titanlegeringar. Användningen av titanmetall inom industri och konstruktion

19.10.2019

Fysiska och kemiska egenskaper hos titan, erhåller titan

Användningen av titan i ren form och i form av legeringar, användningen av titan i form av föreningar, den fysiologiska effekten av titan

Avsnitt 1. Historia och förekomst av titan i naturen.

Titan -Detta ett grundämne i en sekundär undergrupp av den fjärde gruppen, den fjärde perioden av det periodiska systemet av kemiska grundämnen i D. I. Mendeleev, med atomnummer 22. Det enkla ämnet titan (CAS-nummer: 7440-32-6) är en lättmetall av silver -vit färg. Det finns i två kristallina modifikationer: α-Ti med ett hexagonalt tätpackat gitter, β-Ti med en kubisk kroppscentrerad packning, temperaturen för den polymorfa transformationen α↔β är 883 °C. Smältpunkt 1660±20°C.

Historia och närvaro i naturen av titan

Titan fick sitt namn efter de antika grekiska karaktärerna Titans. Den tyske kemisten Martin Klaproth namngav det så här av sina personliga skäl, till skillnad från fransmännen, som försökte ge namn i enlighet med grundämnets kemiska egenskaper, men eftersom grundämnets egenskaper var okända vid den tiden var ett sådant namn valt.

Titan är det tionde grundämnet i antal av det på vår planet. Mängden titan i jordskorpan är 0,57 viktprocent och 0,001 milligram per 1 liter havsvatten. Titanfyndigheter är belägna på territoriet för: Republiken Sydafrika, Ukraina, Ryssland, Kazakstan, Japan, Australien, Indien, Ceylon, Brasilien och Sydkorea.

När det gäller fysikaliska egenskaper är titan en lätt silverfärgad metall, dessutom kännetecknas den av hög viskositet under bearbetning och är benägen att fastna på skärverktyget, så speciella smörjmedel eller sprayning används för att eliminera denna effekt. Vid rumstemperatur är den täckt med en genomskinlig film av TiO2-oxid, på grund av vilken den är resistent mot korrosion i de flesta aggressiva miljöer, förutom alkalier. Titandamm har förmågan att explodera, med en flampunkt på 400 °C. Titanspån är brandfarligt.

För att producera rent titan eller dess legeringar används i de flesta fall titandioxid med ett litet antal föreningar som ingår i den. Till exempel ett rutilkoncentrat som erhålls genom anrikning av titanmalmer. Men reserverna av rutil är extremt små, och i samband med detta används den så kallade syntetiska rutilen eller titanslaggen, som erhålls vid bearbetning av ilmenitkoncentrat.

Upptäckaren av titan anses vara den 28-årige engelske munken William Gregor. 1790, medan han utförde mineralogiska undersökningar i sin församling, uppmärksammade han förekomsten och ovanliga egenskaper hos svart sand i dalen av Menaken i sydvästra England och började utforska den. I sanden hittade prästen korn av ett svart glänsande mineral som lockades av en vanlig magnet. Det renaste titanet, som erhölls 1925 av Van Arkel och de Boer med jodidmetoden, visade sig vara en seg och teknisk metall med många värdefulla fastigheter, som väckte uppmärksamhet från ett brett spektrum av designers och ingenjörer. 1940 föreslog Croll en magnesium-termisk metod för att utvinna titan ur malmer, som fortfarande är den viktigaste för närvarande. 1947 producerades de första 45 kg kommersiellt rent titan.

I Mendeleevs periodiska system av element har titan serienummer 22. Atommassan för naturligt titan, beräknad från resultaten av studier av dess isotoper, är 47,926. Så kärnan i en neutral titanatom innehåller 22 protoner. Antalet neutroner, det vill säga neutrala oladdade partiklar, är olika: oftare 26, men kan variera från 24 till 28. Därför är antalet titanisotoper olika. Totalt är nu kända 13 isotoper av grundämne nr 22. Naturligt titan består av en blandning av fem stabila isotoper, titan-48 är den mest representerade, dess andel i naturliga malmer är 73,99%. Titan och andra element i IVB-undergruppen är mycket lika i egenskaper till elementen i IIIB-undergruppen (skandiumgruppen), även om de skiljer sig från den senare i sin förmåga att uppvisa en stor valens. Likheten mellan titan och skandium, yttrium, såväl som med element i VB-undergruppen - vanadin och niob, uttrycks också i det faktum att titan ofta finns i naturliga mineraler tillsammans med dessa element. Med envärda halogener (fluor, brom, klor och jod) kan den bilda di-tri- och tetraföreningar, med svavel och element i dess grupp (selen, tellur) - mono- och disulfider, med syre - oxider, dioxider och trioxider .

Titan bildar också föreningar med väte (hydrider), kväve (nitrider), kol (karbider), fosfor (fosfider), arsenik (arsider), samt föreningar med många metaller - intermetalliska föreningar. Titan bildar inte bara enkla, utan också många komplexa föreningar, många av dess föreningar med organiskt material. Som framgår av listan över föreningar som titan kan delta i är det kemiskt mycket aktivt. Och samtidigt är titan en av få metaller med exceptionellt hög korrosionsbeständighet: det är praktiskt taget evigt i luftatmosfär, i kallt och kokande vatten och är mycket motståndskraftig mot havsvatten, i lösningar av många salter, oorganiska och organiska syror. När det gäller sin korrosionsbeständighet i havsvatten överträffar den alla metaller, med undantag för ädla - guld, platina, etc., de flesta typer av rostfritt stål, nickel, koppar och andra legeringar. I vatten, i många aggressiva miljöer, är rent titan inte utsatt för korrosion. Motstår titan och erosionskorrosion som härrör från en kombination av kemiska och mekaniska effekter på metallen. I detta avseende är det inte sämre än de bästa kvaliteterna av rostfritt stål, kopparbaserade legeringar och andra strukturella material. Titan motstår också utmattningskorrosion, vilket ofta visar sig i form av kränkningar av metallens integritet och styrka (sprickor, lokala korrosionscentra, etc.). Titans beteende i många aggressiva miljöer, såsom kväve, saltsyra, svavelsyra, "regikvatten" och andra syror och alkalier, är överraskande och beundransvärt för denna metall.

Titan är en mycket eldfast metall. Under lång tid trodde man att det smälter vid 1800 ° C, men i mitten av 50-talet. Engelska forskare Diardorf och Hayes fastställde smältpunkten för rent elementärt titan. Den uppgick till 1668 ± 3 ° C. När det gäller dess eldfasthet är titan sämre än sådana metaller som volfram, tantal, niob, rhenium, molybden, platinoider, zirkonium, och bland de viktigaste strukturella metallerna är det på första plats. Den viktigaste egenskapen hos titan som metall är dess unika fysikaliska och kemiska egenskaper: låg densitet, hög hållfasthet, hårdhet etc. Huvudsaken är att dessa egenskaper inte förändras nämnvärt vid höga temperaturer.

Titan är en lättmetall, dess densitet vid 0°C är endast 4,517 g/cm8 och vid 100°C är den 4,506 g/cm3. Titan tillhör gruppen metaller med en specifik vikt på mindre än 5 g/cm3. Detta inkluderar alla alkaliska metaller(natrium, kadium, litium, rubidium, cesium) med en specifik vikt på 0,9–1,5 g/cm3, magnesium (1,7 g/cm3), aluminium (2,7 g/cm3), etc. Titan mer än 1,5 gånger tyngre än aluminium, och i detta förlorar det naturligtvis till det, men det är 1,5 gånger lättare än järn (7,8 g / cm3). Däremot tar Specifik gravitation en mellanposition mellan aluminium och järn, titan överträffar dem många gånger i sina mekaniska egenskaper.). Titan har en betydande hårdhet: det är 12 gånger hårdare än aluminium, 4 gånger hårdare än järn och koppar. En annan viktig egenskap hos en metall är dess sträckgräns. Ju högre den är, desto bättre motstår delarna gjorda av denna metall driftsbelastningar. Sträckgränsen för titan är nästan 18 gånger högre än för aluminium. Den specifika hållfastheten hos titanlegeringar kan ökas med en faktor 1,5–2. Dess höga mekaniska egenskaper bevaras väl vid temperaturer upp till flera hundra grader. Rent titan är lämpligt för alla typer av bearbetning i varma och kalla tillstånd: det kan smidas som järn, dras och till och med göras till tråd, rullas till ark, tejper och folier upp till 0,01 mm tjocka.

Till skillnad från de flesta metaller har titan ett betydande elektriskt motstånd: om den elektriska ledningsförmågan hos silver tas till 100, är kopparns elektriska ledningsförmåga 94, aluminium är 60, järn och platina är -15, och titan är bara 3,8. Titan är en paramagnetisk metall, den magnetiseras inte som järn i ett magnetfält, men den trycks inte ut ur den som koppar. Dess magnetiska känslighet är mycket svag, denna egenskap kan användas i konstruktion. Titan har en relativt låg värmeledningsförmåga, endast 22,07 W/(mK), vilket är ungefär 3 gånger lägre än värmeledningsförmågan för järn, 7 gånger lägre än magnesium, 17–20 gånger lägre än aluminium och koppar. Följaktligen är koefficienten för linjär termisk expansion av titan lägre än den för andra strukturella material: vid 20 C är den 1,5 gånger lägre än den för järn, 2 - för koppar och nästan 3 - för aluminium. Således är titan en dålig ledare av elektricitet och värme.

På grund av den höga korrosionsbeständigheten i havsvatten används titan och dess legeringar i skeppsbyggnad för tillverkning av propellrar, fartygsplätering, ubåtar, torpeder, etc. Skal fastnar inte på titan och dess legeringar, vilket kraftigt ökar kärlets motstånd när det rör sig. Successivt expanderar användningsområdena för titan. Titan och dess legeringar används inom den kemiska, petrokemiska, massa- och pappers- och livsmedelsindustrin, icke-järnmetallurgi, kraftteknik, elektronik, kärnteknik, galvanisering, vid tillverkning av vapen, för tillverkning av pansarplåtar, kirurgiska instrument, kirurgiska implantat, avsaltningsanläggningar, racingbilsdelar, sportutrustning (golfklubbor, klätterutrustning), klockdelar och till och med smycken. Nitrering av titan leder till bildandet av en gyllene film på dess yta, som inte är sämre i skönhet än äkta guld.

Upptäckten av TiO2 gjordes nästan samtidigt och oberoende av engelsmannen W. Gregor och den tyske kemisten M. G. Klaproth. W. Gregor, som studerade sammansättningen av magnetisk järnhaltig sand (Creed, Cornwall, England, 1791), isolerade en ny "jord" (oxid) av en okänd metall, som han kallade menaken. 1795 upptäckte den tyske kemisten Klaproth ett nytt grundämne i mineralet rutil och gav det namnet titan. Två år senare slog Klaproth fast att rutil och menakenjord är oxider av samma grundämne, bakom vilket namnet "titan" som Klaproth föreslagit fanns kvar. Efter 10 år skedde upptäckten av titan för tredje gången. Den franske vetenskapsmannen L. Vauquelin upptäckte titan i anatas och bevisade att rutil och anatas är identiska titanoxider.

Det första provet av metalliskt titan erhölls 1825 av J. Ya Berzelius. På grund av den höga kemiska aktiviteten hos titan och komplexiteten i dess rening, erhöll holländarna A. van Arkel och I. de Boer ett rent Ti-prov 1925 genom termisk nedbrytning av titanjodid TiI4-ånga.

Titan är det tionde vanligaste i naturen. Innehållet i jordskorpan är 0,57 viktprocent, i havsvatten 0,001 mg/l. 300 g/t i ultrabasiska bergarter, 9 kg/t i basiska bergarter, 2,3 kg/t i sura bergarter, 4,5 kg/t i leror och skiffer. I jordskorpan är titan nästan alltid fyrvärt och finns bara i syreföreningar. Det förekommer inte i fri form. Titan under väderförhållanden och nederbörd har en geokemisk affinitet för Al2O3. Den är koncentrerad i bauxiter av vittringsskorpan och i marina leriga sediment. Överföringen av titan utförs i form av mekaniska fragment av mineraler och i form av kolloider. Upp till 30 viktprocent TiO2 ackumuleras i vissa leror. Titanmineraler är resistenta mot väderpåverkan och bildar stora koncentrationer i placers. Mer än 100 mineraler som innehåller titan är kända. De viktigaste av dem är: rutil TiO2, ilmenit FeTiO3, titanomagnetit FeTiO3 + Fe3O4, perovskit CaTiO3, titanit CaTiSiO5. Det finns primära titanmalmer - ilmenit-titanmagnetit och placer - rutil-ilmenit-zirkon.

Huvudmalmer: ilmenit (FeTiO3), rutil (TiO2), titanit (CaTiSiO5).

2002 användes 90 % av det utvunna titanet för produktion av titandioxid TiO2. Världsproduktionen av titandioxid var 4,5 miljoner ton per år. De bekräftade reserverna av titandioxid (utan Ryssland) är cirka 800 miljoner ton. För 2006, enligt US Geological Survey, i termer av titandioxid och exklusive Ryssland, uppgår reserverna av ilmenitmalmer till 603-673 miljoner ton, och rutil - 49,7- 52,7 miljoner ton. Med nuvarande produktionstakt kommer således världens bevisade reserver av titan (exklusive Ryssland) att räcka i mer än 150 år.

Ryssland har världens näst största reserver av titan efter Kina. Mineraltillgångsbasen av titan i Ryssland består av 20 fyndigheter (varav 11 är primära och 9 är alluviala), ganska jämnt spridda över hela landet. Den största av de utforskade fyndigheterna (Yaregskoye) ligger 25 km från staden Ukhta (Komirepubliken). Reserverna i fyndigheten uppskattas till 2 miljarder ton malm med en genomsnittlig titandioxidhalt på cirka 10 %.

Världens största producent av titan - ryskt företag"VSMPO-AVISMA".

Som regel är utgångsmaterialet för framställning av titan och dess föreningar titandioxid med en relativt liten mängd föroreningar. I synnerhet kan det vara ett rutilkoncentrat som erhålls under förädlingen av titanmalmer. Men reserverna av rutil i världen är mycket begränsade, och den så kallade syntetiska rutilen eller titanslaggen, som erhålls under bearbetningen av ilmenitkoncentrat, används oftare. För att få titanslagg reduceras ilmenitkoncentrat i en ljusbågsugn, medan järn separeras i en metallfas (gjutjärn), och inte reducerade titanoxider och föroreningar bildar en slaggfas. Rik slagg bearbetas med klorid- eller svavelsyrametoden.

I ren form och i form av legeringar

Titanmonument till Gagarin på Leninsky Prospekt i Moskva

Metallen används i: kemisk industri (reaktorer, rörledningar, pumpar, rörledningar), militär industri (skottsäkra västar, pansar och brandbarriärer inom flyg, ubåtsskrov), industriella processer(avsaltningsanläggningar, massa- och pappersprocesser), bilindustri, jordbruksindustri, livsmedelsindustri, piercingsmycken, medicinsk industri (proteser, osteoproteser), dentala och endodontiska instrument, tandimplantat, sportartiklar, smycken (Alexander Khomov), mobiltelefoner, lätta legeringar etc. Är det viktigaste konstruktionsmaterial inom flygplan, raket och skeppsbyggnad.

Titangjutning utförs i vakuumugnar i grafitformar. Vakuuminvesteringsgjutning används också. På grund av tekniska svårigheter används den i konstnärlig gjutning i begränsad omfattning. Den första monumentala gjutna titanskulpturen i världen är monumentet till Yuri Gagarin på torget som är uppkallat efter honom i Moskva.

Titan är ett legeringstillskott i många legerade stål och de flesta speciallegeringar.

Nitinol (nickel-titan) är en formminneslegering som används inom medicin och teknik.

Titanaluminider är mycket motståndskraftiga mot oxidation och värmebeständiga, vilket i sin tur avgjorde deras användning inom flyg- och bilindustrin som konstruktionsmaterial.

Titan är ett av de vanligaste gettermaterialen som används i högvakuumpumpar.

Vit titandioxid (TiO2) används i färger (som titanvit) samt vid tillverkning av papper och plast. Livsmedelstillsats E171.

Organiska titanföreningar (t.ex. tetrabutoxititan) används som katalysator och härdare inom kemi- och färgindustrin.

Oorganiska titanföreningar används i den kemiska, elektroniska, glasfiberindustrin som tillsatser eller beläggningar.

Titankarbid, titandiborid, titankarbonitrid är viktiga komponenter i superhårda material för metallbearbetning.

Titannitrid används för att belägga verktyg, kyrkkupoler och vid tillverkning av kostymsmycken, eftersom. har en färg som liknar guld.

Bariumtitanat BaTiO3, blytitanat PbTiO3 och ett antal andra titanater är ferroelektriska.

Det finns många titanlegeringar med olika metaller. Legeringselement är indelade i tre grupper, beroende på deras effekt på temperaturen vid polymorf omvandling: betastabilisatorer, alfastabilisatorer och neutrala härdare. Den förra sänker omvandlingstemperaturen, den senare ökar den, och den senare påverkar den inte, utan leder till lösningshärdning av matrisen. Exempel på alfastabilisatorer: aluminium, syre, kol, kväve. Betastabilisatorer: molybden, vanadin, järn, krom, nickel. Neutrala härdare: zirkonium, tenn, kisel. Betastabilisatorer är i sin tur uppdelade i beta-isomorfa och beta-eutektoidbildande. Den vanligaste titanlegeringen är Ti-6Al-4V-legeringen (i den ryska klassificeringen - VT6).

60% - färg;

20% - plast;

13% - papper;

7% - maskinteknik.

$15-25 per kilo, beroende på renhet.

Renheten och graden av grovt titan (titansvamp) bestäms vanligtvis av dess hårdhet, som beror på innehållet av föroreningar. De vanligaste märkena är TG100 och TG110.

Priset på ferrotitan (minst 70 % titan) per 2010-12-22 är 6,82 USD per kilogram. Den 01.01.2010 låg priset på 5,00 USD per kilogram.

I Ryssland var titanpriserna i början av 2012 1200-1500 rubel/kg.

Fördelar:

låg densitet (4500 kg / m3) hjälper till att minska vikten av det använda materialet;

hög mekanisk hållfasthet. Det är värt att notera att kl förhöjda temperaturer(250-500 °C) titanlegeringar är överlägsna i styrka jämfört med höghållfasta aluminium- och magnesiumlegeringar;

ovanligt hög korrosionsbeständighet, på grund av titans förmåga att bilda tunna (5-15 mikron) kontinuerliga filmer av TiO2-oxid på ytan, fast bundna till metallmassan;

den specifika hållfastheten (förhållandet mellan hållfasthet och densitet) för de bästa titanlegeringarna når 30-35 eller mer, vilket är nästan dubbelt så mycket som den specifika styrkan hos legerade stål.

Nackdelar:

hög produktionskostnad, titan är mycket dyrare än järn, aluminium, koppar, magnesium;

aktiv interaktion vid höga temperaturer, särskilt i flytande tillstånd, med alla gaser som utgör atmosfären, vilket resulterar i att titan och dess legeringar endast kan smältas i vakuum eller i en miljö inerta gaser;

svårigheter vid produktion av titanavfall;

dåliga antifriktionsegenskaper på grund av att titan fastnar på många material, titan parat med titan kan inte fungera för friktion;

hög benägenhet hos titan och många av dess legeringar till väteförsprödning och saltkorrosion;

dålig bearbetbarhet liknande den hos austenitiska rostfria stål;

hög reaktivitet, en tendens till korntillväxt vid hög temperatur och fasomvandlingar under svetscykeln orsakar svårigheter vid svetsning av titan.

Huvuddelen av titan går åt till behoven av flyg- och raketteknik och marin skeppsbyggnad. Titan (ferrotitanium) används som en legeringstillsats till högkvalitativa stål och som deoxidationsmedel. Teknisk titan används för tillverkning av tankar, kemiska reaktorer, rörledningar, kopplingar, pumpar, ventiler och andra produkter som arbetar i aggressiva miljöer. Galler och andra delar av elektrovakuumanordningar som arbetar vid höga temperaturer är gjorda av kompakt titan.

När det gäller användning som konstruktionsmaterial ligger titan på 4:e plats, näst efter Al, Fe och Mg. Titanaluminider är mycket motståndskraftiga mot oxidation och värmebeständiga, vilket i sin tur avgjorde deras användning inom flyg- och bilindustrin som konstruktionsmaterial. Den biologiska säkerheten hos titan gör det till ett utmärkt material för livsmedelsindustrin och rekonstruktiv kirurgi.

Titan och dess legeringar används ofta inom tekniken på grund av deras höga mekaniska hållfasthet, som bibehålls vid höga temperaturer, korrosionsbeständighet, värmebeständighet, specifik hållfasthet, låg densitet och andra användbara egenskaper. Den höga kostnaden för titan och dess legeringar uppvägs i många fall av deras högre prestanda, och i vissa fall är de det enda materialet från vilket det är möjligt att tillverka utrustning eller strukturer som kan fungera under givna specifika förhållanden.

Titanlegeringar spelar en viktig roll inom flygtekniken, där målet är att få den lättaste designen i kombination med den styrka som krävs. Titan är lätt jämfört med andra metaller, men samtidigt kan det fungera vid höga temperaturer. Titanlegeringar används för att tillverka skal, fästdelar, ett kraftaggregat, chassidelar och olika enheter. Dessa material används också vid konstruktion av flygplans jetmotorer. Detta gör att du kan minska deras vikt med 10-25%. Titanlegeringar används för att tillverka kompressorskivor och -blad, luftintags- och ledskenor och fästelement.

Titan och dess legeringar används också inom raketvetenskap. Med tanke på korttidsarbete motorer och den snabba passagen av täta lager av atmosfären inom raketvetenskap, problemen med utmattningsstyrka, statisk uthållighet och delvis krypning är till stor del borta.

Tekniskt titan är inte lämpligt för flygtillämpningar på grund av dess otillräckligt höga värmebeständighet, men på grund av dess exceptionellt höga korrosionsbeständighet är det i vissa fall oumbärligt inom den kemiska industrin och varvsindustrin. Så det används vid tillverkning av kompressorer och pumpar för pumpning av sådana aggressiva medier som svavelhaltiga och saltsyra och deras salter, rörledningar, ventiler, autoklaver, olika behållare, filter etc. Endast titan har korrosionsbeständighet i sådana medier som vått klor, vatten och sura lösningar klor, därför tillverkas utrustning för klorindustrin av denna metall. Titan används för att tillverka värmeväxlare som arbetar i korrosiva miljöer, till exempel i salpetersyra(ej rökig). Inom skeppsbyggnad används titan för tillverkning av propellrar, plätering av fartyg, ubåtar, torpeder etc. Skal fastnar inte på titan och dess legeringar, vilket kraftigt ökar kärlets motstånd när det rör sig.

Titanlegeringar är lovande för användning i många andra applikationer, men deras användning inom teknik begränsas av den höga kostnaden och bristen på titan.

Titanföreningar används också i stor utsträckning i olika industrier. Titankarbid har en hög hårdhet och används vid tillverkning av skärande verktyg och slipande material. Vit titandioxid (TiO2) används i färger (som titanvit) samt vid tillverkning av papper och plast. Organiska titanföreningar (t.ex. tetrabutoxititan) används som katalysator och härdare inom kemi- och färgindustrin. Oorganiska titanföreningar används i den kemiska, elektroniska, glasfiberindustrin som tillsats. Titandiborid är en viktig komponent i superhårda metallbearbetningsmaterial. Titannitrid används för att belägga verktyg.

Med de nuvarande höga priserna på titan används det främst för produktion av militär utrustning, där huvudrollen inte hör till kostnaden, utan till tekniska egenskaper. Det finns emellertid kända användningar unika egenskaper titan för civila behov. När priset på titan sjunker och dess produktion växer, kommer användningen av denna metall i militära och civila ändamål att växa mer och mer.

Flyg. Den låga specifika vikten och höga hållfastheten (särskilt vid förhöjda temperaturer) hos titan och dess legeringar gör dem till mycket värdefulla flygmaterial. Inom flygplanskonstruktion och tillverkning av flygmotorer ersätter titan i allt högre grad aluminium och rostfritt stål. När temperaturen stiger tappar aluminium snabbt sin styrka. Å andra sidan har titan en klar fördel vad gäller hållfasthet vid temperaturer upp till 430°C, och förhöjda temperaturer av denna storleksordning inträffar kl. höga hastigheter på grund av aerodynamisk uppvärmning. Fördelen med att ersätta stål med titan inom flyget är att minska vikten utan att ge avkall på styrkan. Den totala viktminskningen med ökad prestanda vid förhöjda temperaturer möjliggör ökad nyttolast, räckvidd och manövrerbarhet för flygplan. Detta förklarar ansträngningarna som syftar till att utöka användningen av titan i flygplanskonstruktioner vid tillverkning av motorer, konstruktion av flygkroppar, tillverkning av skinn och till och med fästelement.

Vid konstruktion av jetmotorer används titan främst för tillverkning av kompressorblad, turbinskivor och många andra stämplade delar. Här ersätter titan rostfritt och värmebehandlat legerat stål. En besparing på ett kilo i motorvikt sparar upp till 10 kg i flygplanets totalvikt på grund av att flygkroppen lättar. I framtiden är det planerat att använda titanplåt för tillverkning av höljen till motorns förbränningskammare.

I flygplanskonstruktioner används titan i stor utsträckning för flygkroppsdelar som arbetar vid förhöjda temperaturer. Plåt titan används för tillverkning av alla typer av höljen, skyddande mantel av kablar och styrningar för projektiler. Olika förstyvningselement, flygkroppsramar, ribbor etc. är gjorda av legerade titanplåtar.

Höljen, klaffar, kabelmantel och projektilstyrningar är gjorda av olegerat titan. Legerat titan används för tillverkning av flygkroppsram, ramar, rörledningar och brandbarriärer.

Titan används allt mer i konstruktionen av F-86 och F-100 flygplan. I framtiden kommer titan att användas för att tillverka landningsställsdörrar, hydrauliska rör, avgasrör och munstycken, stänger, klaffar, fällstag, etc.

Titan kan användas för att tillverka pansarplattor, propellerblad och skallådor.

För närvarande används titan i konstruktionen av militärflygplan Douglas X-3 for skin, Republic F-84F, Curtiss-Wright J-65 och Boeing B-52.

Titan används också vid konstruktion av civila flygplan DC-7. Företaget Douglas har, genom att ersätta aluminiumlegeringar och rostfritt stål med titan vid tillverkningen av motorgondolen och brandbarriärer, redan uppnått besparingar i vikten av flygplansstrukturen på cirka 90 kg. För närvarande är vikten av titandelar i detta flygplan 2 %, och denna siffra förväntas öka till 20 % av flygplanets totala vikt.

Användningen av titan gör det möjligt att minska vikten av helikoptrar. Plåt titan används för golv och dörrar. En betydande minskning av helikopterns vikt (cirka 30 kg) uppnåddes genom att ersätta legerat stål med titan för att täcka bladen på dess rotorer.

Marin. Korrosionsbeständigheten hos titan och dess legeringar gör dem till ett mycket värdefullt material till sjöss. US Department of Navy undersöker omfattande korrosionsbeständigheten hos titan mot exponering för rökgaser, ånga, olja och havsvatten. Den höga specifika styrkan hos titan är av nästan samma betydelse i marina angelägenheter.

Metallens låga specifika vikt, i kombination med korrosionsbeständighet, ökar fartygens manövrerbarhet och räckvidd och minskar också kostnaderna för att underhålla materialdelen och dess reparation.

Tillämpningar av titan i flottan inkluderar avgasljuddämpare för ubåtsdieselmotorer, instrumentskivor, tunnväggiga rör för kondensorer och värmeväxlare. Enligt experter kan titan, som ingen annan metall, öka livslängden för avgasljuddämpare på ubåtar. För mätskivor som utsätts för saltvatten, bensin eller olja, ger titan bättre hållbarhet. Möjligheten att använda titan för tillverkning av värmeväxlarrör utreds, som ska vara korrosionsbeständiga i havsvatten som tvättar rören utifrån, och samtidigt tåla effekterna av att avgaskondensat rinner in i dem. Möjligheten att tillverka antenner och komponenter till radarinstallationer av titan, som krävs för att vara resistenta mot effekterna av rökgaser och havsvatten, övervägs. Titan kan även användas för tillverkning av delar som ventiler, propellrar, turbindelar m.m.

Artilleri. Tydligen kan den största potentiella konsumenten av titan vara artilleri, där det för närvarande pågår intensiv forskning kring olika prototyper. Men inom detta område är tillverkningen av endast enskilda delar och delar av titan standardiserad. Mycket begränsad användning titan i artilleri med en stor omfattning av forskning förklaras av dess höga kostnad.

Olika detaljer har utforskats artilleriutrustning när det gäller möjligheten att ersätta konventionella material med titan, med förbehåll för en sänkning av titanpriserna. Den största uppmärksamheten ägnades åt delar för vilka viktminskning är nödvändig (delar som bärs för hand och transporteras med flyg).

Murbruksbottenplatta av titan istället för stål. Genom ett sådant byte och efter viss ändring, i stället för en stålplåt från två halvor med en totalvikt på 22 kg, var det möjligt att skapa en del som vägde 11 kg. Tack vare denna ersättning är det möjligt att minska antalet servicepersonal från tre till två. Möjligheten att använda titan för tillverkning av pistolflamskydd övervägs.

Titantillverkade pistolfästen, vagnskors och rekylcylindrar testas. Bred applikation titan kan erhållas vid tillverkning av styrda projektiler och missiler.

De första studierna av titan och dess legeringar visade möjligheten att tillverka pansarplåtar av dem. Byte av stålpansar (tjocklek 12,7 mm) pansar i titan samma projektilmotstånd (tjocklek 16 mm) gör det möjligt, enligt dessa studier, att spara upp till 25 % i vikt.

Högkvalitativa titanlegeringar ger hopp om möjligheten att ersätta stålplåtar med titanlegeringar av lika tjocklek, vilket sparar upp till 44 % i vikt. Industriell tillämpning titan kommer att ge större manövrerbarhet, öka räckvidden för transport och pistolens hållbarhet. Den nuvarande utvecklingsnivån för flygtransporter uppenbarar fördelarna med lätta pansarbilar och andra fordon gjorda av titan. Artilleriavdelningen har för avsikt att i framtiden utrusta infanteriet med hjälmar, bajonetter, granatkastare och handhållna eldkastare av titan. Titanlegering användes först i artilleri för tillverkning av kolven i vissa automatiska kanoner.

Transport. Många av fördelarna med att använda titan vid tillverkning av pansarmateriel gäller även fordon.

Ersättningen av konstruktionsmaterial som för närvarande konsumeras av transportteknikföretag med titan bör leda till en minskning av bränsleförbrukningen, en ökning av nyttolastkapaciteten, en ökning av utmattningsgränsen för delar av vevmekanismer, etc. järnvägar det är viktigt att minska dödvikten. En betydande minskning av den totala vikten av den rullande materielen på grund av användningen av titan kommer att spara dragkraft, minska dimensionerna på halsarna och axelboxarna.

Vikten är också viktig för släpvagnar. Fordon. Här skulle byte av stål mot titan vid tillverkning av axlar och hjul också öka nyttolastkapaciteten.

Alla dessa möjligheter skulle kunna realiseras genom att sänka priset på titan från 15 till 2-3 dollar per pund titanhalvfabrikat.

Kemisk industri. Vid tillverkning av utrustning för den kemiska industrin är metallens korrosionsbeständighet av yttersta vikt. Det är också viktigt att minska vikten och öka styrkan på utrustningen. Logiskt sett bör det antas att titan skulle kunna ge ett antal fördelar vid tillverkning av utrustning för att transportera syror, alkalier och oorganiska salter från det. Ytterligare möjligheter för användning av titan öppnar sig vid produktion av sådan utrustning som tankar, kolonner, filter och alla typer av högtryckscylindrar.

Användningen av titanrör kan förbättra effektiviteten hos värmeslingor i laboratorieautoklaver och värmeväxlare. Tillämpligheten av titan för tillverkning av cylindrar i vilka gaser och vätskor lagras under tryck under lång tid framgår av användningen i mikroanalys av förbränningsprodukter istället för ett tyngre glasrör (visas i den övre delen av bilden). På grund av sin lilla väggtjocklek och låga specifika vikt kan detta rör vägas på mindre, känsligare analytiska vågar. Här förbättrar kombinationen av lätthet och korrosionsbeständighet noggrannheten i kemisk analys.

Andra applikationer. Användningen av titan är ändamålsenlig inom livsmedels-, olje- och elindustrin, såväl som för tillverkning av kirurgiska instrument och i själva kirurgin.

Bord för matlagning, ångbord gjorda av titan är överlägsna i kvalitet jämfört med stålprodukter.

Inom olje- och gasborrningsindustrin är kampen mot korrosion av stor betydelse, så användningen av titan kommer att göra det möjligt att byta ut korroderande utrustningsstavar mer sällan. Vid katalytisk produktion och för tillverkning av oljerörledningar är det önskvärt att använda titan, som bibehåller mekaniska egenskaper vid höga temperaturer och har god korrosionsbeständighet.

Inom den elektriska industrin kan titan användas för att pansra kablar på grund av dess goda specifika styrka, höga elektriska motstånd och icke-magnetiska egenskaper.

I olika branscher börjar man använda fästelement av en eller annan form gjorda av titan. Ytterligare expansion av användningen av titan är möjlig för tillverkning av kirurgiska instrument, främst på grund av dess korrosionsbeständighet. Titaninstrument är i detta avseende överlägsna konventionella kirurgiska instrument när de kokas eller autoklaveras upprepade gånger.

Inom kirurgin visade sig titan vara bättre än vitalium och rostfritt stål. Förekomsten av titan i kroppen är ganska acceptabel. Plattan och skruvarna gjorda av titan för att fästa benen fanns i djurets kropp i flera månader, och benet växte in i skruvarnas gängor och in i hålet i plattan.

Fördelen med titan ligger också i att muskelvävnad bildas på plattan.

Ungefär hälften av de titanprodukter som produceras i världen skickas vanligtvis till den civila flygindustrin, men dess nedgång efter de välkända tragiska händelserna tvingar många industrideltagare att leta efter nya applikationer för titan. Detta material representerar den första delen av ett urval av publikationer i den utländska metallurgiska pressen som ägnas åt utsikterna för titan i moderna förhållanden. Enligt en av de ledande amerikanska tillverkarna av titan RT1, av den totala volymen av titanproduktion på en global skala i nivån 50-60 tusen ton per år, står flygsegmentet för upp till 40 konsumtion, industriella applikationer och applikationer står för 34, och det militära området 16 , och cirka 10 stod för användningen av titan i konsumentprodukter. Industriella tillämpningar av titan inkluderar kemiska processer, energi-, olje- och gasindustrin, avsaltningsanläggningar. Militära icke-aeronautiska tillämpningar inkluderar främst användning i artilleri och stridsfordon. Sektorer med betydande användning av titan är bilindustrin, arkitektur och konstruktion, sportartiklar och smycken. Nästan allt titan i göt produceras i USA, Japan och OSS - Europa står för endast 3,6 av den globala volymen. Regionala slutanvändningsmarknader för titan varierar mycket - de flesta ett utmärkt exempel Japan är unikt, där den civila flygsektorn endast står för 2-3 medan den använder 30 av den totala titanförbrukningen i utrustning och strukturella delar av kemiska anläggningar. Ungefär 20 av den totala efterfrågan i Japan kommer från kärnkraft och i fastbränslekraftverk, resten är inom arkitektur, medicin och sport. Den motsatta bilden observeras i USA och Europa, där uteslutande stor betydelse har förbrukning inom flygsektorn - 60-75 respektive 50-60 för varje region. I USA är traditionellt starka slutmarknader kemikalier, medicinsk utrustning, industriutrustning, medan den största andelen i Europa finns inom olje- och gasindustrin och byggindustrin. Det stora beroendet av flygindustrin har varit ett långvarigt bekymmer för titanindustrin, som försöker utöka titanapplikationer, särskilt i den nuvarande nedgången i den globala civila luftfarten. Enligt US Geological Survey skedde en betydande minskning av importen av titansvamp under första kvartalet 2003 - endast 1319 ton, vilket är 62 mindre än 3431 ton under samma period 2002. Flyg- och rymdsektorn kommer alltid att vara en av de ledande marknaderna för titan, men vi inom titanindustrin måste anta utmaningen och göra allt vi kan för att se till att vår industri inte utvecklas och recessionscyklar inom flygsektorn. Några av titanindustrins ledande tillverkare ser växande möjligheter på befintliga marknader, varav en är marknaden för undervattensutrustning och material. Enligt Martin Proko, försäljnings- och distributionschef för RT1, har titan använts i kraftproduktion och undervattensapplikationer under lång tid, sedan början av 1980-talet, men först under de senaste fem åren har dessa områden utvecklats stadigt med en motsvarande tillväxt i marknadsnischen. Inom subsea-sektorn drivs tillväxten främst av borroperationer på större djup, där titan är det lämpligaste materialet. Dess, så att säga, undervattenslivscykel är femtio år, vilket motsvarar den vanliga varaktigheten för undervattensprojekt. Vi har redan listat de områden där en ökning av användningen av titan är trolig. Howmet Ti-Casts försäljningschef Bob Funnell konstaterar att det nuvarande tillståndet på marknaden kan ses som tillväxtmöjligheter inom nya områden som roterande delar till lastbilsturboladdare, raketer och pumpar.

Ett av våra pågående projekt är utvecklingen av BAE Butitzer XM777 lätta artillerisystem med en kaliber på 155 mm. Newmet kommer att leverera 17 av de 28 strukturella titanenheterna för varje vapenfäste, med leveranser till US Marine Corps i augusti 2004. Med en total pistolvikt på 9 800 pund av cirka 4,44 ton står titan för cirka 2 600 pund av cirka 1,18 ton titan i sin design - en 6A14U-legering med ett stort antal gjutgods används, säger Frank Hrster, chef för brandstödssystem BAE Sy81et8. Detta XM777-system ska ersätta det nuvarande M198 Newitzer-systemet, som väger cirka 17 000 pund och cirka 7,71 ton. Massproduktion planeras för perioden 2006 till 2010 - leveranser till USA, Storbritannien och Italien är initialt planerade, men det är möjligt att utöka programmet för leveranser till NATO:s medlemsländer. John Barber från Timet påpekar att exempel militär utrustning, i vars design betydande volymer titan används, är Abramé-tanken och kampmaskin Bradley. De senaste två åren har ett gemensamt program mellan Nato, USA och Storbritannien pågått för att intensifiera användningen av titan i vapen och försvarssystem. Som har noterats mer än en gång är titan mycket lämpligt för användning inom bilindustrin, men andelen av denna riktning är ganska blygsam - cirka 1 av den totala volymen titan som förbrukas, eller 500 ton per år, enligt den italienska företaget Poggipolini, en tillverkare av titankomponenter och delar till Formel-1 och racermotorcyklar. Daniele Stoppolini, chef för forskning och utveckling på detta företag, tror att den nuvarande efterfrågan på titan i detta marknadssegment är på nivån 500 ton, med den massiva användningen av detta material i konstruktionen av ventiler, fjädrar, avgassystem, transmissioner axlar, bultar, skulle potentiellt kunna stiga till en nivå på nästan inte 16 000 ton per år. Han tillade att hans företag precis har börjat utveckla automatiserad produktion av titanbultar för att minska produktionskostnaderna. Enligt hans åsikt är de begränsande faktorerna, på grund av vilka användningen av titan inte ökar avsevärt inom bilindustrin, efterfrågans oförutsägbarhet och osäkerheten med tillgången på råvaror. Samtidigt finns en stor potentiell nisch för titan kvar i bilindustrin, som kombinerar optimala vikt- och hållfasthetsegenskaper för spiralfjädrar och avgassystem. Tyvärr, på den amerikanska marknaden, markeras den breda användningen av titan i dessa system endast av en ganska exklusiv semi-sportmodell Chevrolet Corvette Z06, som inte på något sätt kan göra anspråk på att vara en massbil. Men på grund av de pågående utmaningarna med bränsleekonomi och korrosionsbeständighet kvarstår utsikterna för titan i detta område. För godkännande på marknaderna för icke-flyg och icke-militära tillämpningar skapades nyligen UNITI joint venture i dess namn, ordet enhet spelas upp - enhet och Ti - beteckningen titan i det periodiska systemet som en del av världens ledande titanproducenter - amerikanska Allegheny Technologies och ryska VSMPO-Avisma. Dessa marknader har medvetet uteslutits, säger Carl Moulton, VD för det nya företaget, eftersom vi avser att göra det nya företaget till en ledande leverantör till industrier som använder titandelar och sammansättningar, främst petrokemi och kraftproduktion. Dessutom avser vi att aktivt marknadsföra inom områdena avsaltningsanordningar, fordon, konsumentprodukter och elektronik. Jag tror att våra produktionsanläggningar kompletterar varandra väl - VSMPO har enastående kapacitet för produktion av slutprodukter, Allegheny har utmärkta traditioner inom produktion av kall- och varmvalsade titanprodukter. UNITI:s andel av den globala marknaden för titanprodukter förväntas uppgå till 45 miljoner pund, cirka 20 411 ton. Marknaden för medicinsk utrustning kan betraktas som en stadigt växande marknad - enligt brittiska Titanium International Group är det årliga innehållet av titan över hela världen i olika implantat och proteser cirka 1000 ton, och denna siffra kommer att öka, eftersom möjligheterna för kirurgi att ersätta mänskliga leder efter olyckor eller skador. Förutom de uppenbara fördelarna med flexibilitet, styrka, lätthet, är titan mycket kompatibelt med kroppen i biologisk mening på grund av frånvaron av korrosion på vävnader och vätskor i människokroppen. Inom tandvården skjuter också användningen av proteser och implantat i höjden – tre gånger under de senaste tio åren, enligt American Dental Association, till stor del på grund av titanets egenskaper. Även om användningen av titan i arkitektur går tillbaka mer än 25 år, började dess utbredda användning i detta område först i senaste åren. Utbyggnaden av Abu Dhabis flygplats i Förenade Arabemiraten, som är planerad att slutföras 2006, kommer att använda upp till 1,5 miljoner pund av cirka 680 ton titan. En hel del olika arkitektoniska och byggprojekt som använder titan planeras att genomföras inte bara i de utvecklade länderna i USA, Kanada, Storbritannien, Tyskland, Schweiz, Belgien, Singapore, utan också i Egypten och Peru.

Marknadssegmentet för konsumentvaror är för närvarande det snabbast växande segmentet på titanmarknaden. Medan detta segment för 10 år sedan bara var 1-2 av titanmarknaden, har det idag vuxit till 8-10 av marknaden. Totalt sett ökade titankonsumtionen i konsumentvaruindustrin med ungefär dubbelt så hög takt som hela titanmarknaden. Användningen av titan inom sport är den längsta pågående och har den största andelen av användningen av titan i konsumentprodukter. Anledningen till titans popularitet i sportutrustning är enkel - det låter dig få ett förhållande mellan vikt och styrka som är överlägsen alla andra metaller. Användningen av titan i cyklar började för cirka 25-30 år sedan och var den första användningen av titan i sportutrustning. Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9 legeringsrör används huvudsakligen. Andra delar tillverkade av titanlegeringar inkluderar bromsar, kedjehjul och sätesfjädrar. Användningen av titan vid tillverkning av golfklubbor började först i slutet av 80-talet och början av 90-talet av klubbtillverkare i Japan. Före 1994-1995 var denna tillämpning av titan praktiskt taget okänd i USA och Europa. Det förändrades när Callaway introducerade sin Ruger Titanium titaniumstick, kallad Great Big Bertha. På grund av de uppenbara fördelarna och genomtänkta marknadsföringen från Callaway blev titanklubbor en omedelbar hit. På kort tid har titanklubbor gått från den exklusiva och dyra utrustningen för en liten grupp golfare till att användas flitigt av de flesta golfare samtidigt som de fortfarande är dyrare än stålklubbor. Jag skulle vilja nämna de viktigaste, enligt min åsikt, trender i utvecklingen av golfmarknaden; den har gått från högteknologi till massproduktion på en kort period av 4-5 år, efter samma väg som andra industrier med hög arbetskraft. kostnader som tillverkning av kläder, leksaker och hemelektronik, produktionen av golfklubbor har gått till länder med den billigaste arbetskraften först till Taiwan, sedan till Kina och nu byggs fabriker i länder med ännu billigare arbetskraft som till exempel Vietnam och Thailand, titan används definitivt för förare, där dess överlägsna egenskaper ger en klar fördel och motiverar ett högre pris. Titan har dock ännu inte funnits särskilt utbrett på efterföljande klubbor, eftersom den betydande kostnadsökningen inte stöds av en motsvarande förbättring av spelet. För närvarande tillverkas drivers främst med en smidd slagyta, en smidd eller gjuten topp och en Nyligen tillät Professional Golf Association ROA en höjning av den övre gränsen för den så kallade returfaktorn, i samband med vilken alla klubbtillverkare kommer att försöka öka slagytans fjäderegenskaper. För att göra detta är det nödvändigt att minska tjockleken på slagytan och använda starkare legeringar för den, som SP700, 15-3-3-3 och VT-23. Låt oss nu fokusera på användningen av titan och dess legeringar på annan sportutrustning. Racercykelrör och andra delar är gjorda av ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V legering. En förvånansvärt betydande mängd titanplåt används vid tillverkning av dykknivar. De flesta tillverkare använder Ti6Al-4V-legering, men denna legering ger inte bladkantshållbarhet som andra starkare legeringar. Vissa tillverkare går över till att använda BT23-legering.

Detaljpriset för dykknivar i titan är cirka 70-80 USD. Gjutna hästskor i titan ger en betydande viktminskning jämfört med stål, samtidigt som de ger den nödvändiga styrkan. Tyvärr förverkligades inte denna användning av titan eftersom titanhästskorna gnistrade och skrämde hästarna. Få kommer att gå med på att använda titanhästskor efter de första misslyckade experimenten. Titanium Beach, baserat i Newport Beach, Kalifornien Newport Beach, Kalifornien, har utvecklat skridskoblad i legerad Ti6Al-4V. Tyvärr är problemet även här återigen hållbarheten hos eggen på bladen. Jag tror att denna produkt har en chans att leva om tillverkare använder starkare legeringar som 15-3-3-3 eller BT-23. Titan används mycket i bergsklättring och vandring, för nästan alla föremål som klättrare och vandrare bär i sina ryggsäckar flaskor, koppar $20-$30 detaljhandel, matlagningsset omkring $50 detaljhandel, serviser mestadels gjorda av kommersiellt rent titan Grad 1 och 2. Andra exempel av klätter- och vandringsutrustning är kompakta spisar, tältställ och fästen, isyxor och isskruvar. Vapentillverkare har nyligen börjat tillverka titanpistoler för både sportskytte och brottsbekämpande tillämpningar.

Konsumentelektronik är en ganska ny och snabbt växande marknad för titan. I många fall beror användningen av titan i hemelektronik inte bara på dess utmärkta egenskaper, utan också på produkternas attraktiva utseende. Kommersiellt rent Grade 1 titan används för att tillverka fodral för bärbara datorer, mobiltelefoner, plasma plattskärms-TV och annan elektronisk utrustning. Användningen av titan i högtalarkonstruktioner ger bättre akustiska egenskaper på grund av att titan är lättare än stål vilket resulterar i ökad akustisk känslighet. Titanklockor, som först introducerades på marknaden av japanska tillverkare, är nu en av de mest prisvärda och erkända titanprodukterna för konsumenter. Världskonsumtionen av titan vid tillverkning av traditionella och så kallade bärbara smycken mäts i flera tiotals ton. Allt oftare kan du hitta titan bröllopsringar, och naturligtvis är människor som bär smycken på kroppen helt enkelt skyldiga att använda titan. Titan används i stor utsträckning vid tillverkning av marina fästelement och beslag, där kombinationen av hög korrosionsbeständighet och styrka är mycket viktig. Los Angeles-baserade Atlas Ti tillverkar ett brett utbud av dessa produkter i VTZ-1-legering. Användningen av titan i tillverkningen av verktyg började först i Sovjetunionen i början av 80-talet, när, på instruktioner från regeringen, gjordes lätta och bekväma verktyg för att underlätta arbetarnas arbete. Den sovjetiska jätten för titanproduktion, Verkhne-Saldinskoye Metal Processing Production Association, tillverkade vid den tiden titan spadar, spikavdragare, fästen, yxor och nycklar.

Senare började japanska och amerikanska verktygstillverkare använda titan i sina produkter. För inte så länge sedan tecknade VSMPO ett kontrakt med Boeing för leverans av titanplåtar. Detta kontrakt hade utan tvekan en mycket gynnsam effekt på utvecklingen av titanproduktion i Ryssland. Titan har använts flitigt inom medicin i många år. Fördelarna är styrka, korrosionsbeständighet, och viktigast av allt är att vissa människor är allergiska mot nickel, en väsentlig komponent i rostfria stål, medan ingen är allergisk mot titan. Legeringarna som används är kommersiellt rent titan och Ti6-4Eli. Titan används vid tillverkning av kirurgiska instrument, interna och externa proteser, inklusive kritiska sådana som en hjärtklaff. Kryckor och rullstolar är gjorda av titan. Användningen av titan i konsten går tillbaka till 1967, då det första titanmonumentet restes i Moskva.

För närvarande har ett betydande antal titanmonument och byggnader uppförts på nästan alla kontinenter, inklusive sådana kända som Guggenheimmuseet, byggt av arkitekten Frank Gehry i Bilbao. Materialet är mycket populärt bland konstfolk för sin färg, utseende, styrka och korrosionsbeständighet. Av dessa skäl används titan i souvenirer och smyckessybehör, där det framgångsrikt konkurrerar med sådana ädla metaller som silver och till och med guld. . Enligt Martin Proko på RTi är det genomsnittliga priset på titansvamp i USA 3,80 per pund, i Ryssland är det 3,20 per pund. Dessutom är metallpriset starkt beroende av den kommersiella flygindustrins cyklikalitet. Utvecklingen av många projekt skulle kunna accelerera dramatiskt om man kan hitta sätt att minska kostnaderna för titanproduktion och -bearbetning, skrotbearbetning och smältteknik, säger Markus Holz, VD för tyska Deutshe Titan. British Titanium håller med om att expansionen av titanprodukter hålls tillbaka av höga produktionskostnader och att många förbättringar måste göras innan titan kan massproduceras. modern teknik.

Ett av stegen i denna riktning är utvecklingen av den så kallade FFC-processen, som är en ny elektrolytisk process för framställning av metalliskt titan och legeringar, vars kostnad är betydligt lägre. Enligt Daniele Stoppolini kräver den övergripande strategin inom titanindustrin utveckling av de mest lämpliga legeringarna, produktionsteknik för varje ny marknad och tillämpning av titan.

Källor

Wikipedia - The Free Encyclopedia, WikiPedia

metotech.ru - Metoteknik

housetop.com - House Top

atomsteel.com – Atomteknologi

domremstroy.ru - DomRemStroy

- element 4 i grupp 4 i perioden. Övergångsmetallen uppvisar både basiska och sura egenskaper, är ganska utbredd i naturen - 10:e plats. Det mest intressanta för samhällsekonomin är kombinationen av hög metallhårdhet och lätthet, vilket gör det till ett oumbärligt element för flygindustrin. Den här artikeln kommer att berätta om märkningen, legeringen och andra egenskaper hos titanmetall, ge en allmän beskrivning och intressanta fakta om det.

Till utseendet påminner metallen mest om stål, men dess mekaniska egenskaper är högre. Samtidigt kännetecknas titan av sin låga vikt - molekylvikt 22. Grundämnets fysikaliska egenskaper har studerats ganska väl, men de beror starkt på metallens renhet, vilket leder till betydande avvikelser.

Dessutom har dess specifika kemiska egenskaper betydelse. Titan är resistent mot alkalier, salpetersyra och interagerar samtidigt våldsamt med torra halogener och vid högre temperaturer med syre och kväve. Ännu värre, det börjar absorbera väte även vid rumstemperatur, om det finns en aktiv yta. Och i smältan absorberar den syre och väte så intensivt att smältningen måste utföras i vakuum.

En annan viktig egenskap som bestämmer de fysiska egenskaperna är förekomsten av 2 faser av staten.

Låg temperatur- α-Ti har ett hexagonalt tätpackat gitter, ämnets densitet är 4,55 g / cu. cm (vid 20 C).
hög temperatur- β-Ti kännetecknas av ett kroppscentrerat kubiskt gitter, respektive fasdensiteten är mindre - 4,32 g / cu. se (vid 90°C).

Fasövergångstemperatur - 883 C.

Under normala förhållanden är metallen täckt med en skyddande oxidfilm. I sin frånvaro är titan stor fara. Så titaniumdamm kan explodera, temperaturen på en sådan blixt är 400C. Titanchips är ett brandfarligt material och förvaras i en speciell miljö.

Videon nedan berättar om strukturen och egenskaperna hos titan:

Egenskaper och egenskaper hos titan

Titan är överlägset starkast bland alla befintliga tekniskt material, därför, trots komplexiteten att erhålla och höga säkerhetskrav för , används det ganska brett. De fysiska egenskaperna hos elementet är ganska ovanliga, men beror mycket på renheten. Således används rent titan och legeringar aktivt i raket- och flygindustrin, medan tekniskt titan är olämpligt, eftersom det tappar styrka vid höga temperaturer på grund av föroreningar.

metalldensitet

Ett ämnes densitet varierar med temperatur och fas.

Vid temperaturer från 0 till smältpunkten minskar den från 4,51 till 4,26 g / cu. cm, och under fasövergången ökar du den med 0,15 %, och minskar sedan igen.
Densiteten för den flytande metallen är 4,12 g/cu. cm, och minskar sedan med stigande temperatur.

Smält- och kokpunkter

Fasövergången separerar metallens alla egenskaper i kvaliteter som α- och β-faserna kan uppvisa. Så densiteten upp till 883 C hänvisar till egenskaperna hos α-fasen, och smält- och kokpunkterna - till parametrarna för β-fasen.

Smältpunkten för titan (i grader) är 1668+/-5 C;
Kokpunkten når 3227 C.

Förbränningen av titan diskuteras i den här videon:

Mekaniska egenskaper

Titan är cirka 2 gånger starkare än järn och 6 gånger starkare än aluminium, vilket gör det till ett så värdefullt konstruktionsmaterial. Exponenterna hänvisar till α-fasens egenskaper.

Ämnets draghållfasthet är 300–450 MPa. Indikatorn kan ökas till 2000 MPa genom att lägga till några element, samt att tillgripa speciell bearbetning - härdning och åldring.

Intressant nog behåller titan hög specifik hållfasthet även vid de lägsta temperaturerna. Dessutom, när temperaturen minskar, ökar böjhållfastheten: vid +20 C är indikatorn 700 MPa och vid -196 - 1100 MPa.

Metallens elasticitet är relativt låg, vilket är en betydande nackdel med ämnet. Elasticitetsmodul vid normala förhållanden 110,25 GPa. Dessutom kännetecknas titan av anisotropi: elasticitet i olika riktningar når olika värden.
Ämnets hårdhet på HB-skalan är 103. Dessutom är medelvärdet för denna indikator. Beroende på metallens renhet och föroreningarnas natur kan hårdheten vara högre.
Den villkorade sträckgränsen är 250–380 MPa. Ju högre denna indikator är, desto bättre tål ämnets produkter belastningar och desto mer motstår de slitage. Indexet för titan överstiger det för aluminium med 18 gånger.

Jämfört med andra metaller som har samma galler, har metallen en mycket anständig duktilitet och formbarhet.

Värmekapacitet

Metallen kännetecknas av låg värmeledningsförmåga, därför används inte tillverkningen av termoelektroder i relevanta områden.

Dess värmeledningsförmåga är 16,76 l, W / (m × grader). Detta är 4 gånger mindre än järn och 12 gånger mindre än järn.
Men den termiska expansionskoefficienten för titan är försumbar vid normal temperatur och ökar med ökande temperatur.
Metallens värmekapacitet är 0,523 kJ/(kg K).

Elektriska egenskaper

Som ofta är fallet leder låg värmeledningsförmåga till låg elektrisk ledningsförmåga.

Metallens elektriska resistivitet är mycket hög - 42,1·10 -6 ohm·cm under normala förhållanden. Om vi anser att ledningsförmågan hos silver är 100 %, kommer ledningsförmågan hos titan att vara 3,8 %.
Titan är en paramagnet, det vill säga det kan inte magnetiseras i fältet, som järn, utan också tryckas ut ur fältet, eftersom det inte kommer att göra det. Denna egenskap minskar linjärt med sjunkande temperatur, men ökar något efter att ha passerat minimum. Specifik magnetisk susceptibilitet är 3,2 10-6 G-1. Det bör noteras att känsligheten, såväl som elasticiteten, bildar anisotropi och förändras beroende på riktningen.

Vid en temperatur på 3,8 K blir titan en supraledare.

Korrosionsbeständighet

Under normala förhållanden har titan mycket höga anti-korrosionsegenskaper. I luft är den täckt med ett lager av titanoxid med en tjocklek på 5–15 mikron, vilket ger utmärkt kemisk tröghet. Metallen korroderar inte i luft, havsluft, havsvatten, vått klor, klorvatten och många andra tekniska lösningar och reagenser, vilket gör materialet oumbärligt i kemi-, pappers-, oljeindustrin.

Med en ökning av temperaturen eller en kraftig slipning av metallen förändras bilden dramatiskt. Metallen reagerar med nästan alla gaser som utgör atmosfären och i flytande tillstånd absorberar den även dem.

säkerhet

Titan är en av de mest biologiskt inerta metallerna. Inom medicinen används den för tillverkning av proteser, eftersom den är resistent mot korrosion, lätt och hållbar.

Titandioxid är inte så säkert, även om det används mycket oftare - i kosmetika- och livsmedelsindustrin till exempel. Enligt vissa rapporter - UCLA, forskning av professor i patologi Robert Shistle, påverkar titandioxid nanopartiklar den genetiska apparaten och kan bidra till utvecklingen av cancer. Dessutom tränger inte ämnet in i huden, så användningen av solskyddsmedel, som innehåller dioxid, utgör ingen fara, men ett ämne som kommer in i kroppen - med matfärger, biologiska kosttillskott, kan vara farligt.

Titan är en unikt stark, hård och lätt metall med mycket intressanta kemiska och fysikaliska egenskaper. Denna kombination är så värdefull att inte ens svårigheterna med smältning och raffinering av titan stoppar tillverkarna.

Den här videon kommer att berätta hur man skiljer titan från stål:

Avsnitt 1. Historia och förekomst av titan i naturen.

Titan — Detta ett element i en sidoundergrupp av den fjärde gruppen, den fjärde perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Dmitry Ivanovich Mendeleev, med atomnummer 22. En enkel substans titan(CAS-nummer: 7440-32-6) - ljus silvervit. Det finns i två kristallina modifikationer: α-Ti med ett hexagonalt tätpackat gitter, β-Ti med en kubisk kroppscentrerad packning, temperaturen för den polymorfa transformationen α↔β är 883 °C. Smältpunkt 1660±20°C.

Historia och närvaro i naturen av titan

Titan är det tionde grundämnet i antal av det på vår planet. Mängden titan i jordskorpan är 0,57 viktprocent och 0,001 milligram per 1 liter havsvatten. Titanfyndigheter är belägna på territoriet för: Sydafrikanska republiken, Ukraina, Ryska federationen, Kazakstan, Japan, Australien, Indien, Ceylon, Brasilien och Sydkorea.

Enligt de fysikaliska egenskaperna är titan lätt silvrig metall, dessutom kännetecknas den av hög viskositet under bearbetning och är benägen att fastna på skärverktyget, så speciella smörjmedel eller sprayning används för att eliminera denna effekt. Vid rumstemperatur är den täckt med en genomskinlig film av TiO2-oxid, på grund av vilken den är resistent mot korrosion i de flesta aggressiva miljöer, förutom alkalier. Titandamm har förmågan att explodera, med en flampunkt på 400 °C. Titanspån är brandfarligt.

Upptäckaren av titan anses vara den 28-årige engelske munken William Gregor. 1790, medan han utförde mineralogiska undersökningar i sin församling, uppmärksammade han förekomsten och ovanliga egenskaper hos svart sand i dalen av Menaken i sydvästra Storbritannien och började utforska den. PÅ sand prästen upptäckte korn av ett svart glänsande mineral, attraherat av en vanlig magnet. Det renaste titanet, som erhölls 1925 av Van Arkel och de Boer med jodidmetoden, visade sig vara formbart och tekniskt metall med många värdefulla egenskaper som väckte uppmärksamhet från ett brett spektrum av designers och ingenjörer. 1940 föreslog Croll en magnesium-termisk metod för att utvinna titan ur malmer, som fortfarande är den viktigaste för närvarande. 1947 producerades de första 45 kg kommersiellt rent titan.

I grundämnenas periodiska system Mendeleev Dmitry Ivanovich titan har serienummer 22. Atommassan för naturligt titan, beräknad från resultaten av studier av dess isotoper, är 47,926. Så kärnan i en neutral titanatom innehåller 22 protoner. Antalet neutroner, det vill säga neutrala oladdade partiklar, är olika: oftare 26, men kan variera från 24 till 28. Därför är antalet titanisotoper olika. Totalt är nu kända 13 isotoper av grundämne nr 22. Naturligt titan består av en blandning av fem stabila isotoper, titan-48 är den mest representerade, dess andel i naturliga malmer är 73,99%. Titan och andra element i IVB-undergruppen är mycket lika i egenskaper till elementen i IIIB-undergruppen (skandiumgruppen), även om de skiljer sig från den senare i sin förmåga att uppvisa en stor valens. Likheten mellan titan och skandium, yttrium, såväl som med element i VB-undergruppen - vanadin och niob, uttrycks också i det faktum att titan ofta finns i naturliga mineraler tillsammans med dessa element. Med envärda halogener (fluor, brom, klor och jod) kan den bilda di-tri- och tetraföreningar, med svavel och element i dess grupp (selen, tellur) - mono- och disulfider, med syre - oxider, dioxider och trioxider .

Titan bildar också föreningar med väte (hydrider), kväve (nitrider), kol (karbider), fosfor (fosfider), arsenik (arsider), samt föreningar med många metaller - intermetalliska föreningar. Titan bildar inte bara enkla, utan också många komplexa föreningar; många av dess föreningar med organiska ämnen är kända. Som framgår av listan över föreningar som titan kan delta i är det kemiskt mycket aktivt. Och samtidigt är titan en av få metaller med exceptionellt hög korrosionsbeständighet: det är praktiskt taget evigt i luften, i kallt och kokande vatten, det är mycket resistent i havsvatten, i lösningar av många salter, oorganiska och organiska syror. När det gäller sin korrosionsbeständighet i havsvatten överträffar den alla metaller, med undantag för ädla - guld, platina, etc., de flesta typer av rostfritt stål, nickel, koppar och andra legeringar. I vatten, i många aggressiva miljöer, är rent titan inte utsatt för korrosion. Motstår titan och erosionskorrosion, som uppstår som ett resultat av en kombination av kemiska och mekaniska effekter på. I detta avseende är det inte sämre än de bästa kvaliteterna av rostfritt stål, kopparbaserade legeringar och andra strukturella material. Titan motstår också utmattningskorrosion, vilket ofta visar sig i form av kränkningar av metallens integritet och styrka (sprickor, lokala korrosionscentra, etc.). Titans beteende i många aggressiva miljöer, såsom kväve, saltsyra, svavelsyra, "regikvatten" och andra syror och alkalier, är överraskande och beundransvärt för denna metall.

Titan är en lättmetall, dess densitet vid 0°C är endast 4,517 g/cm8 och vid 100°C är den 4,506 g/cm3. Titan tillhör gruppen metaller med en specifik vikt på mindre än 5 g/cm3. Detta inkluderar alla alkalimetaller (natrium, kadium, litium, rubidium, cesium) med en specifik vikt på 0,9-1,5 g/cm3, magnesium (1,7 g/cm3), (2,7 g/cm3), etc. .Titan är mer än 1,5 gånger tyngre aluminium, och i detta förlorar han naturligtvis mot honom, men å andra sidan är det 1,5 gånger lättare än järn (7,8 g / cm3). Men upptar en mellanposition i termer av specifik densitet mellan aluminium och järn, titan överträffar dem många gånger om i sina mekaniska egenskaper.). Titan har en betydande hårdhet: det är 12 gånger hårdare än aluminium, 4 gånger körtel och koppar. En annan viktig egenskap hos en metall är dess sträckgräns. Ju högre den är, desto bättre motstår delarna gjorda av denna metall driftsbelastningar. Sträckgränsen för titan är nästan 18 gånger högre än för aluminium. Den specifika styrkan hos titanlegeringar kan ökas med 1,5-2 gånger. Dess höga mekaniska egenskaper bevaras väl vid temperaturer upp till flera hundra grader. Ren titan är lämplig för alla typer av arbete i varma och kalla förhållanden: den kan smidas som järn, dra och gör till och med en tråd av den, rulla den till ark, tejper, till folie upp till 0,01 mm tjock.

Till skillnad från de flesta metaller har titan betydande elektriskt motstånd: om den elektriska ledningsförmågan för silver tas till 100, då den elektriska ledningsförmågan koppar lika med 94, aluminium - 60, järn och platina-15, medan titan bara är 3,8. Titan är en paramagnetisk metall, den är inte magnetiserad, som i ett magnetfält, men den trycks inte ut ur den, liksom. Dess magnetiska känslighet är mycket svag, denna egenskap kan användas i konstruktion. Titan har en relativt låg värmeledningsförmåga, endast 22,07 W/(mK), vilket är ungefär 3 gånger lägre än värmeledningsförmågan för järn, 7 gånger magnesium, 17-20 gånger aluminium och koppar. Följaktligen är koefficienten för linjär termisk expansion av titan lägre än den för andra strukturella material: vid 20 C är den 1,5 gånger lägre än den för järn, 2 - för koppar och nästan 3 - för aluminium. Således är titan en dålig ledare av elektricitet och värme.

Upptäckten av TiO2 gjordes nästan samtidigt och oberoende av engelsmannen W. Gregor och den tyske kemisten M. G. Klaproth. W. Gregor, undersöker sammansättningen av den magnetiska körteln sand(Creed, Cornwall, England, 1791), isolerade en ny "jord" (oxid) av en okänd metall, som han kallade menaken. År 1795 upptäckte den tyske kemisten Klaproth i mineral- rutil ett nytt grundämne och kallade det titan. Två år senare slog Klaproth fast att rutil- och menakenoxider är oxider av samma grundämne, bakom vilket namnet "titan" som Klaproth föreslagit fanns kvar. Efter 10 år skedde upptäckten av titan för tredje gången. Den franske vetenskapsmannen L. Vauquelin upptäckte titan i anatas och bevisade att rutil och anatas är identiska titanoxider.

Upptäckten av TiO2 gjordes nästan samtidigt och oberoende av engelsmannen W. Gregor och den tyske kemisten M. G. Klaproth. W. Gregor, som studerade sammansättningen av magnetisk järnhaltig sand (Creed, Cornwall, England, 1791), isolerade en ny "jord" (oxid) av en okänd metall, som han kallade menaken. År 1795 upptäckte den tyske kemisten Klaproth i mineral- rutil ett nytt grundämne och kallade det titan. Två år senare slog Klaproth fast att rutil och menakenjord är oxider av samma grundämne, bakom vilket namnet "titan" som Klaproth föreslagit fanns kvar. Efter 10 år skedde upptäckten av titan för tredje gången. Den franske vetenskapsmannen L. Vauquelin upptäckte titan i anatas och bevisade att rutil och anatas är identiska titanoxider.

Titan är det tionde vanligaste i naturen. Innehållet i jordskorpan är 0,57 viktprocent, i havsvatten 0,001 mg/l. I ultrabasiska bergarter 300 g/t, i basiska bergarter 9 kg/t, i sura bergarter 2,3 kg/t, i leror och skiffer 4,5 kg/t. I jordskorpan är titan nästan alltid fyrvärt och finns bara i syreföreningar. Det förekommer inte i fri form. Titan under väderförhållanden och nederbörd har en geokemisk affinitet för Al2O3. Den är koncentrerad i bauxiter av vittringsskorpan och i marina leriga sediment. Överföringen av titan utförs i form av mekaniska fragment av mineraler och i form av kolloider. Upp till 30 viktprocent TiO2 ackumuleras i vissa leror. Titanmineraler är resistenta mot väderpåverkan och bildar stora koncentrationer i placers. Mer än 100 mineraler som innehåller titan är kända. De viktigaste av dem är: rutil TiO2, ilmenit FeTiO3, titanomagnetit FeTiO3 + Fe3O4, perovskit CaTiO3, titanit CaTiSiO5. Det finns primära titanmalmer - ilmenit-titanmagnetit och placer - rutil-ilmenit-zirkon.

Huvudmalmer: ilmenit (FeTiO3), rutil (TiO2), titanit (CaTiSiO5).

2002 användes 90 % av det utvunna titanet för produktion av titandioxid TiO2. Världsproduktionen av titandioxid var 4,5 miljoner ton per år. Bevisade reserver av titandioxid (utan Ryska Federationen) är cirka 800 miljoner ton. För 2006, enligt US Geological Survey, i termer av titandioxid och exklusive Ryska Federationen, reserverna av ilmenitmalmer är 603-673 miljoner ton och rutil - 49,7-52,7 miljoner ton. Således kommer med den nuvarande produktionstakten av världens bevisade reserver av titan (exklusive Ryska federationen) att pågå mer än 150 år.

Ryssland har världens näst största reserver av titan efter Kina. Mineraltillgångsbasen av titan i Ryska federationen består av 20 fyndigheter (varav 11 är primära och 9 är alluviala), ganska jämnt spridda över hela landet. Den största av de utforskade fyndigheterna (Yaregskoye) ligger 25 km från staden Ukhta (Komirepubliken). Reserverna i fyndigheten uppskattas till 2 miljarder ton malm med en genomsnittlig titandioxidhalt på cirka 10 %.

Världens största producent av titan rysk organisation"VSMPO-AVISMA".

Som regel är utgångsmaterialet för framställning av titan och dess föreningar titandioxid med en relativt liten mängd föroreningar. I synnerhet kan det vara ett rutilkoncentrat som erhålls under förädlingen av titanmalmer. Men reserverna av rutil i världen är mycket begränsade, och den så kallade syntetiska rutilen eller titanslaggen, som erhålls under bearbetningen av ilmenitkoncentrat, används oftare. För att erhålla titanslagg reduceras ilmenitkoncentrat i en elektrisk ljusbågsugn, medan järn separeras i en metallfas (), och inte reducerade titanoxider och föroreningar bildar en slaggfas. Rik slagg bearbetas med klorid- eller svavelsyrametoden.

I ren form och i form av legeringar

Titanmonument till Gagarin på Leninsky Prospekt i Moskva

metall appliceras i: kemikalie industri(reaktorer, rörledningar, pumpar, rörledningar), militär industri(kroppsrustningar, pansar och brandbarriärer inom flyg, ubåtsskrov), industriella processer (avsaltningsanläggningar, processer massa och papper), bilindustri, jordbruksindustri, livsmedelsindustri, piercingsmycken, medicinsk industri (proteser, osteoproteser), dentala och endodontiska instrument, tandimplantat, sportartiklar, smycken (Alexander Khomov), mobiltelefoner, lätta legeringar etc. Det är det viktigaste konstruktionsmaterialet inom flygplan, raket- och skeppsbyggnad.

Titan är ett legeringstillskott i många legerade stål och de flesta speciallegeringar.

Nitinol (nickel-titan) är en formminneslegering som används inom medicin och teknik.

Titanaluminider är mycket motståndskraftiga mot oxidation och värmebeständiga, vilket i sin tur avgjorde deras användning inom flyg- och bilindustrin som konstruktionsmaterial.

Titan är ett av de vanligaste gettermaterialen som används i högvakuumpumpar.

Vit titandioxid (TiO2) används i färger (som titanvit) samt vid tillverkning av papper och plast. Livsmedelstillsats E171.

Organiska titanföreningar (t.ex. tetrabutoxititan) används som katalysator och härdare inom kemi- och färgindustrin.

Oorganiska titanföreningar används i den kemiska, elektroniska, glasfiberindustrin som tillsatser eller beläggningar.

Titankarbid, titandiborid, titankarbonitrid är viktiga komponenter i superhårda material för metallbearbetning.

Titannitrid används för att belägga verktyg, kyrkkupoler och vid tillverkning av kostymsmycken, eftersom. har en färg som liknar .

Bariumtitanat BaTiO3, blytitanat PbTiO3 och ett antal andra titanater är ferroelektriska.

Det finns många titanlegeringar med olika metaller. Legeringselement är indelade i tre grupper, beroende på deras effekt på temperaturen vid polymorf omvandling: betastabilisatorer, alfastabilisatorer och neutrala härdare. Den förra sänker omvandlingstemperaturen, den senare ökar den, och den senare påverkar den inte, utan leder till lösningshärdning av matrisen. Exempel på alfastabilisatorer: , syre, kol, kväve. Betastabilisatorer: molybden, vanadin, järn, krom, Ni. Neutrala härdare: zirkonium, kisel. Betastabilisatorer är i sin tur uppdelade i beta-isomorfa och beta-eutektoidbildande. Den vanligaste titanlegeringen är Ti-6Al-4V-legeringen (VT6 i den ryska klassificeringen).

Under 2005 fast Titanium Corporation har publicerat följande uppskattning av titanförbrukningen i världen:

13% - papper;

7% - maskinteknik.

$15-25 per kilo, beroende på renhet.

Renheten och graden av grovt titan (titansvamp) bestäms vanligtvis av dess hårdhet, som beror på innehållet av föroreningar. De vanligaste märkena är TG100 och TG110.

Marknadssegmentet för konsumentvaror är för närvarande det snabbast växande segmentet på titanmarknaden. Medan detta segment för 10 år sedan bara var 1-2 av titanmarknaden, har det idag vuxit till 8-10 av marknaden. Totalt sett ökade titankonsumtionen i konsumentvaruindustrin med ungefär dubbelt så hög takt som hela titanmarknaden. Användningen av titan inom sport är den längsta pågående och har den största andelen av användningen av titan i konsumentprodukter. Anledningen till titans popularitet i sportutrustning är enkel - det låter dig få ett förhållande mellan vikt och styrka som är överlägsen alla andra metaller. Användningen av titan i cyklar började för cirka 25-30 år sedan och var den första användningen av titan i sportutrustning. Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9 legeringsrör används huvudsakligen. Andra delar tillverkade av titanlegeringar inkluderar bromsar, kedjehjul och sätesfjädrar. Användningen av titan vid tillverkning av golfklubbor började först i slutet av 80-talet och början av 90-talet av klubbtillverkare i Japan. Före 1994-1995 var denna tillämpning av titan praktiskt taget okänd i USA och Europa. Det förändrades när Callaway introducerade sin Ruger titanstick, kallad Great Big Bertha, på marknaden. På grund av de uppenbara fördelarna och genomtänkta marknadsföringen från Callaway blev titansticks en omedelbar hit. På kort tid har titanklubbor gått från det exklusiva och dyra lagret hos en liten grupp spekulanter till att användas flitigt av de flesta golfare samtidigt som de fortfarande är dyrare än stålklubbor. Jag skulle vilja nämna de viktigaste, enligt min åsikt, trender i utvecklingen av golfmarknaden; den har gått från högteknologi till massproduktion på korta 4-5 år, efter samma väg som andra industrier med höga arbetskostnader, t.ex. som produktion av kläder, leksaker och hemelektronik gick produktionen av golfklubbor in länder med den billigaste arbetskraften först till Taiwan, sedan till Kina, och nu byggs fabriker i länder med ännu billigare arbetskraft, som Vietnam och Thailand, används titan definitivt för förare, där dess överlägsna egenskaper ger en klar fördel och motiverar en högre pris. Titan har dock ännu inte funnits särskilt utbrett på efterföljande klubbor, eftersom den betydande kostnadsökningen inte motsvaras av en motsvarande förbättring av spelet. För närvarande tillverkas förare främst med en smidd slagyta, en smidd eller gjuten topp och en Nyligen tillät Professional Golf ROA att öka toppen gränsen för den så kallade returfaktorn, i samband med vilket alla klubbtillverkare kommer att försöka öka fjäderegenskaperna hos slagytan. För att göra detta är det nödvändigt att minska tjockleken på slagytan och använda starkare legeringar för den, som SP700, 15-3-3-3 och VT-23. Låt oss nu fokusera på användningen av titan och dess legeringar på annan sportutrustning. Racercykelrör och andra delar är gjorda av ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V legering. En förvånansvärt betydande mängd titanplåt används vid tillverkning av dykknivar. De flesta tillverkare använder Ti6Al-4V-legering, men denna legering ger inte bladkantshållbarhet som andra starkare legeringar. Vissa tillverkare går över till att använda BT23-legering.

Många är intresserade av en lite mystisk och inte helt förstådd titan - en metall vars egenskaper är något tvetydiga. Metall är både starkast och sprödast.

Den starkaste och sprödaste metallen

Det upptäcktes av två forskare med en skillnad på 6 år - engelsmannen W. Gregor och tysken M. Klaproth. Titanens namn förknippas å ena sidan med de mytiska titanerna, övernaturliga och orädda, å andra sidan med Titania, älvornas drottning.
Detta är ett av de vanligaste materialen i naturen, men processen att få en ren metall är särskilt svår.

22 kemiskt element D. Mendeleevs tabell Titanium (Ti) tillhör den 4:e gruppen av den 4:e perioden.

Färgen på titan är silvervit med en uttalad lyster. Dess höjdpunkter skimrar med alla regnbågens färger.

Det är en av de eldfasta metallerna. Den smälter vid +1660°C (±20°). Titan är paramagnetiskt: det magnetiseras inte i ett magnetfält och trycks inte ut ur det.
Metallen kännetecknas av låg densitet och hög hållfasthet. Men det speciella med detta material ligger i det faktum att även minimala föroreningar av andra kemiska element radikalt förändrar dess egenskaper. I närvaro av en obetydlig del av andra metaller förlorar titan sin värmebeständighet, och ett minimum av icke-metalliska ämnen i dess sammansättning gör legeringen spröd.
Denna funktion bestämmer närvaron av 2 typer av material: rent och tekniskt.

Rent titan används där det krävs ett mycket lätt ämne som tål tunga belastningar och ultrahöga temperaturområden.
Tekniskt material används där parametrar som lätthet, styrka och motståndskraft mot korrosion värderas.

Ämnet har egenskapen anisotropi. Detta innebär att metallen kan ändra sina fysiska egenskaper baserat på den applicerade kraften. Denna funktion bör beaktas när du planerar användningen av materialet.

Titan förlorar sin styrka vid minsta närvaro av föroreningar av andra metaller i det.

Genomförda studier av egenskaperna hos titan under normala förhållanden bekräftar dess tröghet. Ämnet reagerar inte på grundämnen i den omgivande atmosfären.
Ändringen av parametrar börjar när temperaturen stiger till +400°C och över. Titan reagerar med syre, kan antändas i kväve, absorberar gaser.
Dessa egenskaper gör det svårt att få fram ett rent ämne och dess legeringar. Titanproduktion är baserad på användningen av dyr vakuumutrustning.

Titan och konkurrens med andra metaller

Denna metall jämförs ständigt med aluminium och järnlegeringar. Många av de kemiska egenskaperna hos titan är betydligt bättre än hos konkurrenterna:

När det gäller mekanisk styrka överträffar titan järn med 2 gånger och aluminium med 6 gånger. Dess styrka ökar med sjunkande temperatur, vilket inte observeras hos konkurrenter.
Antikorrosiva egenskaper hos titan är betydligt högre än hos andra metaller.
Vid omgivande temperaturer är metallen absolut inert. Men när temperaturen stiger över +200°C börjar ämnet absorbera väte, vilket ändrar dess egenskaper.
Vid högre temperaturer reagerar titan med andra kemiska grundämnen. Den har en hög specifik hållfasthet, som är 2 gånger högre än egenskaperna hos de bästa järnlegeringarna.
Anti-korrosionsegenskaperna hos titan överstiger avsevärt de hos aluminium och rostfritt stål.
Ämnet är en dålig ledare av elektricitet. Titan har en resistivitet som är 5 gånger högre än för järn, 20 gånger den för aluminium och 10 gånger den för magnesium.
Titan kännetecknas av låg värmeledningsförmåga, detta beror på den låga värmeutvidgningskoefficienten. Det är tre gånger mindre än för järn och 12 gånger mindre än för aluminium.

Hur erhålls titan?

Materialet tar 10:e plats vad gäller distribution i naturen. Det finns cirka 70 mineraler som innehåller titan i form av titansyra eller dess dioxid. De vanligaste av dem och som innehåller en hög andel metallderivat:

ilmenit;
rutil;
anatas;
perovskit;
brookite.

De viktigaste fyndigheterna av titanmalmer finns i USA, Storbritannien, Japan, stora fyndigheter de är öppna i Ryssland, Ukraina, Kanada, Frankrike, Spanien, Belgien.

Titanbrytning är en dyr och arbetskrävande process

Att få metall från dem är väldigt dyrt. Forskare har utvecklat fyra sätt att producera titan, som var och en fungerar och används effektivt inom industrin:

Magnesiummetod. De extraherade råvarorna som innehåller titanföroreningar bearbetas och titandioxid erhålls. Detta ämne genomgår klorering i gruvor eller saltklorinatorer vid ökad temperaturregim. Processen är mycket långsam och utförs i närvaro av en kolkatalysator. I detta fall omvandlas fast dioxid till ett gasformigt ämne - titantetraklorid. Det resulterande materialet reduceras av magnesium eller natrium. Legeringen som bildas under reaktionen utsätts för upphettning i en vakuumenhet till ultrahöga temperaturer. Som ett resultat av reaktionen sker avdunstning av magnesium och dess föreningar med klor. I slutet av processen erhålls ett svampliknande material. Det smälts och högkvalitativt titan erhålls.
Hydrid-kalciummetod. Malm utsätts kemisk reaktion och få titanhydrid. Nästa steg är uppdelningen av ämnet i komponenter. Titan och väte frigörs vid uppvärmning i vakuumanläggningar. I slutet av processen erhålls kalciumoxid, som tvättas med svaga syror. De två första metoderna avser industriell produktion. De gör det möjligt att erhålla rent titan på kortast möjliga tid till relativt låga kostnader.
elektrolysmetod. Titanföreningar utsätts för hög ström. Beroende på råvaran delas föreningarna in i komponenter: klor, syre och titan.
Jodidmetod eller raffinering. Titandioxid som erhålls från mineraler sköljs med jodånga. Som ett resultat av reaktionen bildas titanjodid, som värms upp till en hög temperatur - + 1300 ... + 1400 ° C och verkar på den elchock. Samtidigt isoleras komponenter från källmaterialet: jod och titan. Metallen som erhålls med denna metod har inga föroreningar och tillsatser.

Användningsområden

Användningen av titan beror på graden av dess rening från föroreningar. Närvaron av även en liten mängd andra kemiska element i sammansättningen av en titanlegering förändrar radikalt dess fysiska och mekaniska egenskaper.

Titan med en viss mängd föroreningar kallas tekniskt. Det har hög korrosionsbeständighet, det är lätt och mycket hållbart material. Dess tillämpning beror på dessa och andra indikatorer.

I den kemiska industrin titan och dess legeringar används för att tillverka värmeväxlare, rör med olika diametrar, kopplingar, hus och delar till pumpar för olika ändamål. Ämnet är oumbärligt på platser där hög hållfasthet och motståndskraft mot syror krävs.
På transport titan används för tillverkning av delar och sammansättningar av cyklar, bilar, järnvägsvagnar och tåg. Användningen av materialet minskar vikten på rullande materiel och bilar, gör cykeldelar lättare och starkare.
Titan är viktigt i marinavdelningen. Av det tillverkas delar och delar av skrov för ubåtar, propellrar för båtar och helikoptrar.
I byggbranschen zink-titanium-legering används. Det används som ytbehandlingsmaterial för fasader och tak. Denna mycket starka legering har en viktig egenskap: den kan användas för att göra arkitektoniska detaljer av den mest fantastiska konfigurationen. Det kan ta vilken form som helst.
Under det senaste decenniet har titan använts i stor utsträckning inom oljeindustrin. Dess legeringar används vid tillverkning av utrustning för ultradjup borrning. Materialet används för tillverkning av utrustning för olje- och gasproduktion på offshore-hyllorna.

Titan har ett mycket brett användningsområde.

Rent titan har sina användningsområden. Det behövs där motstånd mot höga temperaturer krävs och samtidigt måste metallens hållfasthet bibehållas.

Den appliceras i :

flyg- och rymdindustri för tillverkning av huddelar, skrov, fästelement, chassi;
medicin för proteser och tillverkning av hjärtklaffar och andra anordningar;
teknik för att arbeta i den kryogena regionen (här använder de egenskapen hos titan - med en minskning av temperaturen ökar metallens styrka och dess plasticitet går inte förlorad).

I procent ser användningen av titan för tillverkning av olika material ut så här:

60 % används för tillverkning av färg;
plast förbrukar 20%;
13 % används i papperstillverkning;
maskinteknik förbrukar 7 % av det resulterande titanet och dess legeringar.

Råvaror och processen för att få titan är dyra, kostnaderna för dess produktion kompenseras och betalas av livslängden för produkter från detta ämne, dess förmåga att inte ändra sitt utseende under hela driftperioden.

TITANIUM OCH DESS LEGERINGAR

Titan tillhör gruppen eldfasta metaller, dess smältpunkt är 1668°C. Titan har två allotropa modifikationer α och ß. Modifiering α är lågtemperatur och existerar när den värms till 882,5°C, har ett hexagonalt gitter. Vid en temperatur på 882,5°C övergår α-modifieringen till ß-modifieringen, som har ett kroppscentrerat kubiskt gitter. Med övergången av α-titan till ß-titan minskar volymen av metallen något, och den elektriska ledningsförmågan ökar abrupt.

De främsta fördelarna med titan är densitet (4,5 g/cm3), hög korrosionsbeständighet och hög mekanisk hållfasthet. Trots det faktum att titan är kemiskt mycket aktivt och lätt reagerar med ett stort antal element, har det en hög korrosionsbeständighet på grund av den skyddande effekten av en stark och tät oxidfilm som bildas på dess yta. I de flesta korrosiva miljöer har titan och dess legeringar en högre motståndskraft än syrabeständiga stål och aluminium.

Med introduktionen av legeringselement är det möjligt att erhålla legeringar med hög mekanisk hållfasthet. De huvudsakliga legeringselementen är Al, Sn, Mn, Cr, Mo, V. Legeringselement påverkar stabiliteten hos allotropa titanmodifieringar. I enlighet med inverkan av legeringselement på allotropiska transformationer, klassificeras titanlegeringar enligt deras struktur enligt följande:

1) a-titaniumlegeringar, vars struktur består av en a-fas (till exempel legering VT5-1);

2) α + ß - legeringar i strukturen av vilka båda faserna är närvarande (VTZ-1, VT6);

3) ß - legeringar, vars struktur består av en mekaniskt stabil ß - fas (VT15); tvåfas (α + ß)-legeringar och ß-legeringar, till skillnad från α-legeringar, förstärks genom värmebehandling.

Titanlegeringar har inte bara högre mekanisk hållfasthet, utan också högre korrosionsbeständighet än rent titan. Titan och dess legeringar lämpar sig väl för varm- och kallbearbetning genom tryck, är välsvetsade i en inert miljö, men har låga antifriktionsegenskaper och är, jämfört med stål, mindre bearbetade genom skärning.

Titanlegeringar används i stor utsträckning inom flyg- och raketteknik, inom den kemiska industrin, icke-järnmetallurgi och andra industrier där användningen av titanlegeringar bestäms av deras värdefulla korrosionsskydd. Sålunda har titanvärmeväxlare som arbetar i salpetersyra en korrosionshastighet som är 60 gånger lägre än liknande värmeväxlare av rostfritt stål. Titan används för att tillverka utrustning för klorindustrin, propellrar m.m.

Titan (Ti) (Titanium) - ett kemiskt element med serienummer 22 i det periodiska systemet av element av D.I. Mendeleev, atomvikt 47,88, lätt silvervit metall. Densitet 4, 51 g/s m³, tpl.=1668+ (-)5°С, tbp.=3260°С.

När det gäller densitet och specifik värmekapacitet intar titan en mellanposition mellan de två huvudsakliga strukturella metallerna: aluminium och järn. Det är också värt att notera att dess mekaniska hållfasthet är ungefär dubbelt så stor som hos rent järn och nästan sex gånger högre än hos aluminium. Men titan kan aktivt absorbera syre, kväve och väte, vilket kraftigt minskar metallens plastegenskaper. Med kol bildar titan eldfasta karbider med hög hårdhet.

Titan har en låg värmeledningsförmåga, vilket är 13 gånger mindre än värmeledningsförmågan hos aluminium och 4 gånger mindre än järn. Termisk expansionskoefficient vid rumstemperatur är relativt liten, den ökar med ökande temperatur.

De elastiska modulerna hos titan är små och uppvisar betydande anisotropi. När temperaturen stiger till 350°C minskar elasticitetsmodulerna nästan linjärt. Det lilla värdet av elasticitetsmodulerna hos titan är dess betydande nackdel, eftersom i vissa fall, för att få tillräckligt styva strukturer, är det nödvändigt att använda stora delar av produkter jämfört med de som följer av hållfasthetsförhållandena.

Titan har en ganska hög elektrisk resistivitet, som, beroende på innehållet av föroreningar, varierar från 42·10-8 till 80·10-6 Ohm·cm. Vid temperaturer under 0,45 K blir den en supraledare.

Titan är en paramagnetisk metall. I paramagnetiska ämnen minskar vanligtvis den magnetiska känsligheten vid upphettning. Titan är ett undantag från denna regel - dess mottaglighet ökar avsevärt med temperaturen.

För kommersiella titankvaliteter VT-00 och VT1-0 är densiteten cirka 4,32 g/s m³. Titan och titanlegeringar kombinerar lätthet, styrka, hög korrosionsbeständighet, låg värmeutvidgningskoefficient, förmågan att arbeta i ett brett temperaturområde (från -290°C till 600°C).

Metallen har ett antal användbara egenskaper som gör den till ett av huvudmaterialen i vissa industrier. Valsad titan används i raket- och flygplansbyggnad, kemisk industri, skeppsbyggnad, maskinteknik

Till exempel används titanplåt och titanstav vid skapandet av kärnubåtsskrov;
titanrör används i den kemiska industrin på grund av deras höga anti-korrosionsegenskaper och kemiska tröghet mot reagenser;
Titantråd används som tillsatstråd för att skapa ramverk, formar, kroppar av strategiska titanlegeringar.

titantråd används ofta inom den medicinska industrin, särskilt tandvård. De användbara egenskaperna hos valsade titanprodukter inkluderar hög mekanisk hållfasthet, korrosionsbeständighet (beständig i många kemiskt aktiva miljöer), värmebeständighet (smälta = 1668 ° C), såväl som låg densitet (4,505 g / cm 3). De huvudsakliga fysikaliska och kemiska egenskaperna hos titan kan ses i denna tabell. Men titan har också sina nackdelar. En av de största nackdelarna är den höga produktionskostnaden. Titansmältning kan endast utföras i ett vakuum eller en miljö med inert gas, eftersom. denna metall interagerar aktivt (särskilt i flytande tillstånd) med alla gaser som utgör atmosfären. Dessutom har titanprodukter dåliga antifriktionsegenskaper, hög känslighet för väteförsprödning och saltkorrosion, dålig skärbarhet och svetsbarhet.

Grunden för tillverkningen av teknisk titan och dess legeringar är en titansvamp som erhålls med magnesium-termisk metod. Titansvamp är en porös grå substans med en bulkdensitet på 1,5-2,0 g/cm 3 och en mycket hög viskositet.

Beroende på innehållet av föroreningar delas tekniskt titan in i flera kvaliteter: GR1 (det renaste titanet), GR2 (mer förorenat).

Titanlegeringar

Titanlegeringar spelar en viktig roll inom flygtekniken, där målet är att få den lättaste designen i kombination med den styrka som krävs. Titan är lätt jämfört med andra metaller, men samtidigt kan det fungera vid höga temperaturer (se fig. 2). Titanlegeringar används för att tillverka skal, fästdelar, ett kraftaggregat, chassidelar och olika enheter. Dessa material används också vid konstruktion av flygplans jetmotorer. Detta gör att du kan minska deras vikt med 10-25%. Titanlegeringar används för att tillverka kompressorskivor och -blad, luftintags- och ledskenor och fästelement.

Titan och dess legeringar används också inom raketvetenskap. Med tanke på den kortsiktiga driften av motorerna och den snabba passagen av täta lager av atmosfären inom raketvetenskap, är problemen med utmattningsstyrka, statisk uthållighet och delvis krypning i stort sett borta.

Tekniskt titan är inte lämpligt för flygtillämpningar på grund av dess otillräckligt höga värmebeständighet, men på grund av dess exceptionellt höga korrosionsbeständighet är det i vissa fall oumbärligt inom den kemiska industrin och varvsindustrin. Så det används vid tillverkning av kompressorer och pumpar för att pumpa så aggressiva medier som svavelsyra och saltsyra och deras salter, rörledningar, ventiler, autoklaver, olika behållare, filter etc. Endast titan har korrosionsbeständighet i media som vått klor, vattenhaltiga och sura lösningar av klor, därför är utrustning för klorindustrin gjord av denna metall. Titan används för att tillverka värmeväxlare som fungerar i korrosiva miljöer, till exempel i salpetersyra (ej rykande). Inom skeppsbyggnad används titan för tillverkning av propellrar, plätering av fartyg, ubåtar, torpeder etc. Skal fastnar inte på titan och dess legeringar, vilket kraftigt ökar kärlets motstånd när det rör sig.

Titanlegeringar är lovande för användning i många andra applikationer, men deras användning inom teknik begränsas av den höga kostnaden och bristen på titan.

För närvarande är en ganska stor mängd titanlegeringar kända, som skiljer sig i kemisk sammansättning, mekaniska och tekniska egenskaper. De vanligaste legeringselementen i titanlegeringar är aluminium, vanadin, molybden, mangan, krom, kisel, tenn, zirkonium och järn.

Titanlegering VT5 innehåller, förutom titan, 5 % aluminium. Den har högre hållfasthetsegenskaper jämfört med titan, men dess tillverkningsbarhet är låg. Legeringen är smidd, valsad, stansad och välsvetsad.

Från titan (legering) VT5 erhålls titanstavar, titantråd och titanrör. Det används vid tillverkning av delar som arbetar vid temperaturer upp till 400 ° C.

Titanlegering VT5-1 innehåller förutom 5% aluminium 2-3% tenn. Tenn förbättrar sina tekniska egenskaper. Titanlegering VT5-1 används för att tillverka alla typer av halvfabrikat som erhålls genom tryckbehandling: titanplåtar, plåtar, smide, stansar, profiler, titanrör och titantråd. Den är avsedd för tillverkning av produkter som arbetar inom ett brett temperaturområde: från kryogen till 450 °C.

Titanlegeringar OT4 och OT4-1 innehåller förutom titan aluminium och mangan. De har hög teknisk plasticitet (de är väl deformerade i varma och kalla tillstånd) och är välsvetsade av alla typer av svetsning. Titan av dessa kvaliteter är främst avsett för tillverkning av titanskivor, remsor och remsor, samt titanstavar, smide, profiler och titanrör. Från titanlegeringar OT4 och OT4-1 tillverkas delar med svetsning, stämpling och böjning, som arbetar upp till en temperatur på 350 ° C. Dessa legeringar har nackdelar: 1) relativt låg hållfasthet och värmebeständighet; 2) en större tendens till väteförsprödning. I PT3V-legeringen ersätts mangan med vanadin.

Titanlegering VT20 utvecklades som en starkare plåtlegering jämfört med VT5-1. Härdning av VT20-legeringen beror på dess legering, förutom aluminium, med zirkonium och små mängder molybden och vanadin. Den tekniska plasticiteten hos VT20-legeringen är låg på grund av det höga aluminiuminnehållet. Titan BT20 kännetecknas av hög värmebeständighet. Det svetsar bra, styrkan på den svetsade fogen är lika med styrkan hos basmetallen. Legeringen är avsedd för tillverkning av produkter som fungerar under lång tid vid temperaturer upp till 500 °C.

Titanlegering VT3-1 tillhör systemet Ti - Al - Cr - Mo - Fe - Si. Det utsätts vanligtvis för isotermisk glödgning. Sådan glödgning ger den högsta termiska stabiliteten och maximal duktilitet. Alloy VT3-1 är en av de mest bemästrade inom tillverkning av legeringar. Den är konstruerad för kontinuerlig drift vid 400 - 450 °C; det är en värmebeständig legering med ganska hög långtidshållfasthet. Titanstänger, profiler, plåtar, smide, stämplingar levereras från den.

Titan och dess legeringar

Titan smälter vid en temperatur på 1660°C, allotropa, skadliga föroreningar N, C, O, H. TiO2-filmen skyddar titan från oxidation, korrosion i vatten, vissa syror. Det smälts, hälls, svetsas i en argonmiljö och utsätts för OMD. Plåtar, rör, profiler och trådar är gjorda av titan. Dess legeringar med Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si, Ga, Ge, La, Nb, Ta, Zr, W, Mo, Co, Si har ökad styrka, värmebeständighet, korrosionsbeständighet. Titanlegeringar är värmebeständiga. behandlad.

Titanlegeringar är deformerade, gjutna, tillverkade av pulver, härdade, härdade, väl bearbetade.

Smides titanlegeringar:

− ά – legeringar: VT5, VT-5-1, OT-4;

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

Gjutna legeringar: VT5L, VT6L, VT14L, VT3-1L

Pulverformade titanlegeringar erhålls från pulver genom pressning, de är starka och formbara.

Titanlegeringar används för att tillverka huden på flygplan, sjöfarkoster, ubåtar, granater av missiler, motorer, delar av turbiner, kompressorer, propellrar, cylindrar för flytande gaser, behållare för kemikalier och många andra produkter. Titanlegeringar kan utsättas för glödgning, härdning, åldring och kylbehandling. Glödgning av α - legeringar utförs vid 800 - 850 0С, och α + β - legeringar - vid 750 -800 0С. Vakuumglödgning gör det möjligt att minska vätehalten, vilket leder till ökad slaghållfasthet, minskad skada och sprickbildning.

Vid en hög koncentration av legeringselementet och härdning uppstår en martensitisk α׀׀ - fas med ett rombiskt gitter och ω - en fas med hexagonal struktur. Vid åldringsprocessen av härdade legeringar hårdnar de på grund av sönderdelningen av α׀׀ och β - faserna. Smides titanlegeringar är väl bearbetade av tryck i varmt tillstånd, svetsade och har hög korrosionsbeständighet.

Karakteristiska egenskaper hos titan är låg densitet 4,51 kg/dm3, hög hållfasthet, som hålls upp till 6000C, och korrosionsbeständighet. De definierar omfattningen av dess tillämpning. Titanlegeringar kombinerar hög hållfasthet (σВ= 800-1500 MPa) med god duktilitet (δ= 12-25%), relativt bra värmebeständighet upp till 600-7000С, hög korrosionsbeständighet i många aggressiva medier förutom HCL, HF. α-titanlegeringar åldras inte och används i kryogena installationer upp till heliumtemperaturer (-2720C). En av nackdelarna med titanlegeringar är deras dåliga bearbetbarhet med skärande verktyg.

Titan. Uppfinningen av titan. Titan och dess legeringar.

Upptäckaren av titan anses vara den 28-årige engelske munken William Gregor. 1790, medan han utförde mineralogiska undersökningar i sin församling, uppmärksammade han förekomsten och ovanliga egenskaper hos svart sand i dalen av Menaken i sydvästra England och började utforska den. I sanden hittade prästen korn av ett svart glänsande mineral som lockades av en vanlig magnet. Det renaste titanet, som erhölls 1925 av Van Arkel och de Boer med jodidmetoden, visade sig vara en seg och teknologisk metall med många värdefulla egenskaper som väckte uppmärksamhet från ett brett spektrum av designers och ingenjörer. 1940 föreslog Croll en magnesium-termisk metod för att utvinna titan ur malmer, som fortfarande är den viktigaste för närvarande. 1947 producerades de första 45 kg kommersiellt rent titan.

Titan bildar också föreningar med väte (hydrider), kväve (nitrider), kol (karbider), fosfor (fosfider), arsenik (arsider), samt föreningar med många metaller - intermetalliska föreningar. Titan bildar inte bara enkla, utan också många komplexa föreningar; många av dess föreningar med organiska ämnen är kända. Som framgår av listan över föreningar som titan kan delta i är det kemiskt mycket aktivt. Och samtidigt är titan en av få metaller med exceptionellt hög korrosionsbeständighet: det är praktiskt taget evigt i luften, i kallt och kokande vatten, det är mycket resistent i havsvatten, i lösningar av många salter, oorganiska och organiska syror. När det gäller sin korrosionsbeständighet i havsvatten överträffar den alla metaller, med undantag för ädla - guld, platina, etc., de flesta typer av rostfritt stål, nickel, koppar och andra legeringar. I vatten, i många aggressiva miljöer, är rent titan inte utsatt för korrosion. Motstår titan och erosionskorrosion som härrör från en kombination av kemiska och mekaniska effekter på metallen. I detta avseende är det inte sämre än de bästa kvaliteterna av rostfritt stål, kopparbaserade legeringar och andra strukturella material. Titan motstår också utmattningskorrosion, vilket ofta visar sig i form av kränkningar av metallens integritet och styrka (sprickor, lokala korrosionscentra, etc.). Titans beteende i många aggressiva miljöer, såsom kväve, saltsyra, svavelsyra, "regikvatten" och andra syror och alkalier, är överraskande och beundransvärt för denna metall.

Titan är en lättmetall, dess densitet vid 0°C är endast 4,517 g/cm8 och vid 100°C är den 4,506 g/cm3. Titan tillhör gruppen metaller med en specifik vikt på mindre än 5 g/cm3. Detta inkluderar alla alkalimetaller (natrium, kadium, litium, rubidium, cesium) med en specifik vikt på 0,9–1,5 g/cm3, magnesium (1,7 g/cm3), aluminium (2,7 g/cm3) och etc. Titan är mer än 1,5 gånger tyngre än aluminium, och i detta tappar det förstås till det, men det är 1,5 gånger lättare än järn (7,8 g/cm3). Men eftersom titan intar en mellanposition mellan aluminium och järn när det gäller specifik densitet, överträffar titan dem många gånger i sina mekaniska egenskaper.). Titan har en betydande hårdhet: det är 12 gånger hårdare än aluminium, 4 gånger hårdare än järn och koppar. En annan viktig egenskap hos en metall är dess sträckgräns. Ju högre den är, desto bättre motstår delarna gjorda av denna metall driftsbelastningar. Sträckgränsen för titan är nästan 18 gånger högre än för aluminium. Den specifika hållfastheten hos titanlegeringar kan ökas med en faktor 1,5–2. Dess höga mekaniska egenskaper bevaras väl vid temperaturer upp till flera hundra grader. Rent titan är lämpligt för alla typer av bearbetning i varma och kalla tillstånd: det kan smidas som järn, dras och till och med göras till tråd, rullas till ark, tejper och folier upp till 0,01 mm tjocka.

Idag används titanlegeringar i stor utsträckning inom flygteknik. Titanlegeringar användes först i industriell skala vid konstruktion av flygplans jetmotorer. Användningen av titan i designen av jetmotorer gör det möjligt att minska deras vikt med 10...25%. I synnerhet är kompressorskivor och blad, luftintagsdelar, ledskenor och fästelement tillverkade av titanlegeringar. Titanlegeringar är oumbärliga för överljudsflygplan. Ökningen av flyghastigheterna ledde till en ökning av hudens temperatur, vilket ledde till att aluminiumlegeringar inte längre uppfyller de krav som flygtekniken ställer vid överljudshastigheter. Hudtemperaturen i detta fall når 246...316 °C. Under dessa förhållanden visade sig titanlegeringar vara det mest acceptabla materialet. På 70-talet ökade användningen av titanlegeringar för flygplanet för civila flygplan avsevärt. I medeldistansflygplanet TU-204 är den totala massan av delar gjorda av titanlegeringar 2570 kg. Användningen av titan i helikoptrar växer gradvis, främst för delar av huvudrotorsystemet, drivningen och styrsystemet. En viktig plats är upptagen av titanlegeringar inom raketvetenskap.
På grund av den höga korrosionsbeständigheten i havsvatten används titan och dess legeringar i skeppsbyggnad för tillverkning av propellrar, fartygsplätering, ubåtar, torpeder, etc. Skal fastnar inte på titan och dess legeringar, vilket kraftigt ökar kärlets motstånd när det rör sig. Successivt expanderar användningsområdena för titan. Titan och dess legeringar används inom den kemiska, petrokemiska, massa- och pappers- och livsmedelsindustrin, icke-järnmetallurgi, kraftteknik, elektronik, kärnteknik, galvanisering, vid tillverkning av vapen, för tillverkning av pansarplåtar, kirurgiska instrument, kirurgiska implantat, avsaltningsanläggningar, racingbilsdelar, sportutrustning (golfklubbor, klätterutrustning), klockdelar och till och med smycken. Nitrering av titan leder till bildandet av en gyllene film på dess yta, som inte är sämre i skönhet än äkta guld.

Titan och dess legeringar har hög korrosionsbeständighet i atm. förhållanden, sötvatten och havsvatten, lösningar av de flesta klorider, hypokloriter, klordioxid och många andra. mineralsalter till-t både vid normala och vid förhöjda temperaturer. Titan och dess legeringar har också hög korrosionsbeständighet i sura oxider. miljöer (salpeter och krom till - dig, etc.) och i lösning av alkalier. I icke-oxiderande, syror (svavelsyra, saltsyra), titan har en tillfredsställande effekt. korrosionsbeständighet vid normal temp-pax och koncentration till-t upp till 8-10 %. Med en ökning av temperatur, koncentration av to-t och alkalier ökar korrosionshastigheten för titan kraftigt. För svavelsyra observeras två maximala korrosionshastigheter, motsvarande 40 och 75 % koncentrationer. I 40% svavelsyra fortsätter korrosionsprocessen med frigöring av väte; denna typ av syra kännetecknas av den högsta elektriska ledningsförmågan och maximal koncentration av vätejoner. I en 75 % lösning åtföljs korrosionsprocessen av reduktion av svavelsyra till H3S och fritt svavel, och vid höga koncentrationer (80-90 %) frigörs SO2 och fritt svavel. I fosforsyra är titan relativt mer motståndskraftigt och bibehåller hög korrosionsbeständighet upp till en 30% lösning; med ökande koncentration ökar korrosionshastigheten. Tillsatser av oxidationsmedel (K2Cr207; HNOs; Fe + + +; Cu + +) minskar kraftigt korrosionshastigheten för titan och dess legeringar i salt- och svavelsyra.

Titan: α- titan- hexagonal, β- titan- kubik...