczne znaczenie dla stopowania tytanu. Jest głównym pierwiastkiem stopowym we wszystkich przemysłowych stopach tytanu, zmniejsza ich gęstość i skłonność do kruchości wodorowej, a także zwiększa wytrzymałość i moduł sprężystości. Stopy o stabilnej strukturze a nie są utwardzane przez obróbkę cieplną.
Izomorficzne b-stabilizatory (Mo, V, Ni, Ta itp.), które obniżają temperaturę „b-transformacji i poszerzają zakres roztworów stałych na bazie b-tytanu (ryc. 17.1, b).
B-stabilizatory tworzące eutektoidy (Cr, Mn, Cu itp.) mogą tworzyć z tytanem związki międzymetaliczne typu TiX. W tym przypadku, po schłodzeniu, faza b ulega przemianie eutektoidalnej b ® a + TiX (ryc. 17.1, w). Większość
Stabilizatory b zwiększają wytrzymałość, żaroodporność i stabilność termiczną stopów tytanu, zmniejszając nieco ich ciągliwość (rys. 17.2.). Ponadto stopy o strukturze (a + b) i pseudo-b mogą być utwardzane przez obróbkę cieplną (hartowanie + starzenie).
Pierwiastki obojętne (Zr, Sn) nie wpływają istotnie na temperaturę przemian polimorficznych i nie zmieniają składu fazowego stopów tytanu (rys. 17.1, G).
Polimorficzna transformacja b ® a może zachodzić na dwa sposoby. Przy powolnym chłodzeniu i wysokiej ruchliwości atomów zachodzi zgodnie ze zwykłym mechanizmem dyfuzji z utworzeniem wielościennej struktury stałego roztworu. Z szybkim chłodzeniem - przez bezdyfuzyjny mechanizm martenzytyczny z utworzeniem iglastej struktury martenzytycznej, oznaczonej lub o wyższym stopniu stopowania - a ¢ ¢ . Struktura krystaliczna a , a ¢ , a ¢ jest praktycznie tego samego typu (HCP), jednak sieć a ¢ i a ¢ jest bardziej zniekształcona, a stopień zniekształcenia wzrasta wraz ze wzrostem koncentracji pierwiastków stopowych. Istnieją dowody [1], że sieć fazy a ¢ ¢ jest bardziej rombowa niż heksagonalna. Podczas starzenia fazy i ¢ są rozdzielone, faza b lub faza międzymetaliczna.
Ryż. 17.1. Diagramy stanów układów „Pierwiastek ze stopu Ti” (schematy):
a) „stabilizatory Ti-a”;
b) „Ti-izomorficzne stabilizatory β”;
w) „B-stabilizatory tworzące eutektoidy”;
G) „Elementy neutralne dla Ti”
Ryż. 17.2. Wpływ pierwiastków stopowych na właściwości mechaniczne tytanu
W przeciwieństwie do martenzytu stali węglowych, który jest roztworem międzywęzłowym i charakteryzuje się dużą wytrzymałością i kruchością, martenzyt tytanowy jest roztworem substytucyjnym, a hartowanie stopów tytanu do martenzytu a¢ prowadzi do lekkiego utwardzenia i nie towarzyszy mu gwałtowny spadek plastyczności .
Przemiany fazowe zachodzące podczas powolnego i szybkiego stygnięcia stopów tytanu o różnej zawartości b-stabilizatorów oraz powstałe struktury przedstawiono na schemacie uogólnionym (rys. 17.3). Dotyczy izomorficznych stabilizatorów b (ryc. 17.1, b) oraz, z pewnym przybliżeniem, dla tworzących eutektoidy b-stabilizatorów (ryc. 17.1, w), ponieważ rozkład eutektoidalny w tych stopach jest bardzo powolny i można go pominąć.
Ryż. 17.3. Schemat zmian składu fazowego stopów „Ti-b-stabilizator” w zależności od prędkości
chłodzenie i twardnienie z obszaru b
Przy powolnym chłodzeniu w stopach tytanu w zależności od stężenia b-stabilizatorów można uzyskać struktury odpowiednio: a, a + b lub b.
Podczas hartowania w wyniku przemian martenzytycznych w zakresie temperatur M n - M k (pokazano linią przerywaną na rys. 17.3) należy wyróżnić cztery grupy stopów.
Pierwsza grupa obejmuje stopy o stężeniu pierwiastków stabilizujących b do C1, tj. stopy, które po hartowaniu z obszaru b mają wyłącznie strukturę ¢ (a ¢ ¢). Po hartowaniu te stopy z temperatur (a + b)-obszar w zakresie od przemiany polimorficznej do T 1 , ich struktura jest mieszaniną faz a ¢ (a ¢ ¢), a i b, a po hartowaniu z temperatur poniżej T cr mają strukturę (a + b).
Druga grupa to stopy o koncentracji pierwiastków stopowych od C 1 do C cr, w których po wygaszeniu z obszaru b przemiana martenzytyczna nie zachodzi do końca i mają strukturę a ¢ (a ¢ ¢ ) oraz b. Stopy z tej grupy po hartowaniu z temperatur od przemiany polimorficznej do T kr mają strukturę a ¢ (a ¢ ¢), a i b oraz z temperaturami poniżej T cr - struktura (a + b).
Hartowanie stopów trzeciej grupy ze stężeniem pierwiastków stabilizujących b od C cr do C 2 od temperatur z obszaru b lub od temperatur z przemiany polimorficznej do T 2 towarzyszy przemiana części fazy b w fazę w, a stopy tego typu po hartowaniu mają strukturę (b+w). Stopy trzeciej grupy po utwardzeniu z temperatur poniżej T 2 mają strukturę (b + a).
Stopy czwartej grupy po hartowaniu z temperatur powyżej przemiany polimorficznej mają wyłącznie strukturę b, a z temperatur poniżej przemiany polimorficznej - (b + a).
Należy zauważyć, że przemiany b ® b + w mogą zachodzić zarówno podczas hartowania stopów o stężeniu (С cr –С 2), jak i podczas starzenia stopów o stężeniu większym niż С 2, które mają metastabilną fazę b . W każdym razie obecność fazy w jest niepożądana, ponieważ powoduje ona silne kruchość stopy tytanu. Zalecane reżimy obróbki cieplnej wykluczają jego obecność w stopach przemysłowych lub pojawienie się w warunkach eksploatacyjnych.
W przypadku stopów tytanu stosuje się następujące rodzaje obróbki cieplnej: wyżarzanie, hartowanie i starzenie oraz obróbkę chemiczno-termiczną (azotowanie, silikonowanie, utlenianie itp.).
Wyżarzanie przeprowadzane jest dla wszystkich stopów tytanu w celu dokończenia formowania struktury, wyrównania niejednorodności strukturalnej i stężeniowej oraz właściwości mechanicznych. Temperatura wyżarzania powinna być wyższa od temperatury rekrystalizacji, ale niższa od temperatury przejścia do stanu b ( T pp), aby zapobiec wzrostowi ziarna. Stosować wyżarzanie konwencjonalne, podwójne lub izotermiczne(w celu stabilizacji struktury i właściwości), niekompletny(aby złagodzić naprężenia wewnętrzne).
Hartowanie i starzenie (hartowanie) dotyczy stopów tytanu o strukturze (a + b). Zasada utwardzania obróbki cieplnej polega na uzyskaniu metastabilnych faz b , a ¢ , a ¢ ¢ podczas hartowania i ich późniejszego rozpadu z uwolnieniem rozproszonych faz a i b podczas sztucznego starzenia. W tym przypadku działanie wzmacniające zależy od rodzaju, ilości i składu faz metastabilnych, a także rozdrobnienia cząstek faz a i b powstałych po starzeniu.
Obróbkę chemiczno-termiczną przeprowadza się w celu zwiększenia twardości i odporności na zużycie, odporności na „zacieranie się” podczas pracy w warunkach tarcia, wytrzymałości zmęczeniowej, a także poprawy odporności na korozję, żaroodporności i odporności cieplnej. Praktyczne zastosowania mają azotowanie, silikonowanie i niektóre rodzaje metalizacji dyfuzyjnej.
Stopy tytanu, w porównaniu z tytanem technicznym, charakteryzują się wyższą wytrzymałością, także w wysokich temperaturach, przy zachowaniu odpowiednio wysokiej ciągliwości i odporności na korozję.
Marki i skład chemiczny krajowych
stopy (GOST 19807–91) przedstawiono w tabeli. 17.2.
Zgodnie z technologią produkcji, stopy tytanu dzielą się na kute i odlewane; w zależności od poziomu właściwości mechanicznych - dla stopów niska wytrzymałość i wysoka ciągliwość, środek siła, wysoka wytrzymałość; zgodnie z warunkami użytkowania - wł. odporny na zimno, żaroodporny, odporny na korozję . Ze względu na zdolność do utwardzania poprzez obróbkę cieplną dzieli się je na utwardzony oraz nieutwardzony, zgodnie ze strukturą w stanie wyżarzonym - na stopy a -, pseudo-a -, (a + b) -, pseudo-b - i b (tabela 17.3).
Poszczególne grupy stopów tytanu różnią się wartością współczynnika stabilizacji warunkowej Kb, który pokazuje stosunek zawartości pierwiastka stopowego stabilizującego b do jego zawartości w stopie o składzie krytycznym z cr. Gdy stop zawiera kilka pierwiastków stabilizujących b, ich Kb podsumował.
< 700 MPa, a mianowicie: a - stopy w gatunkach VT1-00, VT1-0 (tytan techniczny) oraz stopy OT4-0, OT4-1 (układ Ti-Al-Mn), AT3 (układ Ti-Al z niewielkimi dodatkami Cr , Fe, Si, B), związane z pseudo-a-stopami z niewielką ilością fazy b. Charakterystyki wytrzymałościowe tych stopów są wyższe niż czystego tytanu ze względu na zanieczyszczenia w stopach VT1-00 i VT1-0 oraz niewielkie domieszki stopowe ze stabilizatorami a i b w stopach OT4-0, OT4-1, AT3.
Stopy te wyróżniają się wysoką ciągliwością zarówno w stanie gorącym, jak i zimnym, co pozwala na uzyskanie wszelkiego rodzaju półproduktów: folii, taśm, blach, blach, odkuwek, wytłoczek, profili, rur itp. Właściwości mechaniczne półfabrykaty z tych stopów podane są w tab. 17,4-17,6.
Tabela 17.3
Klasyfikacja stopów tytanu według struktury
| Grupa stopów | Gatunek stopu |
| VT1-00, VT1-0, VT5, VT5-1, PT-7M |
|
| Pseudo-stopy | OT4-0, OT4-1, OT4, VT20, AT3 |
| (a + b)-klasa martenzytyczna ( Kb= 0,3–0,9) | VT6S, VT6, VT14, VT8, VT9, PT-3V, VT3-1, AT3 |
| (a + b)-stopy klasy przejściowej ( Kb= 1,0–1,4) | |
| Pseudo-b-stopy ( Kb= 1,5–2,4) | VT35*, VT32*, VT15 |
| Stopy b ( Kb= 2,5–3,0) |
* Stopy eksperymentalne.
Tabela 17.4
Właściwości mechaniczne blach ze stopów tytanu (GOST 22178–76)
| Gatunki tytanu | Przykładowy stan | grubość arkusza, | Wytrzymałość na rozciąganie, s in, MPa | Wydłużenie względne, d, % |
| wyżarzony | ||||
| Św. 6,0–10,5 | ||||
| Św. 6,0–10,5 | ||||
| wyżarzony | ||||
| Św. 6,0–10,5 | ||||
| Św. 6,0–10,5 | ||||
| Św. 6,0–10,5 | ||||
| 885 (885–1080) | ||||
| wyżarzony | 885 (885–1050) | |||
| Św. 5,0–10,5 | 835 (835–1050) | |||
| hartowany i | ||||
| św. 7,0–10,5 | ||||
| wyżarzony | 930 (930–1180) | |||
| św. 4,0–10,5 | ||||
| wyżarzony | 980 (980–1180) | |||
| św. 4,0–10,5 | ||||
Notatka. Liczby w nawiasach dotyczą arkuszy o wysokim wykończeniu powierzchni.
Tabela 17.5
Własności mechaniczne prętów wykonanych ze stopów tytanu (GOST 26492–85)
| Gatunek stopu | Stan | Średnica pręta | Limit | Względny | Względny | perkusja |
| wyżarzony | ||||||
| wyżarzony | ||||||
| wyżarzony | 885 (905–1050) | |||||
| 835 (835–1050) | ||||||
| Utwardzony i postarzany | ||||||
| wyżarzony | ||||||
| Utwardzony i postarzany | ||||||
| wyżarzony | 930 (980–1230) | |||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (980–1230) | ||||||
| 930 (930–1180) | ||||||
| 980 (1030–1230) | ||||||
| 930 (980–1230) | ||||||
| wyżarzony | 885 (885–1080) | |||||
| 865 (865–1080) | ||||||
| Utwardzony i postarzany | ||||||
| wyżarzony | 885 (930–1130) | |||||
| 885 (885–1130) | ||||||
| 1030 (1080–1230) | ||||||
| 1030 (1080–1280) | ||||||
Notatka. Dane w nawiasach dotyczą słupków o wyższej jakości.
Tabela 17.6
Właściwości mechaniczne płyt ze stopu tytanu (GOST 23755–79)
| Gatunek stopu | Stan | grubość płyty, | Wytrzymałość na rozciąganie s w, MPa | Wydłużenie względne d, % | Skurcz względny y , % | Udarność KCU, J/cm2 |
| Bez | ||||||
| wyżarzony | ||||||
| wyżarzony | ||||||
| Utwardzony i postarzany | ||||||
| wyżarzony | ||||||
| Bez obróbki cieplnej | ||||||
Kucie, tłoczenie wolumetryczne i blacharskie, walcowanie, prasowanie odbywa się na gorąco zgodnie z trybami wskazanymi w tabeli. 17.7. Walcowanie końcowe, tłoczenie blach, ciągnienie i inne operacje wykonywane są na zimno.
Stopy te i produkty z nich poddaje się tylko wyżarzaniu według trybów wskazanych w tabeli. 17.8. Wyżarzanie niepełne służy do usuwania naprężeń wewnętrznych wynikających z obróbki skrawaniem, tłoczenia blach, spawania itp.
Stopy te są dobrze spawane metodą stapiania (łuk argonowy, łuk kryty, elektrożużel) i kontaktową (punkt, wałek). W spawaniu, wytrzymałość i plastyczność złącza spawanego są prawie takie same jak w przypadku metalu nieszlachetnego.
Odporność na korozję tych stopów jest wysoka w wielu mediach (woda morska, chlorki, zasady, kwasy organiczne itp.), z wyjątkiem roztworów HF, H 2 SO 4 , HCl i niektórych innych.
Podanie. Stopy te znajdują szerokie zastosowanie jako materiały konstrukcyjne do produkcji prawie wszystkich rodzajów półproduktów, części i konstrukcji, w tym spawanych. Ich najskuteczniejsze zastosowanie znajduje się w inżynierii lotniczej, inżynierii chemicznej, inżynierii kriogenicznej (tabela 17.9.), a także w jednostkach i konstrukcjach pracujących w temperaturach do 300–350 ° C.
Do tej grupy należą stopy o wytrzymałości na rozciąganie s in = 750–1000 MPa, a mianowicie: a - stopy gatunków VT5 i VT5-1; pseudo-stopy gatunków OT4, VT20; (a + b)-stopy gatunków PT3V, a także VT6, VT6S, VT14 w stanie wyżarzonym.
Stopy VT5, VT5-1, OT4, VT20, PT3V, VT6S, zawierające niewielką ilość fazy b (2–7% fazy b w stanie równowagi), nie są poddawane obróbce cieplnej utwardzającej i są stosowane w stanie wyżarzonym. Stop VT6S jest czasami używany w stanie utwardzonym termicznie. Stopy VT6 i VT14 są stosowane zarówno w stanie wyżarzonym, jak i utwardzonym termicznie. W tym drugim przypadku ich wytrzymałość przekracza 1000 MPa i będą one brane pod uwagę w części dotyczącej stopów o wysokiej wytrzymałości.
Analizowane stopy wraz ze zwiększoną wytrzymałością zachowują zadowalającą ciągliwość w stanie zimnym oraz dobrą ciągliwość w stanie gorącym, co pozwala na uzyskanie z nich wszelkiego rodzaju półfabrykatów: blach, taśm, profili, odkuwek, wytłoczek , rury itp. Wyjątkiem jest stop VT5, z którego blachy i płyty nie są produkowane ze względu na niską plastyczność technologiczną. Sposoby obróbki ciśnieniowej na gorąco podano w tabeli. 17.7.
Ta kategoria stopów stanowi większość produkcji półproduktów stosowanych w inżynierii mechanicznej. Charakterystyki mechaniczne głównych półproduktów podano w tabeli. 17,4-17,6.
Wszystkie stopy o średniej wytrzymałości są dobrze spawane wszystkimi rodzajami spawania stosowanymi do tytanu. Wytrzymałość i ciągliwość złącza spawanego wykonanego metodą zgrzewania jest zbliżona do wytrzymałości i ciągliwości metalu rodzimego (w przypadku stopów VT20 i VT6S stosunek ten wynosi 0,9–0,95). Po spawaniu zaleca się niepełne wyżarzanie w celu złagodzenia wewnętrznych naprężeń spawalniczych (tabela 17.8).
Obrabialność tych stopów jest dobra. Odporność na korozję w najbardziej agresywnych środowiskach jest podobna do tytanu technicznego VT1-0.
Tabela 17.7
Sposoby formowania na gorąco stopów tytanu
| Gatunek stopu | Tryb kucia wlewków | Tryb kucia pre | Naciśnij tryb tłoczenia | Tryb stemplowania młotkiem | Tryb |
|||||||||
| temperatura | grubość, | temperatura | temperatura | temperatura | temperatura |
|||||||||
| zakończenie | zakończenie | zakończenie | zakończenie |
|||||||||||
| Wszystko | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–70 | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 40–50** | ||||||||||||||
| 850 | 40–50** | |||||||||||||
| Wszystko | ||||||||||||||
* Stopień odkształcenia dla jednego ogrzewania, %.
** Odkształcenie w obszarze (a + b).
*** Deformacja w obszarze b.
Tabela 17.8
Tryby wyżarzania stopów tytanu
| Gatunek stopu | Temperatura wyżarzania, ° С | Notatka |
|
| Pościel | Pręty, odkuwki, wytłoczki, |
||
| 445–585°C* |
|||
| 445–585°C* |
|||
| 480–520 ° C* |
|||
| 520–560 ° C* |
|||
| 545–585°C* |
|||
| Wyżarzanie izotermiczne: podgrzewanie do 870-920°C, przetrzymywanie, chłodzenie do 600-650°C, chłodzenie piecem lub przeniesienie do innego pieca, przetrzymywanie 2 h, chłodzenie powietrzem |
|||
| Wyżarzanie podwójne, przetrzymywanie w temperaturze 550–600°C przez 2–5 h. Wyżarzanie w temperaturze 850°C, części mocy dozwolone jest chłodzenie powietrzem |
|||
| 550–650 ° C* |
|||
| Wyżarzanie dozwolone jest według trybów: 1) nagrzewanie do 850°C, trzymanie, chłodzenie piecem do 750°C, trzymanie 3,5 godziny, chłodzenie na powietrzu; 2) podgrzewanie do 800°C, przetrzymywanie 30 min, chłodzenie piekarnikiem do 500°C, a następnie na powietrzu |
|||
| Podwójne wyżarzanie, ekspozycja w temperaturze 570–600 ° С - 1 godz. Dopuszcza się wyżarzanie izotermiczne: wygrzewanie do 920-950°C, przetrzymywanie, chłodzenie piecem lub przeniesienie do innego pieca o temperaturze 570-600°C, przetrzymywanie 1 h, chłodzenie w powietrzu |
|||
| Wyżarzanie podwójne, ekspozycja w temperaturze 530–580 °C – 2–12 godz. Dopuszcza się wyżarzanie izotermiczne: wygrzewanie do 950-980 °C, przetrzymywanie, chłodzenie piecem lub przeniesienie do innego pieca o temperaturze 530-580 °C, przetrzymywanie 2-12 h, chłodzenie na powietrzu |
|||
| 550–650 ° C* |
|||
| Dopuszcza się wyżarzanie izotermiczne: wygrzewanie do 790–810°C, przetrzymywanie, chłodzenie piecem lub przeniesienie do innego pieca do 640–660°C, przetrzymywanie 30 min, chłodzenie na powietrzu |
|||
| Wyżarzanie części blaszanych jest dozwolone w temperaturze 650–750 ° С, (600–650 ° C)* |
|||
| (w zależności od przekroju i rodzaju półfabrykatu) | Chłodzenie w piecu z szybkością 2–4 °C/min do 450 °C, a następnie na powietrzu. Podwójne wyżarzanie, ekspozycja w temperaturze 500-650 ° C przez 1-4 h. Podwójne wyżarzanie jest dozwolone dla części pracujących w temperaturach do 300 ° C i czasie trwania do 2000 h |
||
| (545–585°C*) |
|||
* Temperatury niepełnego wyżarzania.
Tabela 17.9
Właściwości mechaniczne stopów tytanu w niskich temperaturach
| s w (MPa) w temperaturze, ° С | d (%) w temperaturze, ° С | KCU, J / cm 2 w temperaturze, ° С |
||||||
Podanie. Stopy te są zalecane do produkcji wyrobów metodą tłoczenia blach (OT4, VT20), części spawanych i zespołów, części spawanych metodą tłoczenia (VT5, VT5-1, VT6S, VT20) itp. Stop VT6S jest szeroko stosowany do produkcja zbiorników i zbiorników ciśnieniowych. Części i zespoły wykonane ze stopów OT4, VT5 mogą pracować przez długi czas w temperaturach do 400 ° C i przez krótki czas - do 750 ° C; ze stopów VT5-1, VT20 - przez długi czas w temperaturach do 450–500 ° C i przez krótki czas - do 800–850 ° C. Stopy VT5-1, OT4, VT6S są również zalecane do stosowania w chłodnictwie oraz technologia kriogeniczna (tabela 17.9).
Do tej grupy należą stopy o wytrzymałości na rozciąganie s > 1000 MPa, czyli (a + b)-stopy gatunków VT6, VT14, VT3-1, VT22. Wysoką wytrzymałość w tych stopach uzyskuje się poprzez hartującą obróbkę cieplną (hartowanie + starzenie). Wyjątkiem jest wysokostopowy stop VT22, który nawet w stanie wyżarzonym ma s B > 1000 MPa.
Stopy te wraz z wysoką wytrzymałością zachowują dobrą (VT6) i zadowalającą (VT14, VT3-1, VT22) ciągliwość technologiczną w stanie gorącym, co umożliwia uzyskanie z nich różnych półfabrykatów: blach (oprócz VT3- 1), pręty, blachy, odkuwki, wytłoczki, profile itp. Tryby formowania na gorąco podano w tabeli. 17.7. Stopy VT6 i VT14 w stanie wyżarzonym (s w » 850 MPa) mogą być poddawane kuciu blach na zimno z niewielkimi odkształceniami. Charakterystyki mechaniczne głównych półfabrykatów w stanie wyżarzonym i utwardzonym podano w tabeli. 17,4-17,6.
Pomimo heterofazowej struktury, rozważane stopy mają zadowalającą spawalność przy wszystkich rodzajach spawania stosowanych do tytanu. Aby zapewnić wymagany poziom wytrzymałości i ciągliwości, całkowite wyżarzanie jest obowiązkowe, a dla stopu VT14 (o grubości spawanych części 10–18 mm) zaleca się hartowanie, a następnie starzenie. W tym przypadku wytrzymałość złącza spawanego (zgrzewanie) wynosi co najmniej 0,9 wytrzymałości metalu nieszlachetnego. Ciągliwość złącza spawanego jest zbliżona do ciągliwości metalu nieszlachetnego.
Obrabialność jest zadowalająca. Obróbka stopów może być prowadzona zarówno w stanie wyżarzonym, jak iw stanie utwardzonym termicznie.
Stopy te mają wysoką odporność na korozję w stanie wyżarzonym i utwardzonym termicznie w wilgotnej atmosferze, wodzie morskiej oraz w wielu innych agresywnych środowiskach, takich jak tytan handlowy.
Obróbka cieplna . Stopy VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 podlegają hartowaniu i starzeniu (patrz wyżej). Zalecane tryby ogrzewania do hartowania i starzenia dla wyrobów monolitycznych, półproduktów i części spawanych podano w tabeli. 17.10.
Chłodzenie podczas hartowania odbywa się w wodzie, a po starzeniu - w powietrzu. Pełna hartowność jest zapewniona dla części wykonanych ze stopów VT6, VT6S o maksymalnym przekroju do 40–45 mm oraz ze stopów VT3-1, VT14, VT22 - do 60 mm.
Aby zapewnić zadowalającą kombinację wytrzymałości i ciągliwości stopów o strukturze (a + b) po hartowaniu i starzeniu, konieczne jest, aby ich struktura była równoosiowa lub „splot koszowy” przed hartującą obróbką cieplną. Przykłady początkowych mikrostruktur zapewniających zadowalające właściwości pokazano na ryc. 17.4 (typy 1–7).
Tabela 17.10
Sposoby wzmacniania obróbki cieplnej stopów tytanu
| Gatunek stopu | Temperatura przemiany polimorficznej T pp, ° С | Temperatura | Temperatura | Czas trwania |
Początkowa iglasta struktura stopu z obecnością pierwotnych granic ziaren fazy b (typy 8–9) podczas przegrzewania po hartowaniu i starzeniu lub wyżarzaniu prowadzi do małżeństwa - spadku wytrzymałości i ciągliwości. Dlatego konieczne jest unikanie nagrzewania stopów (a + b) do temperatur wyższych od temperatury przemiany polimorficznej, ponieważ nie jest możliwe skorygowanie przegrzanej struktury przez obróbkę cieplną.
Ogrzewanie podczas obróbki cieplnej zaleca się prowadzić w piecach elektrycznych z automatyczną kontrolą i rejestracją temperatury. Aby zapobiec tworzeniu się kamienia, nagrzewanie gotowych detali i blach musi odbywać się w piecach z atmosferą ochronną lub z zastosowaniem powłok ochronnych.
Podczas nagrzewania elementów z cienkiej blachy do hartowania, na piecu umieszcza się blachę stalową o grubości 30-40 mm, aby wyrównać temperaturę i zmniejszyć ich wypaczanie. Do utwardzania części o złożonej konfiguracji i części cienkościennych stosuje się urządzenia blokujące, aby zapobiec wypaczeniu i smyczy.
Po obróbce w wysokiej temperaturze (hartowaniu lub wyżarzaniu) w piecu bez atmosfery ochronnej półprodukty, które nie są poddawane dalszej obróbce, muszą zostać poddane hydropiaskowaniu lub szlifowaniu korundowemu, a wyroby z blachy muszą być również wytrawione.
Podanie. Stopy tytanu o wysokiej wytrzymałości są używane do produkcji krytycznych części i zespołów: konstrukcji spawanych (VT6, VT14), turbin (VT3-1), zespołów spawanych metodą stemplowania (VT14), części wysoko obciążonych i konstrukcji tłoczonych (VT22). Stopy te mogą pracować długo w temperaturach do 400°C i krótkotrwale do 750°C.
Cechą wysokowytrzymałych stopów tytanu jako materiału konstrukcyjnego jest ich zwiększona wrażliwość na koncentratory naprężeń. Dlatego przy projektowaniu części z tych stopów konieczne jest uwzględnienie szeregu wymagań (poprawa jakości powierzchni, zwiększenie promieni przejścia z jednej sekcji do drugiej itp.), podobnych do tych, które istnieją przy obróbce stali o wysokiej wytrzymałości. używany.
Właściwości fizykochemiczne tytanu, otrzymywanie tytanu
Zastosowanie tytanu w postaci czystej oraz w postaci stopów, zastosowanie tytanu w postaci związków, fizjologiczne działanie tytanu
Sekcja 1. Historia i występowanie tytanu w przyrodzie.
Tytan -Ten element drugorzędnej podgrupy czwartej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 22. Prosta substancja tytan (numer CAS: 7440-32-6) jest lekkim metalem srebra -biały kolor. Występuje w dwóch odmianach krystalicznych: α-Ti z heksagonalną gęsto upakowaną siatką, β-Ti z sześciennym upakowaniem skupionym wokół ciała, temperatura przemiany polimorficznej α↔β wynosi 883 °C. Temperatura topnienia 1660±20 °C.
Historia i obecność w naturze tytanu
Titan został nazwany na cześć starożytnych greckich postaci Titans. Niemiecki chemik Martin Klaproth nazwał go w ten sposób ze swoich osobistych powodów, w przeciwieństwie do Francuzów, którzy próbowali nadawać nazwy zgodne z właściwościami chemicznymi pierwiastka, ale ponieważ właściwości pierwiastka były wówczas nieznane, taką nazwę wybrany.
Tytan to dziesiąty pierwiastek pod względem jego ilości na naszej planecie. Ilość tytanu w skorupie ziemskiej wynosi 0,57% wagowo i 0,001 miligrama na 1 litr wody morskiej. Złoża tytanu zlokalizowane są na terenie: RPA, Ukrainy, Rosji, Kazachstanu, Japonii, Australii, Indii, Cejlonu, Brazylii i Korei Południowej.
Pod względem właściwości fizycznych tytan jest metalem lekko srebrzystym, dodatkowo charakteryzuje się dużą lepkością podczas obróbki i ma skłonność do przyklejania się do narzędzia skrawającego, dlatego stosuje się specjalne smary lub natryski, aby wyeliminować ten efekt. W temperaturze pokojowej pokryty jest przezroczystą warstwą tlenku TiO2, dzięki czemu jest odporny na korozję w większości agresywnych środowisk, z wyjątkiem alkaliów. Pył tytanowy ma zdolność wybuchu o temperaturze zapłonu 400 °C. Wióry tytanowe są łatwopalne.
Do produkcji czystego tytanu lub jego stopów w większości przypadków stosuje się dwutlenek tytanu z niewielką liczbą zawartych w nim związków. Na przykład koncentrat rutylowy uzyskany przez wzbogacenie rud tytanu. Ale rezerwy rutylu są niezwykle małe, w związku z czym stosuje się tak zwany syntetyczny żużel rutylowy lub tytanowy, otrzymywany podczas przetwarzania koncentratów ilmenitu.
Za odkrywcę tytanu uważa się 28-letniego angielskiego mnicha Williama Gregora. W 1790 roku, prowadząc badania mineralogiczne w swojej parafii, zwrócił uwagę na występowanie i niezwykłe właściwości czarnego piasku w dolinie Menaken w południowo-zachodniej Anglii i zaczął go badać. W piasku ksiądz znalazł ziarna czarnego, błyszczącego minerału, przyciągniętego zwykłym magnesem. Otrzymany w 1925 roku przez Van Arkela i de Boera metodą jodkową najczystszy tytan okazał się metalem ciągliwym i technologicznym z wieloma cenne właściwości, który przyciągnął uwagę szerokiego grona projektantów i inżynierów. W 1940 roku Croll zaproponował termiczną metodę magnezowo-termiczną ekstrakcji tytanu z rud, która do dziś jest najważniejsza. W 1947 wyprodukowano pierwsze 45 kg komercyjnie czystego tytanu.
Tytan ma liczbę atomową 22 w układzie okresowym pierwiastków Mendelejewa. Masa atomowa tytan naturalny, obliczony na podstawie wyników badań jego izotopów, wynosi 47 926. Tak więc jądro obojętnego atomu tytanu zawiera 22 protony. Liczba neutronów, czyli obojętnych, nienaładowanych cząstek, jest inna: częściej 26, ale może wahać się od 24 do 28. Dlatego liczba izotopów tytanu jest inna. W sumie znanych jest obecnie 13 izotopów pierwiastka nr 22. Naturalny tytan składa się z mieszaniny pięciu stabilnych izotopów, najszerzej reprezentowany jest tytan-48, jego udział w rudach naturalnych wynosi 73,99%. Tytan i inne pierwiastki podgrupy IVB mają bardzo podobne właściwości do pierwiastków podgrupy IIIB (grupa skandowa), chociaż różnią się od tych ostatnich zdolnością do wykazywania dużej wartościowości. Podobieństwo tytanu do skandu, itru, a także pierwiastków z podgrupy VB - wanadu i niobu, wyraża się również w tym, że tytan często występuje w naturalnych minerałach wraz z tymi pierwiastkami. Z jednowartościowymi halogenami (fluor, brom, chlor i jod) może tworzyć związki di-tri- i tetra, z siarką i pierwiastkami z jej grupy (selen, tellur) - mono- i disiarczki, z tlenem - tlenki, dwutlenki i trójtlenki .
Tytan tworzy również związki z wodorem (wodorki), azotem (azotki), węglem (węgliki), fosforem (fosforki), arsenem (arsydy), a także związki z wieloma metalami - związki międzymetaliczne. Tytan tworzy nie tylko proste, ale także liczne związki złożone, wiele jego związków z substancjami organicznymi jest znanych. Jak widać z listy związków, w których może uczestniczyć tytan, jest on bardzo aktywny chemicznie. A jednocześnie tytan jest jednym z nielicznych metali o wyjątkowo wysokiej odporności na korozję: praktycznie wiecznie utrzymuje się w powietrzu, w zimnej i wrzącej wodzie, jest bardzo odporny w wodzie morskiej, w roztworach wielu soli nieorganicznych i organicznych. kwasy. Pod względem odporności na korozję w wodzie morskiej przewyższa wszystkie metale, z wyjątkiem szlachetnych - złota, platyny itp., większości gatunków stali nierdzewnej, niklu, miedzi i innych stopów. W wodzie, w wielu agresywnych środowiskach, czysty tytan nie podlega korozji. Odporny na korozję tytanu i erozję wynikającą z połączenia chemicznych i mechanicznych oddziaływań na metal. Pod tym względem nie ustępuje najlepszym gatunkom stali nierdzewnych, stopów miedzi i innych materiałów konstrukcyjnych. Tytan jest również odporny na korozję zmęczeniową, która często objawia się naruszeniem integralności i wytrzymałości metalu (pęknięcia, miejscowe ogniska korozji itp.). Zachowanie tytanu w wielu agresywnych środowiskach, takich jak azot, chlorowodór, siarka, „aqua regia” oraz inne kwasy i zasady, jest dla tego metalu zaskakujące i godne podziwu.
Tytan jest bardzo ogniotrwałym metalem. Przez długi czas wierzono, że topi się w 1800 ° C, ale w połowie lat 50-tych. Angielscy naukowcy Diardorf i Hayes ustalili temperaturę topnienia czystego pierwiastkowego tytanu. Wynosiła 1668 ± 3 ° C. Pod względem ogniotrwałości tytan ustępuje tylko takim metalom jak wolfram, tantal, niob, ren, molibden, platynoidy, cyrkon, a wśród głównych metali konstrukcyjnych zajmuje pierwsze miejsce. Najważniejszą cechą tytanu jako metalu jest jego unikalna fizyczna i Właściwości chemiczne: niska gęstość, wysoka wytrzymałość, twardość itp. Najważniejsze jest to, że te właściwości nie zmieniają się znacząco w wysokich temperaturach.
Tytan jest metalem lekkim, jego gęstość w 0°C wynosi tylko 4,517 g/cm8, a w 100°C 4,506 g/cm3. Tytan należy do grupy metali o ciężarze właściwym poniżej 5 g/cm3. Obejmuje to wszystkie metale alkaliczne (sód, kad, lit, rubid, cez) o ciężarze właściwym 0,9-1,5 g/cm3, magnez (1,7 g/cm3), aluminium (2,7 g/cm3) itd. Tytan to więcej niż 1,5 razy cięższy od aluminium iw tym oczywiście traci z nim, ale jest 1,5 razy lżejszy od żelaza (7,8 g/cm3). Jednak biorąc środek ciężkości pośrednia pozycja między aluminium i żelazem, tytan wielokrotnie przewyższa je pod względem właściwości mechanicznych.). Tytan ma znaczną twardość: jest 12 razy twardszy niż aluminium, 4 razy twardszy niż żelazo i miedź. Inną ważną cechą metalu jest jego granica plastyczności. Im jest wyższy, tym lepiej części wykonane z tego metalu wytrzymują obciążenia eksploatacyjne. Granica plastyczności tytanu jest prawie 18 razy wyższa niż aluminium. Specyficzną wytrzymałość stopów tytanu można zwiększyć o współczynnik 1,5-2. Jej wysokie właściwości mechaniczne dobrze zachowują się w temperaturach do kilkuset stopni. Czysty tytan nadaje się do wszystkich rodzajów obróbki w stanie gorącym i zimnym: może być kuty jak żelazo, ciągniony, a nawet przerabiany na drut, zwijany w arkusze, taśmy i folie o grubości do 0,01 mm.
W przeciwieństwie do większości metali, tytan ma znaczny opór elektryczny: jeśli przewodność elektryczna srebra przyjmie się jako 100, to przewodność elektryczna miedzi wynosi 94, aluminium 60, żelazo i platyna -15, a tytan tylko 3,8. Tytan jest metalem paramagnetycznym, nie jest namagnesowany jak żelazo w polu magnetycznym, ale nie jest z niego wypychany jak miedź. Jego podatność magnetyczna jest bardzo słaba, właściwość ta może być wykorzystana w budownictwie. Tytan ma stosunkowo niską przewodność cieplną, tylko 22,07 W/(mK), która jest około 3 razy niższa niż przewodność cieplna żelaza, 7 razy niższa niż magnez, 17–20 razy niższa niż aluminium i miedź. W związku z tym współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej tytanu jest niższy niż innych materiałów konstrukcyjnych: w temperaturze 20 C jest 1,5 razy niższy niż w przypadku żelaza, 2 - dla miedzi i prawie 3 - dla aluminium. Tak więc tytan jest słabym przewodnikiem elektryczności i ciepła.
Obecnie stopy tytanu znajdują szerokie zastosowanie w technice lotniczej. Stopy tytanu po raz pierwszy zastosowano na skalę przemysłową do budowy samolotów silników odrzutowych. Zastosowanie tytanu w konstrukcji silników odrzutowych umożliwia zmniejszenie ich masy o 10...25%. W szczególności tarcze i łopatki sprężarek, części wlotu powietrza, łopatki kierujące i elementy złączne są wykonane ze stopów tytanu. Stopy tytanu są niezbędne w samolotach naddźwiękowych. Wzrost prędkości lotu samolot doprowadziło do wzrostu temperatury naskórka, w wyniku czego stopy aluminium nie spełniają już wymagań technologii lotniczej dla prędkości naddźwiękowych. Temperatura skóry w tym przypadku sięga 246...316 °C. W tych warunkach stopy tytanu okazały się najbardziej akceptowalnym materiałem. W latach 70. znacznie wzrosło zastosowanie stopów tytanu do budowy płatowca samolotów cywilnych. W samolocie średniodystansowym TU-204 waga całkowita części wykonane ze stopów tytanu to 2570 kg. Zastosowanie tytanu w śmigłowcach stopniowo się rozszerza, głównie na części układu wirnika głównego, napęd i układ sterowania. W nauce rakietowej ważne miejsce zajmują stopy tytanu.
Ze względu na wysoką odporność na korozję w wodzie morskiej tytan i jego stopy są wykorzystywane w przemyśle stoczniowym do produkcji śrub napędowych, poszycia okrętów, okrętów podwodnych, torped itp. Pociski nie przyklejają się do tytanu i jego stopów, co gwałtownie zwiększa wytrzymałość naczynia podczas jego ruchu. Stopniowo rozszerzają się obszary zastosowań tytanu. Tytan i jego stopy wykorzystywane są w przemyśle chemicznym, petrochemicznym, papierniczym, spożywczym, metalurgii metali nieżelaznych, energetyce, elektronice, technice jądrowej, galwanotechnice, w produkcji broni, do produkcji płyt pancernych, narzędzi chirurgicznych, implanty chirurgiczne, instalacje do odsalania wody, części do samochodów wyścigowych, sprzęt sportowy (kije golfowe, sprzęt wspinaczkowy), części do zegarków, a nawet biżuteria. Azotowanie tytanu prowadzi do powstania na jego powierzchni złotego filmu, który nie ustępuje pięknemu prawdziwemu złotemu.
Odkrycia TiO2 dokonali niemal jednocześnie i niezależnie Anglik W. Gregor i niemiecki chemik M.G. Klaproth. W. Gregor, badając skład magnetycznego piasku żelazistego (Creed, Cornwall, Anglia, 1791), wyizolował nową „ziemię” (tlenek) z nieznanego metalu, który nazwał menaken. W 1795 r. niemiecki chemik Klaproth odkrył w rutylu nowy pierwiastek i nazwał go tytanem. Dwa lata później Klaproth ustalił, że rutyl i groźna ziemia są tlenkami tego samego pierwiastka, za którym pozostała nazwa „tytan” zaproponowana przez Klaprotha. Po 10 latach odkrycie tytanu miało miejsce po raz trzeci. Francuski naukowiec L. Vauquelin odkrył tytan w anatazie i udowodnił, że rutyl i anataz są identycznymi tlenkami tytanu.
Pierwszą próbkę metalicznego tytanu uzyskał w 1825 r. J. Ya Berzelius. Ze względu na wysoką aktywność chemiczną tytanu i złożoność jego oczyszczania, holenderscy A. van Arkel i I. de Boer uzyskali w 1925 r. próbkę czystego Ti poprzez rozkład termiczny par jodku tytanu TiI4.
Tytan jest dziesiątym najbogatszym gatunkiem w przyrodzie. Zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 0,57% masy, w wodzie morskiej 0,001 mg / l. 300 g/t w skałach ultrazasadowych, 9 kg/t w skałach zasadowych, 2,3 kg/t w skałach kwaśnych, 4,5 kg/t w glinach i łupkach. W skorupie ziemskiej tytan jest prawie zawsze czterowartościowy i występuje tylko w związkach tlenu. Nie występuje w postaci wolnej. Tytan w warunkach wietrzenia i opadów atmosferycznych wykazuje powinowactwo geochemiczne do Al2O3. Koncentruje się w boksytach skorupy wietrzeniowej oraz w morskich osadach ilastych. Przenoszenie tytanu odbywa się w postaci mechanicznych fragmentów minerałów oraz w postaci koloidów. W niektórych glinach gromadzi się do 30% wagowo TiO2. Minerały tytanu są odporne na warunki atmosferyczne i tworzą duże stężenia w placerach. Znanych jest ponad 100 minerałów zawierających tytan. Najważniejsze z nich to: rutyl TiO2, ilmenit FeTiO3, tytanomagnetyt FeTiO3 + Fe3O4, perowskit CaTiO3, tytanit CaTiSiO5. Istnieją pierwotne rudy tytanu - ilmenit-tytanomagnetyt i placer - rutyl-ilmenit-cyrkon.
Główne rudy: ilmenit (FeTiO3), rutyl (TiO2), tytanit (CaTiSiO5).
W 2002 roku 90% wydobytego tytanu wykorzystano do produkcji dwutlenku tytanu TiO2. Światowa produkcja dwutlenku tytanu wyniosła 4,5 miliona ton rocznie. Potwierdzone zasoby dwutlenku tytanu (bez Rosji) wynoszą ok. 800 mln t. Według US Geological Survey w 2006 r. w przeliczeniu na dwutlenek tytanu i z wyłączeniem Rosji zasoby rud ilmenitu wynoszą 603-673 mln ton, a rutylu. - 49,7-52,7 mln t. Tak więc przy obecnym tempie produkcji udokumentowane światowe rezerwy tytanu (bez Rosji) wystarczą na ponad 150 lat.
Rosja ma drugie co do wielkości rezerwy tytanu na świecie po Chinach. Baza mineralna tytanu w Rosji składa się z 20 złóż (z których 11 to złoża pierwotne, a 9 to aluwialne), dość równomiernie rozproszonych w całym kraju. Największy ze zbadanych złóż (Jaregskoje) znajduje się 25 km od miasta Uchta (Republika Komi). Zasoby złoża szacowane są na 2 mld ton rudy o średniej zawartości dwutlenku tytanu ok. 10%.
Największym producentem tytanu na świecie jest rosyjska firma VSMPO-AVISMA.
Z reguły materiałem wyjściowym do produkcji tytanu i jego związków jest dwutlenek tytanu ze stosunkowo niewielką ilością zanieczyszczeń. W szczególności może to być koncentrat rutylowy uzyskany podczas wzbogacania rud tytanu. Zasoby rutylu na świecie są jednak bardzo ograniczone i coraz częściej stosowany jest tzw. W celu uzyskania żużla tytanowego koncentrat ilmenitu jest redukowany w elektrycznym piecu łukowym, podczas gdy żelazo jest rozdzielane na fazę metaliczną (żeliwo), a niezredukowane tlenki tytanu i zanieczyszczenia tworzą fazę żużla. Bogaty żużel przetwarzany jest metodą chlorkową lub kwasem siarkowym.
W czystej postaci i w postaci stopów
Tytanowy pomnik Gagarina na Leninsky Prospekt w Moskwie
Metal znajduje zastosowanie w: przemyśle chemicznym (reaktory, rurociągi, pompy, armatura rurociągów), przemyśle wojskowym (kamizelki kuloodporne, pancerze i zapory przeciwpożarowe w lotnictwie, kadłuby okrętów podwodnych), procesach przemysłowych (odsalanie, procesy celulozowo-papiernicze), przemyśle motoryzacyjnym , przemysł rolniczy, przemysł spożywczy, biżuteria do piercingu, przemysł medyczny (protezy, osteoprotezy), instrumenty dentystyczne i endodontyczne, implanty dentystyczne, artykuły sportowe, biżuteria (Aleksander Chomow), telefony komórkowe, stopy lekkie itp. Jest to najważniejszy materiał konstrukcyjny w samolotach, rakiecie, przemyśle stoczniowym.
Odlewanie tytanu odbywa się w piecach próżniowych w formach grafitowych. Stosowane jest również odlewanie próżniowe. Ze względu na trudności technologiczne w ograniczonym stopniu jest stosowany w odlewnictwie artystycznym. Pierwszą monumentalną rzeźbą z odlewu tytanowego na świecie jest pomnik Jurija Gagarina na placu jego imienia w Moskwie.
Tytan jest dodatkiem stopowym w wielu stalach stopowych i większości specjalnych stopów.
Nitinol (nikiel-tytan) to stop z pamięcią kształtu stosowany w medycynie i technologii.
Aluminiki tytanu są bardzo odporne na utlenianie i żaroodporne, co z kolei przesądziło o ich zastosowaniu w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym jako materiałów konstrukcyjnych.
Tytan jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów getterowych stosowanych w pompach wysokopróżniowych.
Biały dwutlenek tytanu (TiO2) stosowany jest w farbach (np. biel tytanowa) oraz w produkcji papieru i tworzyw sztucznych. Dodatek do żywności E171.
Związki tytanoorganiczne (np. tetrabutoksytytan) są stosowane jako katalizator i utwardzacz w przemyśle chemicznym i farbiarskim.
Nieorganiczne związki tytanu są stosowane w przemyśle chemicznym, elektronicznym, włókien szklanych jako dodatki lub powłoki.
Węglik tytanu, dwuborek tytanu, węgloazotek tytanu są ważnymi składnikami supertwardych materiałów do obróbki metali.
Azotek tytanu jest używany do powlekania narzędzi, kopuł kościelnych oraz do produkcji biżuterii, ponieważ. ma kolor zbliżony do złota.
Tytanian baru BaTiO3, tytanian ołowiu PbTiO3 i szereg innych tytanianów to ferroelektryki.
Istnieje wiele stopów tytanu z różnymi metalami. Pierwiastki stopowe dzielą się na trzy grupy w zależności od ich wpływu na temperaturę przemian polimorficznych: stabilizatory beta, stabilizatory alfa i utwardzacze neutralne. Te pierwsze obniżają temperaturę przemiany, drugie podwyższają, a te drugie nie wpływają na nią, ale prowadzą do przesycenia osnowy. Przykłady stabilizatorów alfa: glin, tlen, węgiel, azot. Beta stabilizatory: molibden, wanad, żelazo, chrom, nikiel. Utwardzacze neutralne: cyrkon, cyna, silikon. Z kolei beta-stabilizatory dzielą się na beta-izomorficzne i beta-eutektoidalne. Najpopularniejszym stopem tytanu jest stop Ti-6Al-4V (w Klasyfikacja rosyjska- BT6).
60% - farba;
20% - plastik;
13% - papier;
7% - inżynieria mechaniczna.
15-25 USD za kilogram, w zależności od czystości.
O czystości i gatunku szorstkiego tytanu (gąbki tytanowej) decyduje zwykle jego twardość, która zależy od zawartości zanieczyszczeń. Najpopularniejsze marki to TG100 i TG110.
Cena ferrotytanu (minimum 70% tytanu) na dzień 22.12.2010 wynosi 6,82 USD za kilogram. W dniu 01.01.2010 cena utrzymywała się na poziomie 5,00 USD za kilogram.
W Rosji ceny tytanu na początku 2012 roku wynosiły 1200-1500 rubli/kg.
Zalety:
niska gęstość (4500 kg / m3) pomaga zmniejszyć masę użytego materiału;
wysoka wytrzymałość mechaniczna. Należy zauważyć, że w podwyższonych temperaturach (250-500 °C) stopy tytanu mają wyższą wytrzymałość niż wysokowytrzymałe stopy aluminium i magnezu;
niezwykle wysoka odporność korozyjna, dzięki zdolności tytanu do tworzenia na powierzchni cienkich (5-15 mikronów) ciągłych warstw tlenku TiO2 mocno związanych z masą metalową;
wytrzymałość właściwa (stosunek wytrzymałości do gęstości) najlepszych stopów tytanu sięga 30-35 lub więcej, co stanowi prawie dwukrotność wytrzymałości właściwej stali stopowych.
Niedogodności:
wysoki koszt produkcji, tytan jest znacznie droższy niż żelazo, aluminium, miedź, magnez;
aktywne oddziaływanie w wysokich temperaturach, zwłaszcza w stanie ciekłym, ze wszystkimi gazami tworzącymi atmosferę, w wyniku czego tytan i jego stopy mogą być topione tylko w próżni lub w środowisku gazu obojętnego;
trudności związane z produkcją odpadów tytanowych;
słabe właściwości przeciwcierne ze względu na przywieranie tytanu do wielu materiałów, tytan w połączeniu z tytanem nie może działać na tarcie;
wysoka skłonność tytanu i wielu jego stopów do kruchości wodorowej i korozji solnej;
słaba skrawalność podobna do austenitycznych stali nierdzewnych;
wysoka reaktywność, tendencja do rozrostu ziaren w wysokiej temperaturze oraz przemian fazowych podczas cyklu spawania powodują trudności w spawaniu tytanu.
Główną część tytanu przeznacza się na potrzeby technologii lotniczej i rakietowej oraz budowy statków morskich. Tytan (żelazotytan) jest stosowany jako dodatek stopowy do stali wysokiej jakości oraz jako odtleniacz. Tytan techniczny wykorzystywany jest do produkcji zbiorników, reaktorów chemicznych, rurociągów, armatury, pomp, zaworów i innych wyrobów pracujących w środowiskach agresywnych. Siatki i inne części urządzeń elektropróżniowych pracujących w wysokich temperaturach wykonane są z kompaktowego tytanu.
Pod względem wykorzystania jako materiał konstrukcyjny, tytan zajmuje 4 miejsce, ustępując jedynie Al, Fe i Mg. Aluminiki tytanu są bardzo odporne na utlenianie i żaroodporne, co z kolei przesądziło o ich zastosowaniu w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym jako materiałów konstrukcyjnych. Bezpieczeństwo biologiczne tytanu sprawia, że jest to doskonały materiał dla przemysłu spożywczego i chirurgii rekonstrukcyjnej.
Tytan i jego stopy są szeroko stosowane w inżynierii ze względu na ich wysoką wytrzymałość mechaniczną, która jest utrzymywana w wysokich temperaturach, odporność na korozję, odporność na ciepło, wytrzymałość właściwą, niską gęstość i inne użyteczne właściwości. Wysoki koszt tytanu i jego stopów jest w wielu przypadkach rekompensowany ich większą wydajnością, a w niektórych przypadkach jest to jedyny materiał, z którego można wyprodukować urządzenia lub konstrukcje zdolne do pracy w określonych warunkach.
Stopy tytanu odgrywają ważną rolę w technice lotniczej, gdzie celem jest uzyskanie jak najlżejszego projektu w połączeniu z wymaganą wytrzymałością. Tytan jest lekki w porównaniu do innych metali, ale jednocześnie może pracować w wysokich temperaturach. Stopy tytanu są używane do produkcji poszycia, elementów mocujących, zespołu napędowego, części podwozia i różnych jednostek. Materiały te są również wykorzystywane do budowy samolotów silników odrzutowych. Pozwala to zmniejszyć ich wagę o 10-25%. Stopy tytanu są używane do produkcji tarcz i łopatek sprężarek, części wlotu powietrza i łopatek kierujących oraz elementów złącznych.
Tytan i jego stopy są również wykorzystywane w nauce rakietowej. W związku z krótkotrwałą pracą silników i szybkim przechodzeniem gęstych warstw atmosfery w nauce rakietowej problemy wytrzymałości zmęczeniowej, wytrzymałości statycznej i częściowo pełzania są w dużej mierze usunięte.
Tytan techniczny nie nadaje się do zastosowań lotniczych ze względu na niewystarczająco wysoką odporność cieplną, ale ze względu na wyjątkowo wysoką odporność na korozję w niektórych przypadkach jest niezbędny w przemyśle chemicznym i stoczniowym. Jest więc stosowany w produkcji sprężarek i pomp do pompowania tak agresywnych mediów jak siarka i kwas chlorowodorowy i ich sole, rurociągi, zawory, autoklawy, różne pojemniki, filtry itp. Tylko tytan ma odporność na korozję w środowiskach takich jak wilgotny chlor, wodne i kwaśne roztwory chloru, dlatego też urządzenia dla przemysłu chlorowego są wykonane z tego metalu. Tytan służy do wytwarzania wymienników ciepła, które działają w środowiskach korozyjnych, np. w kwasie azotowym (nie dymiącym). W przemyśle stoczniowym tytan jest używany do produkcji śrub napędowych, poszycia statków, okrętów podwodnych, torped itp. Pociski nie przyklejają się do tytanu i jego stopów, co gwałtownie zwiększa wytrzymałość naczynia podczas jego ruchu.
Stopy tytanu są obiecujące w wielu innych zastosowaniach, ale ich wykorzystanie w technologii jest ograniczone wysokimi kosztami i niedoborem tytanu.
Związki tytanu są również szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Węglik tytanu ma wysoką twardość i jest używany do produkcji narzędzi skrawających oraz materiałów ściernych. Biały dwutlenek tytanu (TiO2) stosowany jest w farbach (np. biel tytanowa) oraz w produkcji papieru i tworzyw sztucznych. Związki tytanoorganiczne (np. tetrabutoksytytan) są stosowane jako katalizator i utwardzacz w przemyśle chemicznym i farbiarskim. Nieorganiczne związki tytanu są stosowane w przemyśle chemicznym, elektronicznym, włókien szklanych jako dodatek. Diborek tytanu jest ważnym składnikiem supertwardych materiałów do obróbki metali. Do powlekania narzędzi stosuje się azotek tytanu.
Przy obecnych wysokich cenach tytanu stosuje się go głównie do produkcji sprzętu wojskowego, gdzie główną rolę odgrywa nie koszt, ale parametry techniczne. Niemniej jednak znane są przypadki wykorzystania unikalnych właściwości tytanu na potrzeby cywilne. Wraz ze spadkiem ceny tytanu i wzrostem jego produkcji, wykorzystanie tego metalu w celach wojskowych i cywilnych będzie się coraz bardziej zwiększać.
Lotnictwo. Niski ciężar właściwy i wysoka wytrzymałość (szczególnie w podwyższonych temperaturach) tytanu i jego stopów czynią je niezwykle cennymi materiałami lotniczymi. W dziedzinie budowy samolotów i produkcji silników lotniczych tytan coraz częściej zastępuje aluminium i stal nierdzewną. Wraz ze wzrostem temperatury aluminium szybko traci swoją wytrzymałość. Z drugiej strony tytan ma wyraźną przewagę wytrzymałościową w temperaturach do 430°C, a podwyższone temperatury tego rzędu występują przy dużych prędkościach ze względu na nagrzewanie aerodynamiczne. Zaletą zastąpienia stali tytanem w lotnictwie jest zmniejszenie masy bez poświęcania wytrzymałości. Ogólna redukcja masy przy zwiększonej wydajności w podwyższonych temperaturach pozwala na zwiększenie ładowności, zasięgu i zwrotności samolotu. Tłumaczy to wysiłki zmierzające do rozszerzenia zastosowania tytanu w konstrukcji samolotów w produkcji silników, konstrukcji kadłubów, produkcji poszycia, a nawet elementów złącznych.
W konstrukcji silników odrzutowych tytan wykorzystywany jest głównie do produkcji łopatek sprężarek, tarcz turbin i wielu innych elementów tłoczonych. Tutaj tytan zastępuje nierdzewne i poddane obróbce cieplnej stale stopowe. Oszczędność jednego kilograma masy silnika pozwala zaoszczędzić do 10 kg całkowitej masy samolotu dzięki odciążeniu kadłuba. W przyszłości planuje się wykorzystanie blachy tytanowej do produkcji obudów komór spalania silnika.
W budowie samolotów tytan jest szeroko stosowany w elementach kadłuba pracujących w podwyższonych temperaturach. Blacha tytanowa wykorzystywana jest do produkcji wszelkiego rodzaju osłon, osłon kabli oraz prowadnic do pocisków. Różne elementy usztywniające, ramy kadłuba, żebra itp. wykonane są ze stopowych blach tytanowych.
Osłony, klapy, osłony kabli i prowadnice pocisków wykonane są z niestopowego tytanu. Tytan stopowy jest używany do produkcji ramy kadłuba, ram, rurociągów i przegród przeciwpożarowych.
Tytan jest coraz częściej wykorzystywany w konstrukcji samolotów F-86 i F-100. W przyszłości tytan będzie wykorzystywany do produkcji drzwi podwozia, przewodów hydraulicznych, rur wydechowych i dysz, dźwigarów, klap, rozpórek składanych itp.
Z tytanu można wytwarzać płyty pancerne, łopaty śmigieł i skrzynki na pociski.
Obecnie tytan jest używany do budowy samolotów wojskowych Douglas X-3 dla skóry, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 i Boeing B-52.
Tytan wykorzystywany jest również do budowy samolotów cywilnych DC-7. Firma Douglas, zastępując stopy aluminium i stal nierdzewną tytanem w produkcji gondoli silnika i przegród ogniowych, osiągnęła już oszczędności w masie konstrukcji samolotu rzędu 90 kg. Obecnie masa części tytanowych w tym samolocie wynosi 2%, a liczba ta ma zostać zwiększona do 20% całkowitej masy samolotu.
Zastosowanie tytanu umożliwia zmniejszenie masy śmigłowców. Do podłóg i drzwi stosowana jest blacha tytanowa. Znaczącą redukcję masy śmigłowca (ok. 30 kg) osiągnięto poprzez zastąpienie stali stopowej tytanem do poszycia łopat jego wirników.
Marynarka wojenna. Odporność na korozję tytanu i jego stopów sprawia, że są one bardzo cennym materiałem na morzu. Departament Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych intensywnie bada odporność tytanu na korozję na działanie gazów spalinowych, pary, oleju i wody morskiej. Wysoka wytrzymałość właściwa tytanu ma prawie takie samo znaczenie w sprawach morskich.
Niski ciężar właściwy metalu w połączeniu z odpornością na korozję zwiększa zwrotność i zasięg statków, a także obniża koszty konserwacji części materiałowej i jej naprawy.
Zastosowania tytanu w marynarce wojennej obejmują tłumiki wydechowe do podwodnych silników Diesla, tarcze przyrządów, cienkościenne rury do skraplaczy i wymienników ciepła. Według ekspertów tytan, jak żaden inny metal, jest w stanie wydłużyć żywotność tłumików wydechu na okrętach podwodnych. W przypadku tarcz pomiarowych wystawionych na działanie słonej wody, benzyny lub oleju, tytan zapewnia większą trwałość. Poszukuje się możliwości zastosowania tytanu do produkcji rur wymienników ciepła, który powinien być odporny na korozję w wodzie morskiej myjącej rury z zewnątrz, a jednocześnie wytrzymać działanie skroplin spalin przepływających w ich wnętrzu. Rozważana jest możliwość wykonania z tytanu anten i elementów instalacji radarowych, od których wymaga się odporności na działanie spalin i wody morskiej. Tytan może być również wykorzystany do produkcji części takich jak zawory, śmigła, części turbin itp.
Artyleria. Podobno największym potencjalnym konsumentem tytanu może być artyleria, gdzie obecnie trwają intensywne badania nad różnymi prototypami. Jednak w tym obszarze standaryzowana jest produkcja tylko pojedynczych części oraz części wykonanych z tytanu. Dość ograniczone wykorzystanie tytanu w artylerii o dużym zakresie badań tłumaczy się jego wysokim kosztem.
Przebadano różne części wyposażenia artyleryjskiego pod kątem możliwości zastąpienia konwencjonalnych materiałów tytanem, przy obniżeniu cen tytanu. Główną uwagę zwrócono na części, dla których istotne jest zmniejszenie wagi (części przenoszone ręcznie i transportowane drogą powietrzną).
Podstawa do zaprawy z tytanu zamiast stali. Dzięki takiej wymianie i po pewnych przeróbkach zamiast stalowej płyty z dwóch połówek o łącznej wadze 22 kg udało się stworzyć jedną część o wadze 11 kg. Dzięki tej wymianie możliwe jest zmniejszenie liczby personelu serwisowego z trzech do dwóch. Rozważa się możliwość wykorzystania tytanu do produkcji przerywaczy ognia do broni palnej.
Testowane są wykonane z tytanu mocowania działa, krzyże karetki i cylindry odrzutu. Tytan może być szeroko stosowany w produkcji pocisków kierowanych i rakiet.
Pierwsze badania tytanu i jego stopów wykazały możliwość wytwarzania z nich płyt pancernych. Zastąpienie pancerza stalowego (grubość 12,7 mm) pancerzem tytanowym o tej samej odporności na pocisk (16 mm grubości) pozwala, zgodnie z tymi badaniami, zaoszczędzić do 25% masy.
Wysokiej jakości stopy tytanu dają nadzieję na możliwość zastąpienia blach stalowych blachami tytanowymi o jednakowej grubości, co pozwala zaoszczędzić do 44% wagi. Aplikacja na skalę przemysłową Tytan zapewni większą zwrotność, zwiększy zasięg transportu i wytrzymałość działa. Poziom nowoczesny Rozwój transportu lotniczego uwidacznia zalety lekkich samochodów pancernych i innych pojazdów wykonanych z tytanu. Departament Artylerii zamierza wyposażyć piechotę w hełmy, bagnety, granatniki i ręczne miotacze ognia wykonany z tytanu. Stop tytanu został po raz pierwszy użyty w artylerii do produkcji tłoków niektórych pistoletów automatycznych.
Transport. Wiele korzyści wynikających z zastosowania tytanu w produkcji materiałów opancerzonych dotyczy również pojazdów.
Zastąpienie tytanem materiałów konstrukcyjnych obecnie zużywanych przez przedsiębiorstwa inżynierii transportowej powinno prowadzić do zmniejszenia zużycia paliwa, zwiększenia ładowności, zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej części mechanizmów korbowych itp. szyny kolejowe konieczne jest zmniejszenie martwego ciężaru. Znaczne zmniejszenie masy całkowitej taboru dzięki zastosowaniu tytanu pozwoli zaoszczędzić na przyczepności, zmniejszy wymiary szyjek i maźnic.
W przypadku przyczep ważna jest również waga. Pojazd. Tutaj zastąpienie stali tytanem w produkcji osi i kół również zwiększyłoby ładowność.
Wszystkie te możliwości można zrealizować poprzez obniżenie ceny tytanu z 15 do 2-3 dolarów za funt półfabrykatów tytanowych.
Przemysł chemiczny. W produkcji urządzeń dla przemysłu chemicznego niezwykle ważna jest odporność metalu na korozję. Niezbędne jest również zmniejszenie wagi i zwiększenie wytrzymałości sprzętu. Logicznie należy przyjąć, że tytan mógłby zapewnić szereg korzyści w produkcji urządzeń do transportu z niego kwasów, zasad i soli nieorganicznych. Dodatkowe możliwości zastosowania tytanu otwierają się w produkcji takich urządzeń jak zbiorniki, kolumny, filtry oraz wszelkiego rodzaju butle wysokociśnieniowe.
Zastosowanie orurowania tytanowego może poprawić sprawność wężownic grzewczych w autoklawach laboratoryjnych i wymiennikach ciepła. O przydatności tytanu do produkcji cylindrów, w których gazy i ciecze przechowywane są przez długi czas pod ciśnieniem, świadczy zastosowanie w mikroanalizie produktów spalania zamiast cięższej szklanej rurki (pokazanej w górnej części zdjęcia). Ze względu na małą grubość ścianki i niski ciężar właściwy, probówkę tę można ważyć na mniejszych, bardziej czułych wagach analitycznych. Tutaj połączenie lekkości i odporności na korozję poprawia dokładność analizy chemicznej.
Inne aplikacje. Zastosowanie tytanu jest celowe w przemyśle spożywczym, naftowym i elektrycznym, a także w produkcji narzędzi chirurgicznych oraz w samej chirurgii.
Stoły do przygotowywania potraw, stoły parowe wykonane z tytanu przewyższają jakością wyroby stalowe.
W branży wiertniczej nafty i gazu walka z korozją ma ogromne znaczenie, dlatego zastosowanie tytanu pozwoli na rzadszą wymianę prętów korodujących urządzeń. W produkcji katalitycznej i do produkcji rurociągów naftowych pożądane jest stosowanie tytanu, który zachowuje właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach i ma dobrą odporność na korozję.
W przemyśle elektrycznym tytan może być stosowany do opancerzenia kabli ze względu na dobrą wytrzymałość właściwą, wysoką oporność elektryczną i właściwości niemagnetyczne.
W różnych branżach zaczynają być stosowane łączniki w takiej czy innej formie wykonane z tytanu. Dalsza ekspansja zastosowania tytanu jest możliwa do produkcji narzędzi chirurgicznych, głównie ze względu na jego odporność na korozję. Narzędzia tytanowe są pod tym względem lepsze od konwencjonalnych narzędzi chirurgicznych, gdy są wielokrotnie gotowane lub autoklawowane.
W dziedzinie chirurgii tytan okazał się lepszy niż witalium i stale nierdzewne. Obecność tytanu w ciele jest całkiem do przyjęcia. Płytka i śruby wykonane z tytanu do mocowania kości znajdowały się w ciele zwierzęcia przez kilka miesięcy, a kość wrosła w gwinty śrub i w otwór w płytce.
Zaletą tytanu jest również to, że na płytce tworzy się tkanka mięśniowa.
Około połowa produktów tytanowych wytwarzanych na świecie jest zwykle wysyłana do cywilnego przemysłu lotniczego, jednak jego upadek po znanych tragicznych wydarzeniach zmusza wielu uczestników przemysłu do poszukiwania nowych zastosowań dla tytanu. Materiał ten stanowi pierwszą część wyboru publikacji w zagranicznej prasie metalurgicznej poświęconych perspektywom tytanu we współczesnych warunkach. Według jednego z czołowych amerykańskich producentów tytanu RT1, z łącznego wolumenu produkcji tytanu w skali światowej na poziomie 50-60 tys. ton rocznie, segment lotniczy odpowiada za zużycie nawet 40 zastosowań przemysłowych stanowią 34, a obszar wojskowy 16 , a około 10 stanowiło wykorzystanie tytanu w produktach konsumenckich. Przemysłowe zastosowania tytanu obejmują procesy chemiczne, energetykę, przemysł naftowy i gazowy, zakłady odsalania. Wojskowe zastosowania nielotnicze obejmują przede wszystkim zastosowanie w pojazdach artyleryjskich i bojowych. Sektory o znaczącym wykorzystaniu tytanu to przemysł motoryzacyjny, architektura i budownictwo, artykuły sportowe i biżuteria. Prawie cały tytan we wlewkach jest produkowany w USA, Japonii i WNP – Europa stanowi tylko 3,6 globalnego wolumenu. Regionalne rynki końcowego zastosowania tytanu są bardzo zróżnicowane - najbardziej uderzającym przykładem oryginalności jest Japonia, gdzie cywilny sektor lotniczy odpowiada jedynie za 2-3, zużywając 30 całkowitego zużycia tytanu w sprzęcie i elementach konstrukcyjnych zakładów chemicznych. Około 20 całkowitego popytu w Japonii pochodzi z energia atomowa a w elektrowniach na paliwo stałe reszta w architekturze, medycynie i sporcie. Odwrotny obraz obserwuje się w USA i Europie, gdzie wyłącznie bardzo ważne ma zużycie w sektorze lotniczym - odpowiednio 60-75 i 50-60 dla każdego regionu. W USA tradycyjnie mocnymi rynkami końcowymi są chemikalia, sprzęt medyczny, sprzęt przemysłowy, podczas gdy w Europie największy udział ma przemysł naftowo-gazowy oraz budowlany. Duże uzależnienie od przemysłu lotniczego od dawna stanowi problem dla przemysłu tytanowego, który stara się rozszerzyć zastosowania tytanu, zwłaszcza w obecnym kryzysie w lotnictwo cywilne na globalną skalę. Według US Geological Survey w pierwszym kwartale 2003 roku nastąpił znaczny spadek importu gąbki tytanowej - tylko 1319 ton, czyli o 62 mniej niż 3431 ton w analogicznym okresie 2002 roku. Sektor lotniczy i kosmiczny zawsze będzie jednym z wiodących rynków dla tytanu, ale my w przemyśle tytanowym musimy stawić czoła wyzwaniu i zrobić wszystko, co w naszej mocy, aby upewnić się, że nasza branża nie rozwija się i nie ma cykli recesji w sektorze lotniczym. Niektórzy z wiodących producentów tytanu dostrzegają rosnące możliwości na istniejących rynkach, z których jednym jest rynek sprzętu i materiałów podmorskich. Według Martina Proko, Kierownika Sprzedaży i Dystrybucji RT1, tytan jest używany w energetyce i zastosowaniach podwodnych od wczesnych lat 80-tych, ale dopiero w ciągu ostatnich pięciu lat obszary te stale się rozwijają, z odpowiednim wzrostem niszę rynkową. W sektorze podmorskim wzrost jest napędzany głównie przez operacje wiercenia na większych głębokościach, gdzie tytan jest najbardziej odpowiednim materiałem. Jego, że tak powiem, podwodny cykl życia wynosi pięćdziesiąt lat, co odpowiada zwyczajowemu czasowi trwania projektów podwodnych. Wymieniliśmy już obszary, w których prawdopodobny jest wzrost wykorzystania tytanu. Kierownik sprzedaży Howmet Ti-Cast, Bob Funnell, zauważa, że obecny stan rynku można postrzegać jako możliwości rozwoju w nowych obszarach, takich jak części obrotowe do turbosprężarek do samochodów ciężarowych, rakiety i pompy.
Jednym z naszych bieżących projektów jest opracowanie lekkich systemów artyleryjskich BAE Butitzer XM777 o kalibrze 155 mm. Nowmet dostarczy 17 z 28 konstrukcyjnych zespołów tytanowych dla każdego mocowania pistoletu, dostarczanych w częściach marines Stany Zjednoczone mają rozpocząć się w sierpniu 2004 roku. Przy całkowitej masie działa 9800 funtów około 4,44 tony, tytan stanowi około 2600 funtów z około 1,18 tony tytanu w jego konstrukcji – zastosowano stop 6A14U z dużą liczbą odlewów, mówi Frank Hrster, szef systemów wsparcia ogniowego. BAE Sy81et8. Ten system XM777 ma zastąpić obecny system M198 Newitzer, który waży około 17 000 funtów i około 7,71 tony. Produkcja seryjna planowana jest na okres od 2006 do 2010 roku - wstępnie planowane są dostawy do USA, Wielkiej Brytanii i Włoch, ale program może zostać rozszerzony o dostawy do krajów członkowskich NATO. John Barber z Timet zwraca uwagę, że przykładami sprzętu wojskowego, które wykorzystują w swojej konstrukcji znaczne ilości tytanu, są czołg Abramé i wóz bojowy Bradley. Od dwóch lat realizowany jest wspólny program NATO, USA i Wielkiej Brytanii mający na celu zintensyfikowanie wykorzystania tytanu w uzbrojeniu i systemach obronnych. Jak już niejednokrotnie zauważono, tytan bardzo dobrze nadaje się do zastosowania w motoryzacji, jednak udział tego kierunku jest raczej skromny – według Włoch około 1 w całkowitej ilości zużywanego tytanu, czyli 500 ton rocznie. firma Poggipolini, producent tytanowych podzespołów i części do motocykli Formuły 1 i wyścigowych. Daniele Stoppolini, szef działu badań i rozwoju w tej firmie uważa, że obecne zapotrzebowanie na tytan w tym segmencie rynku kształtuje się na poziomie 500 ton, przy masowym wykorzystaniu tego materiału w budowie zaworów, sprężyn, układów wydechowych, przekładni wały, śruby, mogą potencjalnie wzrosnąć do poziomu prawie nie 16 000 ton rocznie. Dodał, że jego firma dopiero zaczyna rozwijać zautomatyzowaną produkcję śrub tytanowych w celu obniżenia kosztów produkcji. Jego zdaniem, czynnikami ograniczającymi, przez które zastosowanie tytanu nie rozwija się znacząco w motoryzacji, jest nieprzewidywalność popytu oraz niepewność podaży surowców. Jednocześnie duża potencjalna nisza dla tytanu pozostaje w przemyśle motoryzacyjnym, łącząc optymalne właściwości wagowe i wytrzymałościowe dla sprężyn śrubowych i układów wydechowych. Niestety na rynku amerykańskim szerokie zastosowanie tytanu w tych układach zaznacza jedynie dość ekskluzywny półsportowy model Chevrolet Corvette Z06, który w żaden sposób nie może pretendować do miana samochodu masowego. Jednak ze względu na bieżące wyzwania związane z oszczędnością paliwa i odpornością na korozję, perspektywy dla tytanu w tym obszarze pozostają. W celu uzyskania aprobaty na rynkach zastosowań innych niż lotnicze i niemilitarne, w jego nazwie utworzono niedawno spółkę joint venture UNITI, w której gra się słowo jedność - jedność i Ti - oznaczenie tytanu w układzie okresowym pierwiastków jako część światowego wiodący producenci tytanu – amerykański Allegheny Technologies i rosyjski VSMPO-Avisma. Rynki te zostały celowo wykluczone, powiedział Carl Moulton, prezes nowej firmy, ponieważ zamierzamy uczynić z nowej firmy wiodącego dostawcę dla branż wykorzystujących części i podzespoły z tytanu, głównie petrochemii i energetyki. Ponadto zamierzamy aktywnie wprowadzać na rynek urządzenia do odsalania, pojazdy, produkty konsumenckie i elektronikę. Wierzę, że nasze zakłady produkcyjne dobrze się uzupełniają - VSMPO ma wybitne możliwości w zakresie produkcji wyrobów końcowych, Allegheny ma doskonałe tradycje w produkcji wyrobów walcowanych na zimno i na gorąco z tytanu. Oczekuje się, że udział UNITI w światowym rynku produktów tytanowych wyniesie 45 milionów funtów, około 20.411 ton. Rynek sprzętu medycznego można uznać za rynek stale rozwijający się – według British Titanium International Group roczna zawartość tytanu na całym świecie w różnych implantach i protezach wynosi około 1000 ton, a liczba ta będzie rosła, ponieważ możliwości chirurgii do zastąpienia ludzkie stawy po wypadkach lub urazach. Oprócz oczywistych zalet elastyczności, wytrzymałości, lekkości, tytan jest wysoce kompatybilny z ciałem w sensie biologicznym ze względu na brak korozji tkanek i płynów w ludzkim ciele. W stomatologii gwałtownie rośnie także wykorzystanie protez i implantów – według Amerykańskiego Towarzystwa Stomatologicznego trzy razy w ciągu ostatnich dziesięciu lat, głównie ze względu na właściwości tytanu. Choć zastosowanie tytanu w architekturze datuje się od ponad 25 lat, jego powszechne zastosowanie w tym obszarze rozpoczęło się dopiero w roku ostatnie lata. Rozbudowa lotniska w Abu Dhabi w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, której zakończenie zaplanowano na 2006 r., pochłonie do 1,5 miliona funtów z około 680 ton tytanu. Sporo różnorodnych projektów architektoniczno-budowlanych z wykorzystaniem tytanu planuje się zrealizować nie tylko w rozwiniętych krajach USA, Kanadzie, Wielkiej Brytanii, Niemczech, Szwajcarii, Belgii, Singapurze, ale także w Egipcie i Peru.
Segment rynku dóbr konsumpcyjnych jest obecnie najszybciej rozwijającym się segmentem rynku tytanu. Podczas gdy 10 lat temu ten segment stanowił zaledwie 1-2 rynku tytanu, dziś urósł do 8-10 rynku. Ogólnie rzecz biorąc, konsumpcja tytanu w przemyśle dóbr konsumpcyjnych wzrosła około dwukrotnie szybciej niż cały rynek tytanu. Stosowanie tytanu w sporcie trwa najdłużej i ma największy udział w wykorzystaniu tytanu w produktach konsumenckich. Powód popularności tytanu w sprzęcie sportowym jest prosty - pozwala uzyskać stosunek masy do wytrzymałości lepszy niż jakikolwiek inny metal. Zastosowanie tytanu w rowerach rozpoczęło się około 25-30 lat temu i było pierwszym zastosowaniem tytanu w sprzęcie sportowym. Stosowane są głównie rury ze stopu Ti3Al-2,5V ASTM Grade 9. Inne części wykonane ze stopów tytanu to hamulce, koła zębate i sprężyny gniazd. Stosowanie tytanu w produkcji kijów golfowych po raz pierwszy rozpoczęło się pod koniec lat 80. i na początku lat 90. przez producentów kijów w Japonii. Przed 1994-1995 takie zastosowanie tytanu było praktycznie nieznane w Stanach Zjednoczonych i Europie. To się zmieniło, gdy Callaway wprowadził tytanowy sztyft Ruger Titanium, zwany Great Big Bertha. Ze względu na oczywiste korzyści i przemyślany marketing Callaway, tytanowe sztyfty stały się natychmiastowym hitem. W krótkim czasie tytanowe kije z ekskluzywnego i drogiego wyposażenia niewielkiej grupy golfistów stały się powszechnie używane przez większość golfistów, a jednocześnie są droższe niż kije stalowe. Chciałbym przytoczyć główne moim zdaniem trendy rozwoju rynku golfowego, który w krótkim okresie 4-5 lat przeszedł od high-tech do masowej produkcji, podążając ścieżką innych branż o dużej sile roboczej koszty, takie jak produkcja odzieży, zabawek i elektroniki użytkowej, produkcja kijów golfowych trafiła do krajów z najtańszą siłą roboczą najpierw do Tajwanu, potem do Chin, a teraz fabryki buduje się w krajach z jeszcze tańszą siłą roboczą, takich jak Wietnam i Tajlandii tytan jest zdecydowanie używany dla kierowców, gdzie jego doskonałe właściwości dają wyraźną przewagę i uzasadniają wyższą cenę. Tytan nie znalazł jednak jeszcze zbyt szerokiego zastosowania w kolejnych kijach, ponieważ znaczny wzrost kosztów nie jest poparty odpowiednią poprawą w grze.Obecnie sterowniki produkowane są głównie z kutą powierzchnią uderzeniową, kutym lub odlewanym blatem oraz Odlane dno Ostatnio stowarzyszenie Professional Golf Association ROA pozwoliło na podwyższenie górnej granicy tzw. W tym celu konieczne jest zmniejszenie grubości powierzchni uderzenia i zastosowanie do niej mocniejszych stopów, takich jak SP700, 15-3-3-3 i VT-23. Teraz skupmy się na wykorzystaniu tytanu i jego stopów w innym sprzęcie sportowym. Rury do rowerów wyścigowych i inne części są wykonane ze stopu ASTM Grade 9 Ti3Al-2,5V. Zaskakująco duża ilość blachy tytanowej jest wykorzystywana do produkcji noży do nurkowania z akwalungiem. Większość producentów używa stopu Ti6Al-4V, ale ten stop nie zapewnia trwałości ostrza jak inne mocniejsze stopy. Niektórzy producenci przestawiają się na stosowanie stopu BT23.
Cena detaliczna noży do nurkowania z tytanu wynosi około 70-80 USD. Podkowy odlewane z tytanu zapewniają znaczną redukcję wagi w porównaniu do stali, zapewniając jednocześnie niezbędną wytrzymałość. Niestety, to zastosowanie tytanu nie nastąpiło, ponieważ tytanowe podkowy błyszczały i przerażały konie. Niewielu zgodzi się na zastosowanie podków tytanowych po pierwszych nieudanych eksperymentach. Titanium Beach, z siedzibą w Newport Beach w Kalifornii Newport Beach w Kalifornii opracowało deski do rolek ze stopu Ti6Al-4V. Niestety tutaj znowu problemem jest trwałość krawędzi ostrzy. Myślę, że ten produkt ma szansę żyć, jeśli producenci stosują mocniejsze stopy, takie jak 15-3-3-3 czy BT-23. Tytan jest bardzo szeroko stosowany w alpinizmie i pieszych wędrówkach, do prawie wszystkich przedmiotów, które wspinacze i turyści noszą w plecakach, butelki, kubki 20-30 USD w sprzedaży detalicznej, zestawy do gotowania za 50 USD w sprzedaży detalicznej, zastawa stołowa wykonana głównie z komercyjnie czystego tytanu klasy 1 i 2. Inne przykłady sprzętu wspinaczkowego i turystycznego to kompaktowe piece, stojaki i uchwyty namiotowe, czekany i śruby lodowe. Producenci broni rozpoczęli ostatnio produkcję tytanowych pistoletów zarówno do strzelectwa sportowego, jak i do zastosowań organów ścigania.
Elektronika użytkowa to dość nowy i szybko rozwijający się rynek tytanu. W wielu przypadkach zastosowanie tytanu w elektronice użytkowej wynika nie tylko z jego doskonałych właściwości, ale również z powodu atrakcyjnego wyglądu produktów. Komercyjnie czysty tytan Grade 1 jest używany do produkcji obudów na laptopy, telefony komórkowe, telewizory plazmowe z płaskim ekranem i inny sprzęt elektroniczny. Zastosowanie tytanu w konstrukcji głośników zapewnia lepsze właściwości akustyczne, ponieważ tytan jest lżejszy od stali, co skutkuje zwiększoną wrażliwością akustyczną. Zegarki tytanowe, po raz pierwszy wprowadzone na rynek przez japońskich producentów, są obecnie jednym z najbardziej przystępnych cenowo i rozpoznawalnych produktów tytanowych dla konsumentów. Światowe zużycie tytanu w produkcji tradycyjnej i tzw. biżuterii noszonej mierzy się w kilkudziesięciu tonach. Coraz częściej można znaleźć tytan obrączki ślubne i oczywiście osoby noszące biżuterię na ciele są po prostu zobowiązane do używania tytanu. Tytan znajduje szerokie zastosowanie w produkcji elementów złącznych i armatury okrętowej, gdzie połączenie wysokiej odporności na korozję i wytrzymałości jest bardzo ważne. Firma Atlas Ti z siedzibą w Los Angeles produkuje szeroką gamę tych produktów ze stopu VTZ-1. Zastosowanie tytanu do produkcji narzędzi po raz pierwszy rozpoczęło się w Związku Radzieckim na początku lat 80., kiedy na polecenie rządu wyprodukowano lekkie i wygodne narzędzia ułatwiające pracę robotnikom. Radziecki gigant produkcji tytanu, Stowarzyszenie Produkcji Metali Wierchne-Saldinskoje, produkował w tym czasie tytanowe łopaty, ściągacze gwoździ, okucia, toporki i klucze.
Później japońscy i amerykańscy producenci narzędzi zaczęli używać w swoich produktach tytanu. Nie tak dawno VSMPO podpisało umowę z Boeingiem na dostawę płyt tytanowych. Kontrakt ten niewątpliwie miał bardzo korzystny wpływ na rozwój produkcji tytanu w Rosji. Tytan od wielu lat jest szeroko stosowany w medycynie. Zaletami są wytrzymałość, odporność na korozję, a co najważniejsze, niektórzy ludzie są uczuleni na nikiel, niezbędny składnik stali nierdzewnych, natomiast nikt nie jest uczulony na tytan. Stosowane stopy to komercyjnie czysty tytan i Ti6-4Eli. Tytan wykorzystywany jest do produkcji narzędzi chirurgicznych, protez wewnętrznych i zewnętrznych, w tym krytycznych, takich jak zastawka serca. Kule i wózki inwalidzkie wykonane są z tytanu. Zastosowanie tytanu w sztuce datuje się na rok 1967, kiedy w Moskwie wzniesiono pierwszy tytanowy pomnik.
W chwili obecnej na niemal wszystkich kontynentach wzniesiono znaczną liczbę pomników i budowli z tytanu, w tym tak znanych jak Muzeum Guggenheima, zbudowane przez architekta Franka Gehry'ego w Bilbao. Materiał jest bardzo popularny wśród ludzi sztuki ze względu na swój kolor, wygląd, wytrzymałość i odporność na korozję. Z tych powodów tytan wykorzystywany jest w upominkach i galanterii jubilerskiej, gdzie z powodzeniem konkuruje z metalami szlachetnymi, takimi jak srebro, a nawet złoto. Według Martina Proko z RTi średnia cena gąbki tytanowej w USA wynosi 3,80 za funt, w Rosji 3,20 za funt. Ponadto cena metalu jest silnie uzależniona od cykliczności komercyjnego przemysłu lotniczego. Rozwój wielu projektów może znacznie przyspieszyć, jeśli uda się znaleźć sposoby na obniżenie kosztów produkcji i przetwarzania tytanu, przetwarzania złomu i technologii wytapiania, powiedział Markus Holz, dyrektor zarządzający niemieckiej firmy Deutshe Titan. British Titanium zgadza się, że ekspansja produktów tytanowych jest powstrzymywana przez wysokie koszty produkcji i konieczne jest wprowadzenie wielu ulepszeń, zanim tytan będzie mógł być produkowany masowo. nowoczesne technologie.
Jednym z kroków w tym kierunku jest opracowanie tzw. procesu FFC, czyli nowego procesu elektrolitycznego do produkcji metalicznego tytanu i jego stopów, którego koszt jest znacznie niższy. Według Daniele Stoppolini, ogólna strategia w przemyśle tytanowym wymaga opracowania stopów najbardziej odpowiednich, technologii produkcji dla każdego nowego rynku oraz zastosowania tytanu.
Źródła
Wikipedia - Wolna encyklopedia, WikiPedia
metotech.ru - Metotechnika
housetop.com - Dom Top
atomsteel.com – Technologia atomowa
domremstroy.ru - DomRemStroy
Ponieważ tytan jest metalem o dobrej twardości, ale niskiej wytrzymałości, stopy na bazie tytanu stały się bardziej rozpowszechnione w produkcji przemysłowej. Stopy o różnej strukturze ziarnowej różnią się budową i rodzajem sieci krystalicznej.
Można je uzyskać poprzez zapewnienie określonych reżimów temperaturowych w procesie produkcyjnym. A dodając do tytanu różne pierwiastki stopowe, możliwe jest uzyskanie stopów charakteryzujących się wyższymi właściwościami eksploatacyjnymi i technologicznymi.
Podczas dodawania pierwiastki stopowe oraz różne rodzaje sieci krystaliczne w strukturach na bazie tytanu można uzyskać wyższe niż w czystym metalu odporność na ciepło i wytrzymałość. Jednocześnie powstałe struktury charakteryzują się niską gęstością, dobrymi właściwościami antykorozyjnymi oraz dobrą plastycznością, co poszerza zakres ich stosowania.
Charakterystyka tytanu
Tytan to lekki metal, który łączy wysoka twardość i niska wytrzymałość co komplikuje jego przetwarzanie. Temperatura topnienia tego materiału jest średnio 1665°С. Materiał charakteryzuje się niską gęstością (4,5 g/cm3) i dobrą zdolnością antykorozyjną.
Na powierzchni materiału tworzy się warstewka tlenkowa o grubości kilku nm, która wyklucza procesy korozyjne tytan w wodzie morskiej i słodkiej, atmosferze, utlenianiu kwasami organicznymi, procesach kawitacji iw strukturach pod napięciem.
W stanie normalnym materiał nie posiada odporności cieplnej, charakteryzuje się zjawiskiem pełzania w temperaturze pokojowej. Jednak w warunkach zimna i głębokiego zimna materiał charakteryzuje się wysokimi właściwościami wytrzymałościowymi.
Tytan ma niski moduł sprężystości, co ogranicza jego zastosowanie do produkcji konstrukcji wymagających sztywności. W stanie czystym metal ma wysokie właściwości antyradiacyjne i nie ma właściwości magnetycznych.
Tytan charakteryzuje się dobrymi właściwościami plastycznymi i łatwy do przetworzenia w temperaturze pokojowej i wyższej. Spawane szwy wykonane z tytanu i jego związków mają ciągliwość i wytrzymałość. Jednak materiał ten charakteryzuje się intensywnymi procesami absorpcji gazów w niestabilnym stanie chemicznym, który występuje wraz ze wzrostem temperatury. Tytan w zależności od gazu, z którym się łączy, tworzy związki wodorkowe, tlenkowe, węglikowe, które mają zły wpływ na jego właściwości technologiczne.
Materiał jest scharakteryzowany słaba skrawalność, w wyniku jego realizacji, w krótkim czasie trzyma się narzędzia, co zmniejsza jego zasoby. Obróbka tytanu metodą skrawania jest możliwa przy intensywnym chłodzeniu przy dużych posuwach, przy niskich prędkościach skrawania i znacznej głębokości skrawania. Ponadto jako narzędzie do obróbki wybierana jest stal szybkotnąca.
Materiał charakteryzuje się dużą aktywnością chemiczną, co prowadzi do wykorzystania gazów obojętnych w wytopie, odlewaniu tytanu czy spawaniu łukowym.
Podczas użytkowania produkty tytanowe muszą być chronione przed ewentualną absorpcją gazów w przypadku wzrostu temperatury roboczej.
stopy tytanu
Konstrukcje na bazie tytanu z dodatkiem takich pierwiastków stopowych jak:
Struktury uzyskane przez odkształcenie stopów z grupy tytanu wykorzystywane są do produkcji wyrobów poddawanych obróbce mechanicznej.
Siłą wyróżniają:
- Materiały o wysokiej wytrzymałości, których wytrzymałość przekracza 1000 MPa;
- Konstrukcje o średniej wytrzymałości, w zakresie wartości od 500 do 1000 MPa;
- Materiały o niskiej wytrzymałości, o wytrzymałości poniżej 500 MPa.
Według obszaru zastosowania:
- Konstrukcje odporne na korozję.
- Materiały budowlane;
- Konstrukcje odporne na ciepło;
- Konstrukcje o wysokiej odporności na zimno.
Rodzaje stopów
Zgodnie z pierwiastkami stopowymi zawartymi w kompozycji rozróżnia się sześć głównych rodzajów stopów.
Stopy typu α-stopy
Stopy typu α-stopy na bazie tytanu z zastosowaniem do stopowania aluminium, cyna, cyrkon, tlen scharakteryzowany dobra spawalność, obniżająca temperaturę zamarzania tytanu i zwiększająca jego płynność. Właściwości te pozwalają na zastosowanie tzw. stopów α do uzyskiwania półfabrykatów w sposób ukształtowany lub podczas odlewania części. Powstałe produkty tego typu charakteryzują się wysoką stabilnością termiczną, co pozwala na zastosowanie ich do produkcji części krytycznych, praca w warunkach temperaturowych do 400°С.
Przy minimalnych ilościach pierwiastków stopowych, związki te nazywane są tytanem technicznym. Charakteryzuje się dobrą stabilnością termiczną i ma doskonałe właściwości spawalnicze podczas wykonywania prac spawalniczych na różnych maszynach. Materiał posiada zadowalające właściwości pod kątem możliwości cięcia. Nie zaleca się zwiększania wytrzymałości stopów tego typu poprzez obróbkę cieplną, materiały tego typu stosuje się po wyżarzaniu. Stopy zawierające cyrkon charakteryzują się najwyższym kosztem i są bardzo łatwe w produkcji.
Formy dostawy stopu prezentowane są w postaci drutu, rur, prętów walcowanych, odkuwek. Najczęściej używanym materiałem tej klasy jest stop VT5-1, charakteryzujący się średnią wytrzymałością, odpornością termiczną do 450°C oraz doskonałą wydajnością podczas pracy w niskich i ultraniskich temperaturach. Stop ten nie jest praktykowany do wzmacniania metodami termicznymi, jednak jego stosowanie w niskich temperaturach wymaga minimalnej ilości materiałów stopowych.
Stopy typu β-stopy
Stopy typu β uzyskany przez stopowanie tytanu wanad, molibden, nikiel, w tym przypadku powstałe struktury są scharakteryzowane zwiększona siła w zakresie od temperatury pokojowej do ujemnych w porównaniu ze stopami α. Podczas ich stosowania wzrasta odporność cieplna materiału, jego stabilność temperaturowa jednak redukcja plastiku charakterystyka stopów tej grupy.
Aby uzyskać stabilne właściwości, stopy tej grupy muszą być domieszkowany znaczną ilością określone elementy. Ze względu na wysoki koszt tych materiałów konstrukcje tej grupy nie zostały szeroko rozpowszechnione w przemyśle. Stopy z tej grupy charakteryzują się odpornością na pełzanie, możliwością zwiększenia wytrzymałości różne sposoby, możliwość obróbki mechanicznej. Jednak wraz ze wzrostem temperatury roboczej do 300°С stopy z tej grupy nabywają kruchość.
Pseudo α-stopy
Pseudo α-stopy, których większość pierwiastków stopowych to Składniki fazy α z dodatkami do 5% pierwiastków z grupy β. Obecność fazy β w stopach dodaje do zalet pierwiastków stopowych z grupy α właściwości plastyczności. Zwiększenie odporności cieplnej tej grupy stopów uzyskuje się poprzez zastosowanie aluminium, krzemu i cyrkonu. Ostatni z wymienionych pierwiastków ma pozytywny wpływ na rozpuszczanie fazy β w strukturze stopu. Jednak te stopy mają również: ograniczenia, wśród których dobre absorpcja wodoru przez tytan oraz tworzenie się wodorków, z możliwością kruchości wodorowej. Wodór jest utrwalany w mieszance w postaci fazy wodorkowej, obniża lepkość i właściwości plastyczne stopu oraz przyczynia się do wzrostu kruchości złącza.Jednym z najczęściej spotykanych materiałów w tej grupie jest marka stopu tytanu VT18, który ma odporność termiczną do 600°C, ma dobrą plastyczność. Właściwości te umożliwiają wykorzystanie materiału do: produkcja części do sprężarek w przemyśle lotniczym. Obróbka cieplna materiału obejmuje wyżarzanie w temperaturze ok. 1000°C z dalszym chłodzeniem powietrzem lub wyżarzanie podwójne, co pozwala na 15% wzrost jego odporności na rozdarcie.
Pseudo β-stopy
Pseudo β-stopy charakteryzują się obecnością po wygaszeniu lub normalizacji obecnością tylko fazy β. W stanie wyżarzania struktura tych stopów reprezentowana przez fazę α ze znaczną ilością składników stopowych grupy β. Te stopy są scharakteryzowane najwyższy wskaźnik wytrzymałości właściwej wśród związków tytanu, mają niską stabilność termiczną. Ponadto stopy z tej grupy są mało podatne na kruchość pod wpływem wodoru, ale są bardzo wrażliwe na zawartość węgla i tlenu, co wpływa na obniżenie plastycznych i plastycznych właściwości stopu. Stopy te charakteryzują się słabą spawalnością, szerokim zakresem właściwości mechanicznych ze względu na niejednorodność składu oraz niska stabilność w pracy w wysokich temperaturach Formę uwalniania stopu reprezentują blachy, odkuwki, pręty i taśmy, z zalecanym stosowaniem przez długi czas w temperaturach nieprzekraczających 350°C. Przykładem takiego stopu jest BT 35, który charakteryzuje się obróbką ciśnieniową pod wpływem temperatury. Po utwardzeniu materiał charakteryzuje się wysokimi właściwościami plastycznymi oraz zdolnością do odkształcania się w stanie zimnym. Przeprowadzenie operacji starzenia dla tego stopu powoduje wielokrotne utwardzenie w obecności dużej lepkości.
Stopy typu α+β
Stopy typu α+β z ewentualnymi wtrąceniami związków międzymetalicznych charakteryzują się mniejszą kruchością pod wpływem hydrytów w porównaniu do stopów z grup 1 i 3. Ponadto charakteryzują się większą produktywnością i łatwością obróbki różnymi metodami w porównaniu ze stopami z grupy α. Przy spawaniu z użyciem tego rodzaju materiału, po zakończeniu operacji wymagane jest wyżarzanie w celu zwiększenia ciągliwości spoiny. Materiały z tej grupy wykonywane są w postaci taśm, blach, odkuwek, wytłoczek i prętów. Najpopularniejszym materiałem w tej grupie jest stop VT6, charakteryzuje się dobrą odkształcalnością podczas obróbki cieplnej, zmniejszonym prawdopodobieństwem kruchości wodorowej. Z tego materiału produkujemy części do łożysk lotniczych i wyroby żaroodporne do sprężarek silnikowych w lotnictwie. Praktykuje się stosowanie wyżarzanych lub utwardzanych cieplnie stopów VT6. Na przykład części cienkościennego profilu lub półfabrykatów z blachy są wyżarzane w temperaturze 800 ° C, a następnie schładzane na powietrzu lub pozostawiane w piecu.
Stopy tytanu na bazie związków międzymetalicznych.
Międzymetale to stop dwóch metali, z których jednym jest tytan.
Odbiór produktów
Struktury uzyskiwane przez odlewanie, wykonywane w specjalnych formach metalowych w warunkach ograniczonego dostępu gazów aktywnych, z uwzględnieniem wysokiej aktywności stopów tytanu wraz ze wzrostem temperatury. Stopy otrzymane przez odlewanie mają gorsze właściwości niż stopy otrzymane przez odkształcenie. Obróbka cieplna w celu zwiększenia wytrzymałości nie jest przeprowadzana dla stopów tego typu, ponieważ ma to znaczący wpływ na plastyczność tych konstrukcji.
Tytan (tytan), Ti, jest pierwiastkiem chemicznym grupy IV układu okresowego pierwiastków D. I. Mendelejewa. liczba porządkowa 22, masa atomowa 47.90. Składa się z 5 stabilnych izotopów; Otrzymywano również sztucznie radioaktywne izotopy.
W 1791 roku angielski chemik W. Gregor znalazł nową „ziemię” w piasku z miasta Menakan (Anglia, Kornwalia), które nazwał Menakan's. W 1795 r. niemiecki chemik M. Klairot odkrył w rutylu mineralnym wciąż nieznaną ziemię, której metal nazwał Tytanem [po grecku. w mitologii tytani są dziećmi Urana (Nieba) i Gai (Ziemi)]. W 1797 Klaproth udowodnił tożsamość tej ziemi z tą odkrytą przez W. Gregora. Czysty tytan został wyizolowany w 1910 roku przez amerykańskiego chemika Huntera poprzez redukcję czterochlorku tytanu sodem w bombie żelaznej.
Będąc na łonie natury
Tytan jest jednym z najczęstszych pierwiastków w przyrodzie, jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 0,6% (wag.). Występuje głównie w postaci dwutlenku TiO 2 lub jego związków - tytanianów. Znanych jest ponad 60 minerałów, w tym tytan, który znajduje się również w glebie, w organizmach zwierzęcych i roślinnych. Ilmenit FeTiO 3 i rutyl TiO 2 służy jako główny surowiec do produkcji tytanu. Jako źródło tytanu na znaczeniu zyskują żużle z hutnictwa magnetyty tytanowe i ilmenit.
Fizyczne i chemiczne właściwości
Tytan występuje w dwóch stanach: amorficznym - ciemnoszary proszek, gęstość 3,392-3,395 g/cm3 oraz krystaliczny, gęstość 4,5 g/cm3. W przypadku krystalicznego tytanu znane są dwie modyfikacje z punktem przejścia przy 885° (poniżej 885°, stabilna forma heksagonalna, powyżej - sześcienna); t° pl około 1680°; t° kip powyżej 3000°. Tytan aktywnie pochłania gazy (wodór, tlen, azot), przez co jest bardzo kruchy. Metal techniczny nadaje się do obróbki ciśnieniowej na gorąco. Idealnie czysty metal może być walcowany na zimno. W powietrzu w zwykłej temperaturze tytan nie zmienia się, po podgrzaniu tworzy mieszaninę tlenku Ti 2 O 3 i azotku TiN. W strumieniu tlenu pod wpływem czerwonego ciepła utlenia się do dwutlenku TiO 2. Reaguje w wysokich temperaturach z węglem, krzemem, fosforem, siarką itp. Odporny na wodę morską, kwas azotowy, mokry chlor, kwasy organiczne i silne zasady. Rozpuszcza się w kwasach siarkowym, chlorowodorowym i fluorowodorowym, najlepiej w mieszaninie HF i HNO 3 . Dodatek środka utleniającego do kwasów chroni metal przed korozją w temperaturze pokojowej. Czterowartościowe halogenki tytanu, z wyjątkiem TiCl 4 - ciał krystalicznych, topliwych i lotnych w roztworze wodnym, hydrolizowanych, skłonnych do tworzenia związków kompleksowych, z których fluorotytanian potasu K 2 TiF 6 ma znaczenie w technologii i praktyce analitycznej. Duże znaczenie mają węglik TiC i azotek TiN - substancje metalopodobne, które wyróżniają się wysoką twardością (węglik tytanu jest twardszy od karborundu), ogniotrwałością (TiC, t ° pl = 3140 °; TiN, t ° pl = 3200 °) i dobra przewodność elektryczna.
Pierwiastek chemiczny nr 22. Tytan.
Formuła elektronowa tytanu to: 1s 2 |2s 2 2p 6 |3s 2 3p 6 3d 2 |4s 2 .
Numer seryjny tytanu w układzie okresowym pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejew - 22. Numer pierwiastka wskazuje ładunek jarda, dlatego tytan ma ładunek jądrowy +22, masa jądra wynosi 47,87. Tytan jest w czwartym okresie, w drugorzędnej podgrupie. Numer okresu wskazuje liczbę warstw elektronowych. Numer grupy wskazuje liczbę elektronów walencyjnych. Podgrupa boczna wskazuje, że tytan należy do pierwiastków d.
Tytan ma dwa elektrony walencyjne na orbicie s warstwy zewnętrznej i dwa elektrony walencyjne na orbicie d warstwy przed-zewnętrznej.
Liczby kwantowe dla każdego elektronu walencyjnego:
4s4sZ halogenami i wodorem Ti(IV) tworzy związki typu TiX 4 o typie hybrydyzacji sp 3 → q 4 .
Tytan to metal. Jest pierwszym elementem grupy d. Najbardziej stabilny i powszechny jest Ti +4. Istnieją również związki o niższych stopniach utlenienia -Ti 0, Ti -1, Ti +2, Ti +3, ale związki te łatwo utleniają się powietrzem, wodą lub innymi odczynnikami do Ti +4. Oderwanie czterech elektronów wymaga dużej ilości energii, więc jon Ti+4 tak naprawdę nie istnieje, a związki Ti(IV) zwykle zawierają wiązania kowalencyjne.Ti(IV) jest pod pewnymi względami podobny do pierwiastków -Si, Ge, Sn i Pb, zwłaszcza z Sn.
Najważniejsze dla Gospodarka narodowa były i nadal są stopy i metale, które łączą w sobie lekkość i wytrzymałość. Tytan należy do tej kategorii materiałów, a ponadto ma doskonałą odporność na korozję.
Tytan jest metalem przejściowym czwartej grupy czwartego okresu. Jego masa cząsteczkowa to zaledwie 22, co świadczy o lekkości materiału. Jednocześnie substancja wyróżnia się wyjątkową wytrzymałością: spośród wszystkich materiałów konstrukcyjnych to właśnie tytan ma najwyższą wytrzymałość właściwą. Kolor jest srebrzystobiały.
Co to jest tytan, poniższy film powie:
Koncepcja i cechy
Tytan jest dość powszechny - zajmuje 10 miejsce pod względem zawartości w skorupie ziemskiej. Jednak dopiero w 1875 roku wyizolowano naprawdę czysty metal. Wcześniej substancja była albo otrzymywana z zanieczyszczeniami, albo jej związki nazywano metalicznym tytanem. To zamieszanie doprowadziło do tego, że związki metali były używane znacznie wcześniej niż sam metal.
Wynika to ze specyfiki materiału: najmniejsze zanieczyszczenia znacząco wpływają na właściwości substancji, czasami całkowicie pozbawiając ją jej nieodłącznych właściwości.
Tym samym najmniejszy ułamek innych metali pozbawia tytan żaroodporności, która jest jedną z jego cennych właściwości. A niewielki dodatek niemetalu zamienia trwały materiał w kruchy i nienadający się do użytku.
Ta cecha natychmiast podzieliła powstały metal na 2 grupy: techniczną i czystą.
- Pierwszy są stosowane w przypadkach, w których wytrzymałość, lekkość i odporność na korozję są najbardziej potrzebne, ponieważ tytan nigdy nie traci ostatniej jakości.
- Materiał o wysokiej czystości stosowane tam, gdzie potrzebny jest materiał, który działa bardzo Ciężkie ładunki i wysokie temperatury, ale jednocześnie charakteryzujące się lekkością. To oczywiście nauka o lotnictwie i rakietach.
Drugą szczególną cechą materii jest anizotropia. Niektóre z jego właściwości fizycznych zmieniają się w zależności od przyłożenia sił, co należy wziąć pod uwagę przy stosowaniu.
W normalnych warunkach metal jest obojętny, nie koroduje ani w wodzie morskiej, ani w powietrzu morskim lub miejskim. Ponadto jest to najbardziej obojętna biologicznie znana substancja, dzięki czemu protezy i implanty tytanowe znajdują szerokie zastosowanie w medycynie.
Jednocześnie wraz ze wzrostem temperatury zaczyna reagować z tlenem, azotem, a nawet wodorem i pochłania gazy w postaci płynnej. Ta nieprzyjemna cecha bardzo utrudnia zarówno pozyskiwanie samego metalu, jak i wytwarzanie na jego bazie stopów.
To ostatnie jest możliwe tylko przy użyciu sprzętu próżniowego. Najbardziej skomplikowany proces produkcyjny sprawił, że dość powszechny element stał się bardzo kosztowny.
Wiązanie z innymi metalami
Tytan zajmuje pozycję pośrednią między pozostałymi dwoma dobrze znanymi materiałami konstrukcyjnymi - aluminium i żelazem, a raczej stopami żelaza. Pod wieloma względami metal przewyższa swoich „konkurentów”:
- wytrzymałość mechaniczna tytanu jest 2 razy wyższa niż żelaza i 6 razy wyższa niż aluminium. W tym przypadku siła wzrasta wraz ze spadkiem temperatury;
- odporność na korozję jest znacznie wyższa niż w przypadku żelaza, a nawet aluminium;
- w normalna temperatura tytan jest obojętny. Jednak gdy podnosi się do 250 C, zaczyna wchłaniać wodór, co wpływa na właściwości. Pod względem aktywności chemicznej jest gorszy od magnezu, ale niestety przewyższa żelazo i aluminium;
- metal przewodzi prąd o wiele słabiej: jego oporność elektryczna jest 5 razy większa niż żelaza, 20 razy większa niż aluminium i 10 razy większa niż magnezu;
- przewodność cieplna jest również znacznie niższa: 3 razy mniejsza niż żelaza 1 i 12 razy mniejsza niż aluminium. Jednak ta właściwość skutkuje bardzo niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej.
Zalety i wady
W rzeczywistości tytan ma wiele wad. Jednak połączenie wytrzymałości i lekkości jest tak pożądane, że ani skomplikowana metoda produkcji, ani potrzeba wyjątkowej czystości nie powstrzymują konsumentów metali.
Do niewątpliwych zalet substancji należą:
- niska gęstość, co oznacza bardzo małą wagę;
- wyjątkowa wytrzymałość mechaniczna zarówno samego tytanu, jak i jego stopów. Wraz ze wzrostem temperatury stopy tytanu przewyższają wszystkie stopy aluminium i magnezu;
- stosunek wytrzymałości i gęstości - wytrzymałość właściwa osiąga 30-35, czyli prawie 2 razy więcej niż w przypadku najlepszych stali konstrukcyjnych;
- w powietrzu tytan pokryty jest cienką warstwą tlenku, co zapewnia doskonałą odporność na korozję.
Metal ma również swoje wady:
- Odporność na korozję i obojętność dotyczy tylko nieaktywnych produktów powierzchniowych. Na przykład pył lub wióry tytanowe samorzutnie zapalają się i palą w temperaturze 400 C;
- bardzo złożona metoda otrzymywania metalicznego tytanu zapewnia bardzo wysoki koszt. Materiał jest znacznie droższy niż żelazo lub;
- zdolność do pochłaniania gazów atmosferycznych o rosnącej temperaturze wymaga zastosowania urządzeń próżniowych do topienia i otrzymywania stopów, co również znacznie zwiększa koszt;
- tytan ma słabe właściwości przeciwcierne - nie działa na tarcie;
- metal i jego stopy są podatne na korozję wodorową, której trudno jest zapobiec;
- tytan jest trudny do obróbki. Spawanie jest również trudne ze względu na przemianę fazową podczas nagrzewania.
Blacha tytanowa (zdjęcie)
Właściwości i cechy
Silnie zależny od czystości. Dane referencyjne opisują oczywiście czysty metal, ale właściwości techniczne tytanu mogą się znacznie różnić.
- Gęstość metalu spada po podgrzaniu z 4,41 do 4,25 g/cm3 Przejście fazowe zmienia gęstość tylko o 0,15%.
- Temperatura topnienia metalu wynosi 1668 C. Temperatura wrzenia wynosi 3227 C. Tytan jest substancją ogniotrwałą.
- Średnio wytrzymałość na rozciąganie wynosi 300-450 MPa, ale wartość tę można zwiększyć do 2000 MPa, stosując utwardzanie i starzenie, a także wprowadzając dodatkowe elementy.
- W skali HB twardość wynosi 103 i to nie jest granica.
- Pojemność cieplna tytanu jest niska - 0,523 kJ/(kg K).
- Specyficzna rezystancja elektryczna - 42,1 10 -6 omów cm.
- Tytan to paramagnetyk. Wraz ze spadkiem temperatury zmniejsza się jego podatność magnetyczna.
- Metal jako całość charakteryzuje się ciągliwością i plastycznością. Jednak na te właściwości duży wpływ mają tlen i azot w stopie. Oba elementy sprawiają, że materiał jest kruchy.
Substancja jest odporna na wiele kwasów, w tym azotowy, siarkowy w niskich stężeniach oraz prawie wszystkie kwasy organiczne z wyjątkiem mrówkowego. Ta jakość gwarantuje, że tytan jest poszukiwany w przemyśle chemicznym, petrochemicznym, papierniczym i tak dalej.
Struktura i skład
Tytan - choć jest metalem przejściowym, a jego oporność elektryczna jest niska, to jednak jest metalem i przewodzi prąd elektryczny, co oznacza uporządkowaną strukturę. Po podgrzaniu do określonej temperatury struktura zmienia się:
- do 883 C faza α jest stabilna z gęstością 4,55 g/cu. zobacz Wyróżnia się gęstą siatką sześciokątną. Tlen rozpuszcza się w tej fazie z tworzeniem roztworów międzywęzłowych i stabilizuje α-modyfikację - przesuwa granicę temperatury;
- powyżej 883 C faza β z sześcienną siatką skoncentrowaną na ciele jest stabilna. Jego gęstość jest nieco mniejsza – 4,22 g/cu. patrz Wodór stabilizuje tę strukturę - gdy jest rozpuszczony w tytanie, tworzą się również roztwory międzywęzłowe i wodorki.
Ta cecha bardzo utrudnia pracę metalurga. Rozpuszczalność wodoru gwałtownie spada po schłodzeniu tytanu, a wodorotlenek, faza γ, wytrąca się w stopie.
Powoduje pękanie na zimno podczas spawania, więc producenci muszą bardzo ciężko pracować po stopieniu metalu, aby oczyścić go z wodoru.
O tym, gdzie można znaleźć i jak zrobić tytan, powiemy poniżej.
Ten film poświęcony jest opisowi tytanu jako metalu:
Produkcja i wydobycie
Tytan jest bardzo powszechny, więc z rudami zawierającymi metal i w dość duże ilości, nie ma problemów. Surowcami są rutyl, anataz i brukit - dwutlenek tytanu w różnych odmianach, ilmenit, pirofanit - związki z żelazem i tak dalej.
Ale jest złożony i wymaga drogiego sprzętu. Metody pozyskiwania są nieco inne, ponieważ skład rudy jest inny. Na przykład schemat pozyskiwania metalu z rud ilmenitu wygląda następująco:
- pozyskiwanie żużla tytanowego – skała jest ładowana do elektrycznego pieca łukowego wraz ze środkiem redukującym – antracytem, węglem drzewnym i podgrzewana do 1650 C. Jednocześnie następuje oddzielenie żelaza, które służy do uzyskania w żużlu żeliwa i dwutlenku tytanu ;
- żużel jest chlorowany w chloratorach kopalnianych lub solnych. Istotą procesu jest przekształcenie stałego dwutlenku w gazowy czterochlorek tytanu;
- w piecach oporowych w specjalnych kolbach metal jest redukowany sodem lub magnezem z chlorku. W rezultacie uzyskuje się prostą masę - gąbkę tytanową. Jest to tytan techniczny, który nadaje się na przykład do produkcji sprzętu chemicznego;
- jeśli wymagany jest czystszy metal, uciekają się do rafinacji - w tym przypadku metal reaguje z jodem w celu uzyskania gazowego jodku, a ten ostatni pod wpływem temperatury - 1300-1400 C i prądu elektrycznego rozkłada się, uwalniając czysty tytan. Elektryczność jest podawany przez drut tytanowy rozciągnięty w retorcie, na którym osadza się czysta substancja.
Aby uzyskać wlewki tytanowe, gąbkę tytanową topi się w piecu próżniowym, aby zapobiec rozpuszczaniu się wodoru i azotu.
Cena tytanu za 1 kg jest bardzo wysoka: w zależności od stopnia czystości metal kosztuje od 25 do 40 USD za 1 kg. Z kolei obudowa aparatu ze stali kwasoodpornej będzie kosztować 150 rubli. i potrwa nie dłużej niż 6 miesięcy. Tytan będzie kosztował około 600 r, ale jest eksploatowany przez 10 lat. W Rosji istnieje wiele zakładów produkujących tytan.
Obszary zastosowania
Wpływ stopnia oczyszczenia na właściwości fizyczne i mechaniczne zmusza nas do rozważenia tego z tego punktu widzenia. Czyli techniczny, czyli nie najczystszy metal, ma doskonałą odporność na korozję, lekkość i wytrzymałość, co determinuje jego zastosowanie:
- przemysł chemiczny– wymienniki ciepła, rury, obudowy, części pomp, armatura i tak dalej. Materiał jest niezbędny w miejscach, gdzie wymagana jest odporność na kwasy i wytrzymałość;
- branża transportowa- substancja jest używana do produkcji pojazdów od pociągów po rowery. W pierwszym przypadku metal zapewnia mniejszą masę mieszanek, przez co przyczepność jest bardziej wydajna, w drugim daje lekkość i wytrzymałość, nie na próżno za najlepszą uważa się tytanową ramę rowerową;
- sprawy morskie- z tytanu wykonuje się wymienniki ciepła, tłumiki wydechu do łodzi podwodnych, zawory, śmigła itp.;
- w budowa szeroko stosowany - tytan - doskonały materiał do wykańczania elewacji i dachów. Wraz z wytrzymałością, stop zapewnia kolejną zaletę ważną dla architektury - możliwość nadawania produktom najdziwniejszych konfiguracji, możliwość kształtowania stopu jest nieograniczona.
Czysty metal jest również bardzo odporny na wysokie temperatury i zachowuje swoją wytrzymałość. Aplikacja jest oczywista:
- przemysł rakietowy i lotniczy - wykonuje się z niego poszycie. Części silnika, elementy złączne, części podwozia i tak dalej;
- medycyna – biologiczna bezwładność i lekkość sprawia, że tytan jest znacznie bardziej obiecującym materiałem w protetyce, aż po zastawki serca;
- technologia kriogeniczna – tytan jest jedną z nielicznych substancji, która wraz ze spadkiem temperatury tylko wzmacnia się i nie traci plastyczności.
Tytan to materiał konstrukcyjny o najwyższej wytrzymałości przy takiej lekkości i plastyczności. Te wyjątkowe cechy zapewniają mu coraz ważniejszą rolę w gospodarce narodowej.
Poniższy film powie Ci, skąd wziąć tytan na nóż: