Титан где применяется – Применение титана и изделия из него: область, маркировка, способы

alexxlab | 30.05.2019 | 0 | Вопросы и ответы

Титан и его использование в промышленности

Продолжаем рассказывать о материалах, так или иначе применяемых в строительстве.

Первый образце титана был получен в начале восемнадцатого века, до этого – около пятидесяти лет назад – ученые находили лишь окиси этого элемента, извлечь из которых титан в чистом виде им так и не удалось.

Насадка из титана

Сегодня этот элемент широко используется в самых разных отраслях промышленности, а также в строительстве. Уникальные свойства титана позволили ему эксплуатироваться в разнообразных условиях, где от продукции требуется прочность, надежность и стойкость к внешним факторам.

Из титана производятся самые разнообразные изделия металлопроката – титановая проволока, листы, арматура, шестигранник, швеллер, трубы, уголки, балки, проволока, двутавр, пруты и многие другие изделия, востребованные в промышленности.

Вследствие того, что материал покрыт оксидной пленкой, он не подвергается коррозии, что позволяет использовать его в самых разнообразных условиях, где изделия из другого материала быстро пришли бы в негодность.

Изделия из титана и его сплава относятся к черному металлопрокату, который нашел широкое применение в машиностроении, а также строительстве. Титановый крепеж

Особенно часто титан используется для производства таких видов металлопроката как трубы, трубопроводная арматура и в ряде других. И это вполне естественно: титановая труба намного более прочная, чем, к примеру, труба алюминиевая и, к тому же, прослужит значительно более длительный срок. Кроме этого, трубы, изготовленные из титана, обойдутся компании намного более дешево, чем труба алюминиевая или медная, даже если в ее производстве использовался сплав цветного металла, а не чистый алюминий или медь.
Высокая прочность титана позволяет использовать его с целью повышения прочности несущих конструкций, а также увеличения величины возможного осевого напряжения на строение. Именно поэтому материал позволит добиться особо высокой прочности, тогда как изделия металлопроката из других металлов окажутся бесполезными.

Титановая проволока

Особой востребованностью пользуется титановая проволока, используемая для увязки изделий и материалов. Проволока делает изделия особенно прочными, поэтому она получила широкое распространение в строительстве, ведь увязка арматуры позволяет возводить особенно надежные конструкции из железобетона, значительно увеличивая возможную нагрузку на них.

Физические и химические свойства титана позволяют изготовлять из него и листовой металлопрокат, являющийся самым распространенным и используемым в настоящее время. К такому типу металлопроката относятся листы, круги, шестигранник, квадраты и некоторые другие изделия.

В настоящее время титан используется не только в промышленности и строительстве, но и в изготовлении товаров народного потребления. Широко известны титановые часы, прочность и надежность которых стала притчей во языцах. Все большее число предпочитает приобретать именно их, выбирая надежность и изящество, а не высокую стоимость золота или платины.

Благодаря высокому нахождению элемента в природе, цена на изделия из титана остается весьма демократичной, поэтому использование его является рентабельным в самых разнообразных случаях.

Наибольшее количество запаса титана находится в Китае, на втором месте после которого находится Россия. Основное место добычи титана на территории России, запасы которого оцениваются в два миллиарда тонн, находится в Республике Коми недалеко от города Ухта, однако, помимо этого, в России существует еще двадцать месторождений этого элемента, которые расположены на всей территории страны.

Читайте также

Как сделать ремонт самостоятельно?

Современные печи Бутакова.

Как сделать отопление в квартире?

stroy-dom.info

Где применяется титан

Опуликовано: 31.03.2012 Рейтинг: Загрузка…

Титан представляет собой серебристо-белый металл, который был открыт в 1791 году английским химиком Грегором Уильямом. Он моментально привлек внимание конструкторов, поскольку обладает высокой прочностью и легкостью. Однако, прошло около века, как его открыли и только тогда титан начал применяться в промышленности.

Титан обладает массой достоинств и одним недостатком, который существенен – высокой стоимостью. Поэтому, прежде всего его стали использовать для стратегических целей. А в медицине и областях гражданской промышленности он начал применяться гораздо позже.

Свойства титана

Удельный вес титана составляет 4,505 грамма на один кубический сантиметр. Для сравнения – у железа удельный вес составляет 7,8 грамма в куб. см, а у алюминия – 2,7 грамма. А вот прочность титана практически в два раза выше прочности железа и в шесть раз – чем у алюминия. Одним из главных свойств титана является его способность сохранять прочность при воздействии на него высоких температур. Благодаря этому качеству он используется в ракетостроении и авиации. Современные самолеты как военной, так и гражданской авиации оснащены деталями из титана, которые должны выдерживать самые высокие нагрузки. Это дает возможность существенно выиграть в весе, одновременно сохраняя все прочностные характеристики. Титан используется в изготовлении лопаток и других деталей, входящих в реактивный двигатель.

Применение в судостроении

Еще одна область применения титана – судостроение. Из него была выполнена самая быстроходная атомная подводная лодка К-162, разработанная учеными Советского Союза. Во время испытаний в 1970 году лодка смогла развить скорость 44,7 узла, что равно 82,78 км/ час. Этот скоростной рекорд не превзойден и по сей день. Однако, не смотря на все превосходные качественные характеристики, лодка оказалась слишком дорога из-за использования титана и оставила свой след в истории под названием «Золотая рыбка».

Использование в медицине и химической промышленности

Применение титана в медицине оказалось более востребованным, несмотря на его дорогую стоимость. Его используют для изготовления искусственных суставов, а также при лечении переломов, отличающихся высокой сложностью, когда кость скрепляется при помощи титановых элементов. Использование титана для такого лечения обусловлено его прочностью и прекрасной совместимостью с живой человеческой тканью.   

Помимо прочего, титан используется как легирующая добавка в производстве стали высокого качества. Благодаря тому, что титан обладает устойчивостью к коррозии, он широко применяется в химической промышленности. Из него делают емкости, химические реакторы и трубопроводы.

Теперь титан можно встретить и в повседневной жизни. Его применяют при изготовлении различных бытовых инструментов. К примеру, огромной популярностью пользуются лопаты из титана, так как они легки и на них не налипает земля.

inkar.ru

Где применяют ТИТАН

Области применения титана

При существующих высоких ценах на титан его применяют преимущественно для производства военного оборудования, где главная роль принадлежит не стоимости, а техническим характеристикам. Тем не менее известны случаи использования уникальных свойств титана для гражданских нужд. По мере снижения цен на титан и роста его производства применение этого металла в военных и гражданских целях будет все больше расширяться.
Авиация. Малый удельный вес и высокая прочность (особенно при повышенных температурах) титана и его сплавов делают их весьма ценными авиационными материалами. В области самолетостроения и производства авиационных двигателей титан все больше вытесняет алюминий и нержавеющую сталь. С повышением температуры алюминий быстро утрачивает свою прочность. С другой стороны, титан обладает явным преимуществом в отношении прочности при температуре до 430° С, а повышенные температуры такого порядка возникают при больших скоростях благодаря аэродинамическому нагреванию. Преимущество замены стали титаном в авиации заключается в снижении веса без потери прочности. Общее снижение веса с повышением показателей при повышенных температурах позволяет увеличить полезную нагрузку, дальность действия и маневренность самолетов. Этим объясняются усилия, направленные на расширение применения титана в самолетостроении при производстве двигателей, постройке фюзеляжей, изготовлении обшивки и даже крепежных деталей.

При постройке реактивных двигателей титан применяется преимущественно для изготовления лопаток компрессора, дисков турбины и многих других штампованных деталей. Здесь титан вытесняет нержавеющую и термически обрабатываемую легированную стали. Экономия в весе двигателя в один килограмм позволяет сберегать до 10 кг в общем весе самолета благодаря облегчению фюзеляжа. В дальнейшем намечено применять листовой титан для изготовления кожухов камер сгорания двигателя.
В конструкции самолета титан находит широкое применение для деталей фюзеляжа, работающих при повышенных температурах. Листовой титан применяется для изготовления всевозможных кожухов, защитных оболочек кабелей и направляющих для снарядов. Из листов легированного титана изготовляются различные элементы жесткости, шпангоуты фюзеляжа, нервюры и т. д.
Кожухи, закрылки, защитные оболочки для кабелей и направляющие для снарядов изготовляются из нелегированного титана. Легированный титан применяется для изготовления каркаса фюзеляжа, шпангоутов, трубопроводов и противопожарных перегородок.
Титан получает все большее применение при постройке самолетов F-86 и F-100. В будущем из титана будут делать створки шасси, трубопроводы гидросистем, выхлопные патрубки и сопла, лонжероны, закрылки, откидные стойки и т. д.
Титан можно применять для изготовления броневых плит, лопастей пропеллера и снарядных ящиков.
В настоящее время титан применяется в конструкции самолетов военной авиации Дуглас Х-3 для обшивки, Рипаблик F-84F, Кертисс-Райт J-65 и Боинг В-52.
Применяется титан и при постройке гражданских самолетов DC-7. Фирма «Дуглас» заменой алюминиевых сплавов и нержавеющей стали титаном при изготовлении мотогондолы и противопожарных перегородок уже добилась экономии в весе конструкции самолета около 90 кг. В настоящее время вес титановых деталей в этом самолете составляет 2%, причем эту цифру предусматривается довести до 20% общего веса самолета.
Применение титана позволяет уменьшить вес геликоптеров. Листовой титан используется для полов и дверей. Значительное снижение веса геликоптера (около 30 кг) было достигнуто в результате замены легированной стали титаном для обшивки лопастей его несущих винтов.
Военно-морской флот. Коррозионная стойкость титана и его сплавов делает их весьма ценным материалом на море. Военно-морское министерство США обстоятельно исследует коррозионную стойкость титана против воздействия дымовых газов, пара, масла и морской воды. Почти такое же значение в военно-морском деле имеет и высокое значение удельной прочности титана.

Малый удельный вес металла в сочетании с коррозионной стойкостью повышает маневренность и дальность действия кораблей, а также снижает расходы по уходу за материальной частью и ее ремонту.
Применение титана в военно-морском деле включает изготовление выхлопных глушителей для дизельных двигателей подводных лодок, дисков измерительных приборов, тонкостенных труб для конденсаторов и теплообменников. По мнению специалистов, титан, как никакой другой металл, способен увеличить срок службы выхлопных глушителей на подводных лодках. Применительно к дискам измерительных приборов, работающих в условиях соприкосновения с соленой водой, бензином или маслом, титан обеспечит лучшую стойкость. Исследуется возможность применения титана для изготовления труб теплообменников, которые должны обладать коррозионной стойкостью в морской воде, омывающей трубы снаружи, и одновременно противостоять воздействию выхлопного конденсата, протекающего внутри них. Рассматривается возможность изготовления из титана антенн и узлов радиолокационных установок, от которых требуется стойкость к воздействию дымовых газов и морской воды. Титан может найти применение и для производства таких деталей, как клапаны, пропеллеры, детали турбин и т. д.
Артиллерия. По-видимому, наиболее крупным потенциальным потребителем титана может явиться артиллерия, где в настоящее время ведутся интенсивные исследования различных опытных образцов. Тем не менее в этой области стандартизовано производство лишь отдельных деталей и частей из титана. Весьма ограниченное использование титана в артиллерии при большом размахе исследований объясняется его высокой стоимостью.
Были исследованы различные детали артиллерийского оборудования с точки зрения возможности замены титаном обычных материалов при условии снижения цен на титан. Главное внимание уделялось деталям, для которых существенно снижение веса (детали, переносимые вручную и перевозимые по воздуху).
Опорная плита миномета, изготовленная из титана вместо стали. Путем такой замены и после некоторой переделки вместо стальной плиты из двух половинок общим весом 22 кг удалось создать одну деталь весом 11 кг. Благодаря такой замене можно уменьшить число обслуживающего персонала с трех человек до двух. Рассматривается возможность применения титана для изготовления орудийных пламегасителей.
Проходят испытания изготовленные из титана орудийные станки, крестовины лафетов и цилиндры противооткатных приспособлений. Широкое применение титан может получить при производстве управляемых снарядов и ракет.
Проведенные первые исследования титана и его сплавов показали возможность изготовления из них броневых плит. Замена стальной брони (толщиной 12,7 мм) титановой броней одинаковой снарядостойкости (толщиной 16 мм) позволяет получить, по данным этих исследований, экономию в весе до 25%.
Сплавы титана повышенного качества позволяют надеяться на возможность замены стальных плит титановыми равной толщины, что дает экономию в весе до 44%. Промышленное применение титана позволит обеспечить большую маневренность, увеличит дальность перевозки и долговечность орудия. Современный уровень развития воздушного транспорта делает очевидными преимущества легких броневиков и других машин из титана. Артиллерийское ведомство намерено снарядить в будущем пехоту касками, штыками, гранатометами и ручными огнеметами, сделанными из титана. Первое применение в артиллерии титановый сплав получил для изготовления поршня некоторых автоматических орудий.
Транспорт. Многие из тех выгод, которые сулит использование титана при производстве бронетанковой материальной части, относятся и к транспортным средствам.
Замена конструкционных материалов, потребляемых в настоящее время предприятиями транспортного машиностроения, титаном должна привести к снижению расхода топлива, росту полезной грузоподъемности, повышению предела усталости деталей кривошипно-шатунных механизмов и т. п. На железных дорогах исключительно важно снизить мертвый груз. Существенное уменьшение общего веса подвижного состава за счет применения титана позволит сэкономить в тяге, уменьшить габариты шеек и букс.
Важное значение вес имеет и для прицепных автотранспортных средств. Здесь замена стали титаном при производстве осей и колес также позволила бы увеличить полезную грузоподъемность.
Все эти возможности можно было бы реализовать при снижении цены титана с 15 до 2-3 долларов за фунт титановых полуфабрикатов.
Химическая промышленность. При производстве оборудования для химической промышленности самое важное значение имеет коррозионная стойкость металла. Существенно также снизить вес и повысить прочность оборудования. Логически следует предположить, что титан мог бы дать ряд выгод при производстве из него оборудования для транспортировки кислот, щелочей и неорганических солей. Дополнительные возможности применения титана открываются в производстве такого оборудования, как баки, колонны, фильтры и всевозможные баллоны высокого давления.
Применение трубопроводов из титана способно повысить коэффициент полезного действия нагревательных змеевиков в лабораторных автоклавах и теплообменниках. О применимости титана для производства баллонов, в которых длительно хранятся газы и жидкости под давлением, свидетельствует применяемая при микроанализе продуктов сгорания вместо более тяжелой трубки из стекла (показана в верхней части снимка). Благодаря малой толщине стенок и незначительному удельному весу эта трубка может взвешиваться на более чувствительных аналитических весах меньших размеров. Здесь сочетание легкости и коррозионной стойкости позволяет повысить точность химического анализа.
Прочие области применения. Применение титана целесообразно в пищевой, нефтяной и электротехнической промышленности, а также для изготовления хирургических инструментов и в самой хирургии.
Столы для подготовки пищи, пропарочные столы, изготовленные из титана, по качествам превосходят стальные изделия.
В нефте- и газобурильной областях серьезное значение имеет борьба с коррозией, поэтому применение титана позволит реже заменять корродирующие штанги оборудования. В каталитическом производстве и для изготовления нефтепроводов желательно применять титан, сохраняющий механические свойства при высокой температуре и обладающий хорошей коррозионной устойчивостью.
В электропромышленности титан можно применить для бронирования кабелей благодаря хорошей удельной прочности, высокому электрическому сопротивлению и немагнитным свойствам.
В различных отраслях промышленности начинают применять крепежные детали той или иной формы, изготовленные из титана. Дальнейшее расширение применения титана возможно для изготовления хирургических инструментов главным образом благодаря его коррозионной стойкости. Инструменты из титана в этом отношении превосходят обычные хирургические инструменты при многократном кипячении или обработке в автоклаве.
В области хирургии титан оказался лучше виталлиума и нержавеющих сталей. Присутствие титана в организме вполне допустимо. Пластинка и винты из титана для крепления костей находились в организме животного несколько месяцев, причем имело место прорастание кости в нитки резьбы винтов и в отверстие пластинки.
Преимущество титана заключается также в том, что на пластине образуется мышечная ткань.

titanen.ru

Области применения титана

При существующих высоких ценах на титан его применяют преимущественно для производства военного оборудования, где главная роль принадлежит не стоимости, а техническим характеристикам. Тем не менее известны случаи использования уникальных свойств титана для гражданских нужд. По мере снижения цен на титан и роста его производства применение этого металла в военных и гражданских целях будет все больше расширяться. Авиация. Малый удельный вес и высокая прочность (особенно при повышенных температурах) титана и его сплавов делают их весьма ценными авиационными материалами. В области самолетостроения и производства авиационных двигателей титан все больше вытесняет алюминий и нержавеющую сталь. С повышением температуры алюминий быстро утрачивает свою прочность. С другой стороны, титан обладает явным преимуществом в отношении прочности при температуре до 430° С, а повышенные температуры такого порядка возникают при больших скоростях благодаря аэродинамическому нагреванию. Преимущество замены стали титаном в авиации заключается в снижении веса без потери прочности. Общее снижение веса с повышением показателей при повышенных температурах позволяет увеличить полезную нагрузку, дальность действия и маневренность самолетов. Этим объясняются усилия, направленные на расширение применения титана в самолетостроении при производстве двигателей, постройке фюзеляжей, изготовлении обшивки и даже крепежных деталей. При постройке реактивных двигателей титан применяется преимущественно для изготовления лопаток компрессора, дисков турбины и многих других штампованных деталей. Здесь титан вытесняет нержавеющую и термически обрабатываемую легированную стали. Экономия в весе двигателя в один килограмм позволяет сберегать до 10 кг в общем весе самолета благодаря облегчению фюзеляжа. В дальнейшем намечено применять листовой титан для изготовления кожухов камер сгорания двигателя. В конструкции самолета титан находит широкое применение для деталей фюзеляжа, работающих при повышенных температурах. Листовой титан применяется для изготовления всевозможных кожухов, защитных оболочек кабелей и направляющих для снарядов. Из листов легированного титана изготовляются различные элементы жесткости, шпангоуты фюзеляжа, нервюры и т. д. Кожухи, закрылки, защитные оболочки для кабелей и направляющие для снарядов изготовляются из нелегированного титана. Легированный титан применяется для изготовления каркаса фюзеляжа, шпангоутов, трубопроводов и противопожарных перегородок. Титан получает все большее применение при постройке самолетов F-86 и F-100. В будущем из титана будут делать створки шасси, трубопроводы гидросистем, выхлопные патрубки и сопла, лонжероны, закрылки, откидные стойки и т. д. Титан можно применять для изготовления броневых плит, лопастей пропеллера и снарядных ящиков. В настоящее время титан применяется в конструкции самолетов военной авиации Дуглас Х-3 для обшивки, Рипаблик F-84F, Кертисс-Райт J-65 и Боинг В-52. Применяется титан и при постройке гражданских самолетов DC-7. Фирма «Дуглас» заменой алюминиевых сплавов и нержавеющей стали титаном при изготовлении мотогондолы и противопожарных перегородок уже добилась экономии в весе конструкции самолета около 90 кг. В настоящее время вес титановых деталей в этом самолете составляет 2%, причем эту цифру предусматривается довести до 20% общего веса самолета. Применение титана позволяет уменьшить вес геликоптеров. Листовой титан используется для полов и дверей. Значительное снижение веса геликоптера (около 30 кг) было достигнуто в результате замены легированной стали титаном для обшивки лопастей его несущих винтов. Военно-морской флот. Коррозионная стойкость титана и его сплавов делает их весьма ценным материалом на море. Военно-морское министерство США обстоятельно исследует коррозионную стойкость титана против воздействия дымовых газов, пара, масла и морской воды. Почти такое же значение в военно-морском деле имеет и высокое значение удельной прочности титана. Малый удельный вес металла в сочетании с коррозионной стойкостью повышает маневренность и дальность действия кораблей, а также снижает расходы по уходу за материальной частью и ее ремонту. Применение титана в военно-морском деле включает изготовление выхлопных глушителей для дизельных двигателей подводных лодок, дисков измерительных приборов, тонкостенных труб для конденсаторов и теплообменников. По мнению специалистов, титан, как никакой другой металл, способен увеличить срок службы выхлопных глушителей на подводных лодках. Применительно к дискам измерительных приборов, работающих в условиях соприкосновения с соленой водой, бензином или маслом, титан обеспечит лучшую стойкость. Исследуется возможность применения титана для изготовления труб теплообменников, которые должны обладать коррозионной стойкостью в морской воде, омывающей трубы снаружи, и одновременно противостоять воздействию выхлопного конденсата, протекающего внутри них. Рассматривается возможность изготовления из титана антенн и узлов радиолокационных установок, от которых требуется стойкость к воздействию дымовых газов и морской воды. Титан может найти применение и для производства таких деталей, как клапаны, пропеллеры, детали турбин и т. д. Артиллерия. По-видимому, наиболее крупным потенциальным потребителем титана может явиться артиллерия, где в настоящее время ведутся интенсивные исследования различных опытных образцов. Тем не менее в этой области стандартизовано производство лишь отдельных деталей и частей из титана. Весьма ограниченное использование титана в артиллерии при большом размахе исследований объясняется его высокой стоимостью. Были исследованы различные детали артиллерийского оборудования с точки зрения возможности замены титаном обычных материалов при условии снижения цен на титан. Главное внимание уделялось деталям, для которых существенно снижение веса (детали, переносимые вручную и перевозимые по воздуху). Опорная плита миномета, изготовленная из титана вместо стали. Путем такой замены и после некоторой переделки вместо стальной плиты из двух половинок общим весом 22 кг удалось создать одну деталь весом 11 кг. Благодаря такой замене можно уменьшить число обслуживающего персонала с трех человек до двух. Рассматривается возможность применения титана для изготовления орудийных пламегасителей. Проходят испытания изготовленные из титана орудийные станки, крестовины лафетов и цилиндры противооткатных приспособлений. Широкое применение титан может получить при производстве управляемых снарядов и ракет. Проведенные первые исследования титана и его сплавов показали возможность изготовления из них броневых плит. Замена стальной брони (толщиной 12,7 мм) титановой броней одинаковой снарядостойкости (толщиной 16 мм) позволяет получить, по данным этих исследований, экономию в весе до 25%. Сплавы титана повышенного качества позволяют надеяться на возможность замены стальных плит титановыми равной толщины, что дает экономию в весе до 44%. Промышленное применение титана позволит обеспечить большую маневренность, увеличит дальность перевозки и долговечность орудия. Современный уровень развития воздушного транспорта делает очевидными преимущества легких броневиков и других машин из титана. Артиллерийское ведомство намерено снарядить в будущем пехоту касками, штыками, гранатометами и ручными огнеметами, сделанными из титана. Первое применение в артиллерии титановый сплав получил для изготовления поршня некоторых автоматических орудий. Транспорт. Многие из тех выгод, которые сулит использование титана при производстве бронетанковой материальной части, относятся и к транспортным средствам. Замена конструкционных материалов, потребляемых в настоящее время предприятиями транспортного машиностроения, титаном должна привести к снижению расхода топлива, росту полезной грузоподъемности, повышению предела усталости деталей кривошипно-шатунных механизмов и т. п. На железных дорогах исключительно важно снизить мертвый груз. Существенное уменьшение общего веса подвижного состава за счет применения титана позволит сэкономить в тяге, уменьшить габариты шеек и букс. Важное значение вес имеет и для прицепных автотранспортных средств. Здесь замена стали титаном при производстве осей и колес также позволила бы увеличить полезную грузоподъемность. Все эти возможности можно было бы реализовать при снижении цены титана с 15 до 2—3 долларов за фунт титановых полуфабрикатов. Химическая промышленность. При производстве оборудования для химической промышленности самое важное значение имеет коррозионная стойкость металла. Существенно также снизить вес и повысить прочность оборудования. Логически следует предположить, что титан мог бы дать ряд выгод при производстве из него оборудования для транспортировки кислот, щелочей и неорганических солей. Дополнительные возможности применения титана открываются в производстве такого оборудования, как баки, колонны, фильтры и всевозможные баллоны высокого давления. Применение трубопроводов из титана способно повысить коэффициент полезного действия нагревательных змеевиков в лабораторных автоклавах и теплообменниках. О применимости титана для производства баллонов, в которых длительно хранятся газы и жидкости под давлением, свидетельствует применяемая при микроанализе продуктов сгорания вместо более тяжелой трубки из стекла (показана в верхней части снимка). Благодаря малой толщине стенок и незначительному удельному весу эта трубка может взвешиваться на более чувствительных аналитических весах меньших размеров. Здесь сочетание легкости и коррозионной стойкости позволяет повысить точность химического анализа. Прочие области применения. Применение титана целесообразно в пищевой, нефтяной и электротехнической промышленности, а также для изготовления хирургических инструментов и в самой хирургии. Столы для подготовки пищи, пропарочные столы, изготовленные из титана, по качествам превосходят стальные изделия. В нефте- и газобурильной областях серьезное значение имеет борьба с коррозией, поэтому применение титана позволит реже заменять корродирующие штанги оборудования. В каталитическом производстве и для изготовления нефтепроводов желательно применять титан, сохраняющий механические свойства при высокой температуре и обладающий хорошей коррозионной устойчивостью. В электропромышленности титан можно применить для бронирования кабелей благодаря хорошей удельной прочности, высокому электрическому сопротивлению и немагнитным свойствам. В различных отраслях промышленности начинают применять крепежные детали той или иной формы, изготовленные из титана. Дальнейшее расширение применения титана возможно для изготовления хирургических инструментов главным образом благодаря его коррозионной стойкости. Инструменты из титана в этом отношении превосходят обычные хирургические инструменты при многократном кипячении или обработке в автоклаве. В области хирургии титан оказался лучше виталлиума и нержавеющих сталей. Присутствие титана в организме вполне допустимо. Пластинка и винты из титана для крепления костей находились в организме животного несколько месяцев, причем имело место прорастание кости в нитки резьбы винтов и в отверстие пластинки. Преимущество титана заключается также в том, что на пластине образуется мышечная ткань.

studfiles.net

Применение титана в промышленном и народном хозяйстве

Применение титана в промышленном и народном хозяйстве

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Кафедра технологии художественной обработки материалов

Применение титана в промышленном и народном хозяйстве

Реферат

Екатеринбург

Содержание

1.История происхождения олова

1.1Происхождение названия титана

2.Свойства титана

3.Применение титана в различных отраслях

3.1Применение титана в цветной металлургии

3.2Применение титана в черной металлургии

3.3Применение титана в химической промышленности

3.4Применение титана в медицине

3.5Применение титана в машиностроении

3.6Применение титана в пищевой промышленности

Библиографический список

. История происхождения олова

титан сплав металл

О?лово (лат. <#”justify”>2. Свойства титана

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева титан расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях он четырехвалентен. По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам. Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668±4 °С) и кипит при 3300 °С, скрытая теплота плавления и испарения титана почти в два раза больше, чем у железа.

Известны две аллотропические модификации титана. Низкотемпературная альфа-модификация, существующая до 882,5 °С и высокотемпературная бета-модификация, устойчивая от 882,5 °С до температуры плавления.

По плотности и удельной теплоемкости титан занимает промежуточное место между двумя основными конструкционными металлами: алюминием и железом. Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия. Но титан может активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла. С углеродом титан образует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердостью.

Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза – железа. Коэффициент термического расширения при комнатной температуре сравнительно мал, с повышением температуры он возрастает.

Модули упругости титана невелики и обнаруживают существенную анизотропию. С повышением температуры до 350 °С модули упругости уменьшаются почти по линейному закону. Небольшое значение модулей упругости титана – существенный его недостаток, т.к. в некоторых случаях для получения достаточно жестких конструкций приходится применять большие сечения изделий по сравнению с теми, которые следуют из условий прочности.

Титан имеет довольно высокое удельное электросопротивление, которое в зависимости от содержания примесей колеблется в пределах от 42·10-8 до 80·10-6 Ом·см. При температурах ниже 0,45 К он становится сверхпроводником.

Титан – парамагнитный металл. У парамагнитных веществ магнитная восприимчивость при нагревании обычно уменьшается. Титан составляет исключение из этого правила – его восприимчивость существенно увеличивается с температурой.

Титан сразу после открытия стал активно изучаться, ученые изучали его свойства и характеристики. Чем больше металл был изучен, тем больше заставлял удивляться. Его свойства оказались незаменимыми и редкими для металлов его группы.

Особенно часто применяются на практике физические и механические свойства титана. Долгое время ученые не могли определить температуру плавления титана, не было соответствующего оборудования и было принято считать, что его температура плавления составляет 1800 градусов. В середине двадцатого века была выявлена реальная температура плавления титана, она составляет 1668±3 °С, выявили это ученые Диардорф и Хейс из Англии.

Основные характеристики, позволяющие использовать титан, это: пониженная плотность, уникальная прочность, твердость, легкость. Большим плюсом является то, что если повышать температуру, металл не меняет своих свойств.

Титан намного легче железа и немного тяжелее алюминия, но если сравнивать прочность этих металлов, то титан превосходит алюминий и железо во много раз, например, он прочнее алюминия в 12 раз, а железа – в 4 раза. Металл сложно разрушается и долго сопротивляется внешним воздействиям.

Титан достаточно легко обрабатывается как в горячем, так и в холодном виде: он легко куется, вытягивается в проволоку, расплющивается в листы и даже в тончайшую фольгу.

Много лет после открытия титана никто не мог выявить его реальные свойства, высокие прочностные показатели. Это связано с тем, что сначала в титане были многочисленные примеси, в основном водород, азот, кислород, углерод и ряд других, которые и делали его хрупким и не пригодным для промышленного использования. В результате первых опытов смогли выделить из титана углерод и кислород, в результате чего титан стал более прочным, но не учли один важный и тогда не выявленный факт: водород снижает прочность титана, но не сразу, а в период эксплуатации изделий из него. Первое использование титана для изготовления крупных конструкций привело к авариям, это было результатом воздействия на металл водорода, который сделал титан хрупким и ломким со временем.

Сейчас взаимодействие водорода и титана изучены до мелочей и из этого непростого союза человечество выделило значительные плюсы. Например, добавление водорода в титан позволяет упростить его обработку, облегчает формовку изделий, сварку конструкций, резку и т.д.

Еще одно уникальное свойство титана, о котором стоит упомянуть – это память, которая позволяет запомнить первоначальный вид. Например, если из пластины сделать скрутку при высокой температуре, а потом охладить, то элемент будет иметь созданную форму, но если деталь нагреть, то она примет форму пластины, то есть первоначальное положение.

Физические и механические свойства титана используются с максимальной выгодой в различных областях промышленности.

. Применение титана в различных отраслях

Титан и его сплавы находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности. Сравнительно высокая стоимость титана и его сплавов компенсируется высокими эксплуатационными характеристиками металла, в некоторых случаях титановые сплавы являются единственным материалом, из которого можно изготовить работоспособную конструкцию.

По оценкам одного из ведущих американских производителей титана, из общего объёма производства титана в мировом масштабе на уровне 50-60 тысяч тонн в год на долю аэрокосмического сегмента приходится до 40 % потребления, на долю промышленных применений и приложений приходится 34 %, на военную область 16 %, и около 10 % приходится на применение титана в потребительских продуктов. Промышленное применение титана включает в себя химические процессы, энергетику, нефтегазовую отрасль, опреснительные установки. Военное (не авиационное) применение включает, прежде всего, использование в артиллерии и боевых машинах. Секторами со значительными объёмами применения титана являются автомобилестроение, архитектура и строительство, спортивные товары и ювелирные изделия.

Региональные рынки конечного применения титана весьма различаются, и наиболее ярким примером своеобразия является Япония, где на гражданский авиакосмический сектор приходится всего 2-3 % при использовании 30 % от общего потребления титана в оборудовании и конструкционных элементах химических заводов. Примерно 20 % от общего спроса в Японии приходится на атомную энергетику и на электростанции на твёрдом топливе, остальная доля приходится на архитектуру, медицину и спорт.

Совершенно другая картина наблюдается в США и Европе, где исключительно большое значение имеет потребление в аэрокосмическом секторе – 60-75 % и 50-60 %. В США традиционно сильными конечными рынками являются химическая промышленность, медицинское оборудование, промышленное оборудование, в то время как в Европе наибольшая доля приходится на нефтегазовую и строительную промышленности.

.1 Применение титана в цветной металлургии

Титан, будучи сам продукцией цветной металлургии, во многом способствует получению качественных металлов, техническому прогрессу в отрасли. Комплекс работ по расширению областей применения титана в цветной металлургии, систематические исследования были выполнены сотрудниками Института титана кандидатами технических наук Г. А. Колобовым, Ю. В. Добруновым, В. П. Иваниловой, А. А. Захаревич и др.

Титановые сплавы по коррозионной стойкости при применении во многих агрессивных средах, использующихся в производстве цветных и редких металлов, находятся вне конкуренции по сравнению с нержавеющими, кислотоупорными сталями.

Титан в цветной металлургии – это, прежде всего повышение производительности труда, резкое улучшение качества продукции, улучшение условий труда, максимальная механизация и автоматизация. Он находит промышленное применение в виде проката, из которого изготавливают довольно крупное по габаритным размерам и ответственное по назначению оборудование. Высокоэффективно применение титана в виде литых (арматура, насосы и др.) и металлокерамических изделий. Например, промышленная эксплуатация титановых насосов взамен чугунных или выполненных из кислотоупорных сталей на перекачке растворов хлористых солей калия, натрия и магния со слабой соляной кислотой позволила увеличить срок их службы в 15-20 раз, снизить потери жидкости при транспортировке в 2,5 раза.

Применение одной тонны титанового проката в виде изделий в цветной металлургии дает в год выгодную экономию за счет увеличения сроков службы и надежности оборудования, снижения эксплуатационных и ремонтных затрат, повышения качества продукции. Наибольшее распространение титановое оборудование нашло на предприятиях никель-кобальтовой и титано-магниевой промышленности. В последнее время интенсивно внедряется титан в производстве меди. В производствах цинка, свинца и олова, вольфрама и молибдена, ртути, сурьмы, кадмия, золота и других драгоценных металлов, алюминия и твердых сплавов, а также на предприятиях по обработке цветных металлов титан только начинает завоевывать признание.

В настоящее время, за исключением никель-кобальтовой отрасли, в цветной металлургии осуществляется первый этап внедрения титана – замена нестойкого оборудования, к тому же, как правило, вспомогательного, не оказывающего существенного влияния на параметры технологических процессов. Начинается и второй, более качественный этан, когда титан применяется для изготовления основного технологического оборудования целых переделов и цехов. При этом его свойства используются комплексно, удается значительно интенсифицировать технологические процессы, в некоторых случаях создать новые, гораздо более производительные. Экономическая отдача от внедрения одной тонны титанового оборудования при этом увеличивается.

Проведенный в течение последних лет анализ работы основного и вспомогательного оборудования показывает, что цветная металлургия имеет большие возможности для дальнейшего расширения внедрения титана.

.2 Применение титана в черной металлургии

Для большинства агрессивных сред на металлургических, коксохимических, ферросплавных, сталеплавильных и других заводах титан находится вне конкуренции с нержавеющими сталями. Применение титанового оборудования позволяет увеличить сроки службы, интенсифицировать существующие и создать новые технологические процессы, получить более качественный продукт, не загрязненный продуктами коррозии.

Коксохимическое производство характеризуется наличием кислот, щелочей, агрессивных газов, которые резко сокращают сроки службы аппаратов и трубопроводов. Выход из строя даже второстепенного аппарата приводит к вынужденной остановке целой технологической линии. Коррозионная стойкость титана в ряде многокомпонентных агрессивных сред коксохимического производства превосходит все высоколегированные нержавеющие стали.

В настоящее время доказано, что из титана целесообразно изготовлять сатураторы, центрифуги, барботажные зонты, циркуляционные кастрюли, трубопроводы и другое оборудование цеха улавливания, где, как показывают исследования, скорость коррозии титана составляет 0,002-0,03 мм/год. В сероводородной воде, в растворе, содержащем 10 % натриевой щелочи, 15 % фенолов, цианистую кислоту, сероводород и аммиак при температуре около 100-140 °С, скорость коррозии титана составляет 0,2-0,5 мм/год. При такой коррозии кубы-нейтрализаторы, конденсаторы пиридиновых оснований, змеевики обесфеноливающих скрубберов из титана будут служить 5-15 лет, в то время как существующие скрубберы из углеродистой стали служат всего 0,5-1,6 года.

На большинстве металлургических, метизных, сталепрокатных, сталепроволочно-канатных, трубопрокатных и других заводов имеются травильные участки для удаления окалины с поверхности металла. Оборудование в основном изготовляют из углеродистых сталей с применением гуммирования, футеровки кислотоупорным кирпичом, что не обеспечивает надежной, долговременной эксплуатации. Срок службы оборудования составляет около 2-3 лет. При применении фаолита, фторопласта, нержавеющих сталей должного эффекта из-за низких механических свойства или неудовлетворительной коррозионной стойкости не достигается. Нержавеющие стали, вплоть до самих высоколегированных, подвергаются точечной коррозии, особенно в зоне сварного шва.

.3 Применение титана в химической промышленности

Химическая промышленность является одним из основных потребителей титана среди отраслей народного хозяйства. Ей по объемам потребления сейчас принадлежит второе место. Известно, что одной из важнейших проблем химических производств является проблема коррозии. Вместе с непрерывным увеличением объема производства растут издержки на защиту от коррозии и замену вышедшего из строя оборудования, потери от простоев и аварий. Наиболее эффективным путем решения этих вопросов является использование в химическом машиностроении новых коррозионностойких материалов. Титановые сплавы эффективно заменяют дефицитные материалы: сплавы на основе никеля, высоколегированные стали (Х23Н28МЗДЗТ), нержавеющие стали типа Х18Н10Т, редкие, драгоценные и цветные металлы (тантал, ниобий, платину, медь, олово), пластмассы.

Анализ свойств материалов, которыми располагает современная техника, показывает, что титановые сплавы обеспечивают в химии снижение эксплуатационных затрат, безаварийность работы, возможность создания усовершенствованных конструкций, исключают дорогостоящие и трудоемкие работы по футеровке, и все это несмотря на более высокие первоначальные капитальные вложения при применении титанового оборудования. Эксплуатация уже первых титановых аппаратов подтвердила его ценность как конструкционного материала для основных химических и нефтехимических производств. Первым использованием титана в химической промышленности считается применение его в 1954 году для футеровки миксера, содержащего двуокись хлора и подвергавшегося коррозии и истиранию.

Титановое оборудование изготавливается и широко применяется в США, Японии, Англии, ФРГ, Франции, Щвеции, Италии. Имеется успешный опыт его применения в Чехословакии, а также Болгарин, Румынии.

.4 Применение титана в медицине

Конструкторов медицинской техники, медицинского инструментария и врачей разных профессий в новом конструкционном металле привлекает, прежде всего, биологическая инертность по отношению к организму живого существа в сочетании с высокими механическими свойствами, антикоррозионной стойкостью. Это качества титана, усиленные специфическими свойствами, и обеспечили очень большой интерес к нему и интенсивное проведение конструкторских работ и клинических испытаний самых различных изделий. Известно, что по коррозионной стойкости во многих медицинских агрессивных средах титан не уступает платине; он стоек в растворах кислот и щелочей. Скорость коррозии титана в морской воде (по своему химическому составy очень похожей на лимфу) – 0,00002 мм/год или 0,02 мм в 1000 лет. Титан и его сплавы устойчивы и перекиси водорода, бензине, феноле, формальдегиде. После многократной стерилизации кипячением, многомесячной выдержки в 3%-ном растворе хлорамина, 96-градусном этиловом спирте, трихлорэтилене следов коррозии на титановых сплавах не обнаружено. Точечная коррозия наблюдается у титановых сплавов лишь после пребывания в течение нескольких суток в 10%-ной спиртовой настойке йода.

Титан – пластичный металл; он хорошо поддается механической обработке: резанию, сверлению, фрезерованию, шлифованию. Изготавливать из него различные конструкции не труднее, чем из нержавеющей стали. Титан – немагнитный материал с низкой электропроводностью, что особенно ценно, так как благодаря этому можно использовать физиотерапию для лечения больных, в организме которых находятся титановые конструкции. Все это делает титан весьма перспективным для широкого применения в медицине.

Но самым важным результатом многолетних и тщательных исследований оказалось то, что титан является инертным металлом по отношению к биологической среде. Конструкции из титановых сплавов хорошо переносятся человеческим организмом, обрастают костной и мышечной тканью. Металл практически не корродирует в агрессивных средах человеческого тела, а структура тканей, окружающих титановые конструкции, не изменяется на протяжении длительного времени.

Длительные и систематические исследования возможности использования титановых сплавов в медицинской технике были проведены во Всесоюзном научно-исследовательском институте хирургической аппаратуры и инструментов; в последние годы эти работы велись при участии Института титана и ряда отраслевых институтов и медицинских объединений. Первый опыт использования титановых сплавов для хирургических инструментов относится к 1905-1966. Тогда металл применили при изготовлении имплантата глазного яблоки. После длительных поисков металла для имплантата остановились на титановом сплаве марки ВТ5; изготовленные из него имплантаты были и 2 раза легче аналогичных, изготовленных из стали Х18Н9Т (при диаметре 20 мм имплантат из титана весил всего 0,0016 кг, а из стали – 0,0032 кг). Клинические наблюдения и течение полутора лет и токсикологические исследования показали его биологическую инертность.

Основная задача, которая ставилась при конструировании инструментов из титана, создание инструментов, по своим функциональным свойствам не уступающим, а превосходящим аналогичные, выполненные из нержавеющих сталей. Исследования показали, что, если для сохранения функциональных свойств образца изделия из титана требуется увеличить сечение более, чем на 30 % (по сравнению с инструментом из нержавеющей стали), то разработка такого инструмента нецелесообразна, кроме случаев, когда вес не является доминирующей характеристикой инструмента.

Исследования показали, что титановые сплавы могут широко применяться там, где необходима очень высокая коррозионная стойкость медицинских инструментов и не требуется большой твердости. Невысокая твердость титана, отсутствие режущих свойств не дает пока возможности расширить его применение в хирургическом инструментарии. Следовательно, исследования возможности повышения твердости и придания режущих свойств титану – задача первостепенной важности. Трудность объясняется тем, что существующие в промышленности методы упрочнения титана в медицинской промышленности применять нельзя, так как к изделиям предъявляются совершенно особые требования. Кроме того, медицинские аппараты и инструменты работают в специфических условиях (в контакте с физиологическим раствором, йодом, стерилизуются путем кипячения в воде или в автоклавах при температуре до 200 ?C и т. п.).

Таким образом, было установлено, что медицинские инструменты, изготовленные из титановых сплавов, на 20-30 % легче таких же изделий из нержавеющей стали, обладают лучшей коррозионной стойкостью, более долговечны и удобны в работе.

Титан выгодно отличается от других, конкурирующих с ним, металлов не только своей биологической инертностью, но и ценными механическими свойствами. Чтобы обладать такой же прочностью на разрыв, какую имеет стержень титана диаметром 10 мм, железный стержень должен быть не менее 14 мм в диаметре. Титан является таким конструкционным материалом, который позволяет повысить прочность изделия, сохранив его размеры, или без потери прочности получить выигрыш в весе до 40 % и значительно уменьшить объем конструкции. Это делает титан наилучшим металлом для внутренних протезов. Особенно эффективно применение титана в артопластике бедра.

В отечественной стоматологии при изготовлении зубных пластмассовых протезов для получения косметического эффекта используется белое кристаллическое вещество – двуокись титана. Однако в зубном протезировании можно широко применять не только соединение титана с кислородом, но и конструкционный титан – легкий, прочный, биологически инертный и хорошо поддающийся обработке металл.

.5 Применение титана в машиностроении

В машиностроительных отраслях народного хозяйства титан пока еще не нашел широкого применения. Главной причиной, объясняющей такое положение, является ограниченность до недавнего времени сведений о свойствах титановых сплавов, их конкурентоспособности и эффективности использования в различных конструкциях машин и механизмов. Второй, не менее важной, причиной явилась дефицитность и высокая стоимость сплавов, что практически сводило к нулю их технико-экономические преимущества. В ряде случаев сдерживающим фактором явились низкие антифрикционные свойства сплавов титана, несвариваемость его с другими металлами и др.

В отечественной промышленности титановые сплавы применяются, главным образом, в химическом, тяжелом, энергетическом и транспортном машиностроении, машиностроении для легкой, пищевой промышленности и бытовых приборов.

Промышленностью выпускается оборудование, которое можно условно разделить на две группы: стандартное – серийно изготавливаемое специализированными машиностроительными заводами, и нестандартное – изготавливаемое заводами для своих нужд.

Стандартное оборудование в основном изготавливается заводами химического машиностроения. Номенклатура оборудования этих заводов достаточно широка и включает в себя запорную, перекачивающую, емкостную, колонную, фильтрующую, автоклавную, разделительную и специальную аппаратуру.

Известно, что титановые сплавы обладают высокой хладостойкостью: их механические свойства при низких температурах существенно не меняются, что особенно важно для условий работы на рудниках Крайнего Севера и Заполярья. Полученный опыт применения титановых сплавов в бурильных перфораторах позволил рекомендовать заводам горного оборудования массовое изготовление их с максимальным применением титановых сплавов.

В последние годы заводы интенсивно осваивают изготовление из титана различных машин и аппаратов (от красильного-отделочного оборудования, упаковочно-расфасовочным автоматических линий, центрифуг с титановыми сепараторами до кухонных приборов и сувенирных изделий). Все эти машины в ближайшее время перейдут в разряд массовых и серийно изготовляемых изделий.

.6 Применение титана в пищевой промышленности

Технический прогресс в пищевой промышленности требует применения новых конструкционных материалов для технологического оборудования, ускорении замены и модернизации морально устаревших машин и агрегатов.

Специфика продукции продовольственного машиностроения тpe6yeт значительного количеств материалов: нержавеющих сталей, цветных металлов и др. Как правило, потребность в них удовлетворяется не полностью. Поэтому машины и оборудование часто изготовляются из малолегированных сталей и других материалов, которые в условиях воздействия агрессивных пищевых сред имеют ограниченную долговечность. Это приводит к уменьшению эксплуатационной надежности оборудования, увеличению затрат на ремонты.

Борьба с коррозией металлов в пищевой промышленности имеет свои особенности. Если незначительные количества ионов металла, переходящие в агрессивную среду, не имеют существенного значения для других производств, то для пищевой промышленности они совершенно недопустимы. Технология изготовления пищевых продуктов представляет собой сложный биохимический процесс, определяющий их качество. Поэтому высоки и санитарно-гигиенические требования к материалу оборудования. Пренебрежение этими требованиями приводит к потерям ценных продуктов питания, ухудшению их качества. Выбор материала представляет собой весьма важную проблему. В последние годы доказано, что материалом, отвечающим требованиям пищевых производств, является титан.

Пищевая промышленность и продовольственное машиностроение пока еще не имеют большого опыта изготовления и эксплуатации оборудования из сплавов титана. Лишь в последнее время начали изготовлять отдельные виды оборудования и машин на машиностроительных заводах.

Из зарубежной практики известны примеры длительной эксплуатации различного титанового оборудования и пищевой промышленности. Например, в США изготовляют котлы из титана, в которых готовят рассолы, томатные продукты и соусы. Испытания показали, что титан совсем не подвергается разрушению в пищевых средах. Из него изготовляют также холодильники, использование которых дает возможность уменьшить расход хладореагентов и применить повышенные давления.

Возможность применения титана в пищевом машиностроении определена на заводах фирмы «Хейнц» (США). Предварительно было испытано более трехсот марок различных сплавов из никеля и нержавеющей стали, но все они оказались нестойкими в производственных растворах, содержащих хлористый натрий и уксусную кислоту, которые являются типичными для консервного производства. На основании этих испытаний были разработаны рекомендации по изготовлению основного оборудовании для переработки овощей.

Библиографический список

Гармата, В. А. Титан [Текст] / В. А. Гармата, А. Н. Петрунько, Н. В. Галицкий, Ю. Г. Олесов, Р. А. Сандлер – Металлургия, 1983. – 539 с.

Зеликман, А. Н. Металлургия редких металлов [Текст] : учеб. пособие для вузов / А. Н. Зеликман, Б. Г. Коршунов. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1991. – 432 c. – 5-229-00743-5.

Зефиров, Н. С. Химическая энциклопедия [Текст]: в 5 т. / Николай Зефиров – Москва: Советская энциклопедия, 1995. – Т. 4. – С. 590-592. – 639 с. – ISBN 5-85270-008-8.

diplomba.ru

Применение титана в авиации, кораблестроении, военной технике

Применение титана в авиации

Авиационная промышленность была первым потребителем титана. Создание летательных аппаратов со скоростями близкими к скорости звука и  превосходящими ее, определило ряд технических и экономических требований к конструкционным материалам, идущим на изготовление корпуса самолета и его обшивки, а также двигателей, которые невозможно было удовлетворить без применения материалов на основе титана.

Малый удельный вес и высокая прочность (особенно при повышенных температурах) титана и его сплавов делают их весьма ценными авиационными материалами. В области самолетостроения и производства авиационных двигателей титан все больше вытесняет алюминий и нержавеющую сталь. С повышением температуры алюминий быстро утрачивает свою прочность. С другой стороны, титан обладает явным преимуществом в отношении прочности при температуре до 430° С, а повышенные температуры такого порядка возникают при больших скоростях благодаря аэродинамическому нагреванию. Преимущество замены стали титаном в авиации заключается в снижении веса без потери прочности. Общее снижение веса с повышением показателей при повышенных температурах позволяет увеличить полезную нагрузку, дальность действия и маневренность самолетов. Этим объясняются усилия, направленные на расширение применения титана в самолетостроении при производстве двигателей, постройке фюзеляжей, изготовлении обшивки и даже крепежных деталей.
При постройке реактивных двигателей титан применяется преимущественно для изготовления лопаток компрессора, дисков турбины и многих других штампованных деталей. Здесь титан вытесняет нержавеющую и термически обрабатываемую легированную стали. Экономия в весе двигателя в один килограмм позволяет сберегать до 10 кг в общем весе самолета благодаря облегчению фюзеляжа. В дальнейшем намечено применять листовой титан для изготовления кожухов камер сгорания двигателя.
В конструкции самолета титан находит широкое применение для деталей фюзеляжа, работающих при повышенных температурах. Листовой титан применяется для изготовления всевозможных кожухов, защитных оболочек кабелей и направляющих для снарядов. Из листов легированного титана изготовляются различные элементы жесткости, шпангоуты фюзеляжа, нервюры и т. д.
Кожухи, закрылки, защитные оболочки для кабелей и направляющие для снарядов изготовляются из нелегированного титана. Легированный титан применяется для изготовления каркаса фюзеляжа, шпангоутов, трубопроводов и противопожарных перегородок.

Вращающиеся детали роторов авиадвигателей испытывают в полете колоссальную нагрузку. Им приходится работать в условиях высоких температур и динамических воздействий. От их надежности зависят безопасность самолета и жизни людей, что находятся на борту воздушного судна. Следовательно, титан, используемый в этих ответственных узлах, должен быть не просто прочным, а суперпрочным.
Титан получает все большее применение при постройке самолетов F-86 и F-100. В будущем из титана будут делать створки шасси, трубопроводы гидросистем, выхлопные патрубки и сопла, лонжероны, закрылки, откидные стойки и т. д.
Титан можно применять для изготовления броневых плит, лопастей пропеллера и снарядных ящиков.
В настоящее время титан применяется в конструкции самолетов военной авиации Дуглас Х-3 для обшивки, Рипаблик F-84F, Кертисс-Райт J-65 и Боинг В-52.
Применяется титан и при постройке гражданских самолетов DC-7. Фирма «Дуглас» заменой алюминиевых сплавов и нержавеющей стали титаном при изготовлении мотогондолы и противопожарных перегородок уже добилась экономии в весе конструкции самолета около 90 кг. В настоящее время вес титановых деталей в этом самолете составляет 2%, причем эту цифру предусматривается довести до 20% общего веса самолета.

Растет потребление титана в гражданском самолетостроении. И понятно почему: титан сочетает в себе основные параметры эффективности самолета – веса, надежности, стоимости обслуживания и прибыли от эксплуатации. Это главные критерии для авиаперевозчиков.

В настоящее время разработчики авиатехники перестраивают всю материаловедческую концепцию строительства самолетов, активно привлекая и используя композиционные материалы на основе углеволокна и титановые сплавы. Первые заменяют алюминий и сталь, вторые коррозийноустойчивы и исключительно прочны.

Причин перехода на композиционные материалы несколько. Во-первых, наметился быстрый рост пассажирских и грузовых перевозок, объем которых, по прогнозам специализированной аналитической группы Airline Monitor, в период с 2008 по 2026 год увеличится втрое, что потребует в два раза увеличить парк магистральных авиалайнеров. Во-вторых, в условиях высоких цен на топливо cамолетостроительным компаниям приходится разрабатывать и готовить серийный выпуск экономичных моделей авиалайнеров.

Поскольку с композитами «уживается» только титан, спрос гражданского самолетостроения на титановые полуфабрикаты возрастет к 2015 году примерно в два раза.

В «самолете мечты» Boeing 787 – лидере нового поколения самолетов – половина применяемого титана – ВСМПО-АВИСМЫ. В самолете использован новый высокопрочный титановый сплав VST 5553, созданный профессионалами ВСМПО. Из него изготавливают десятки наименований штамповок, в производстве которых ВСМПО нет равных. А первый заказ на продукцию российской корпорации ВСМПО-АВИСМА Boeing разместил в 1997 году.

Самая большая штамповка балки шасси самолета А380 весом 3,5 тонны изготовлена из титана ВСМПО-АВИСМА. Таких крупногабаритных изделий больше никто делать не может. Изготавливают штамповки на модернизированном кузнечном оборудовании, самом мощном в мире.

В заказах такого гранда авиации, как Boeing, доля российского титана составляет 30–40%, в европейской компании Airbus – 55–60%, бразильской Embraer – 90%, в канадской Goodrich – крупнейшего в мире производителя шасси – 90%.

Применение титана в кораблестроении

Коррозионная стойкость титана и его сплавов делает их весьма ценным материалом на море. Военно-морское министерство США обстоятельно исследует коррозионную стойкость титана против воздействия дымовых газов, пара, масла и морской воды. Почти такое же значение в военно-морском деле имеет и высокое значение удельной прочности титана.
Малый удельный вес металла в сочетании с коррозионной стойкостью повышает маневренность и дальность действия кораблей, а также снижает расходы по уходу за материальной частью и ее ремонту.
Применение титана в военно-морском деле включает изготовление выхлопных глушителей для дизельных двигателей подводных лодок, дисков измерительных приборов, тонкостенных труб для конденсаторов и теплообменников. По мнению специалистов, титан, как никакой другой металл, способен увеличить срок службы выхлопных глушителей на подводных лодках. Применительно к дискам измерительных приборов, работающих в условиях соприкосновения с соленой водой, бензином или маслом, титан обеспечит лучшую стойкость. Исследуется возможность применения титана для изготовления труб теплообменников, которые должны обладать коррозионной стойкостью в морской воде, омывающей трубы снаружи, и одновременно противостоять воздействию выхлопного конденсата, протекающего внутри них. Рассматривается возможность изготовления из титана антенн и узлов радиолокационных установок, от которых требуется стойкость к воздействию дымовых газов и морской воды. Титан может найти применение и для производства таких деталей, как клапаны, пропеллеры, детали турбин и т. д.

Специалисты научно-исследовательского института конструкционных материалов «Прометей» при государственной поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (Роснаука) начали в 2009 году разработку усовершенствованных технологий производства из титановых сплавов так называемых крупногабаритных полуфабрикатов (заготовок крупных узлов и деталей) для морских судов и «оффшорной техники», предназначенной для работ на шельфах.

Такие заготовки из титановых сплавов могут применяться для изготовления сверхлёгких, прочных и стойких к коррозии деталей самых разных типов судов, например, исследующих морские глубины, или связанные с добычей углеводородного сырья.

Существенный недостаток титановых сплавов только один — высокий коэффициент трения «металл по металлу», титан попросту «задирается» при трении из-за повышенной вязкости. Поэтому для деталей из титановых сплавов (в первую очередь, для различных т. н. «узлов трения») необходимо напыление специальных покрытий, придающих необходимые антифрикционные свойства. В качестве «кандидатов» на создание таких покрытий ученые намерены всесторонне исследовать различные высокопрочные материалы на основе оксидов алюминия, циркония и хрома.

Применение титана для изготовления военной техники

Металл потребляет артиллерия, где в настоящее время ведутся интенсивные исследования различных опытных образцов. Тем не менее в этой области стандартизовано производство лишь отдельных деталей и частей из титана. Весьма ограниченное использование титана в артиллерии при большом размахе исследований объясняется его высокой стоимостью.
Были исследованы различные детали артиллерийского оборудования с точки зрения возможности замены титаном обычных материалов при условии снижения цен на титан. Главное внимание уделялось деталям, для которых существенно снижение веса (детали, переносимые вручную и перевозимые по воздуху).
Опорная плита миномета, изготовленная из титана вместо стали. Путем такой замены и после некоторой переделки вместо стальной плиты из двух половинок общим весом 22 кг удалось создать одну деталь весом 11 кг. Благодаря такой замене можно уменьшить число обслуживающего персонала с трех человек до двух. Рассматривается возможность применения титана для изготовления орудийных пламегасителей.
Проходят испытания изготовленные из титана орудийные станки, крестовины лафетов и цилиндры противооткатных приспособлений. Широкое применение титан может получить при производстве управляемых снарядов и ракет.
Проведенные первые исследования титана и его сплавов показали возможность изготовления из них броневых плит. Замена стальной брони (толщиной 12,7 мм) титановой броней одинаковой снарядостойкости (толщиной 16 мм) позволяет получить, по данным этих исследований, экономию в весе до 25%.
Сплавы титана повышенного качества позволяют надеяться на возможность замены стальных плит титановыми равной толщины, что дает экономию в весе до 44%. Промышленное применение титана позволит обеспечить большую маневренность, увеличит дальность перевозки и долговечность орудия. Современный уровень развития воздушного транспорта делает очевидными преимущества легких броневиков и других машин из титана. Артиллерийское ведомство намерено снарядить в будущем пехоту касками, штыками, гранатометами и ручными огнеметами, сделанными из титана. Первое применение в артиллерии титановый сплав получил для изготовления поршня некоторых автоматических орудий.

Как отмечает менеджер по продажам американской компании Howmet Ti-Cast Боб Фаннелл, «…текущее состояние рынка можно рассматривать, как рост возможностей в новых областях, таких как вращающиеся части устройств турбонадува у грузовиков, ракеты и насосы. Одним из наших текущих проектов является развитие лёгких артиллерийских систем ВАЕ Ноwitzer ХМ777 калибром 155 мм». Ноwmet: поставит 17 из 28 узлов структурного титанового литья для каждой орудийной установки. «При общем весе орудия 9800 фунтов (приблизительно 4,44 тонн) в его конструкции на долю титана приходится около 2600 фунтов (приблизительно 1,18 тонн) – используется сплав 6А14У с большим количеством отливок», говорит Фрэнк Хёрстер, руководитель систем огневой поддержки ВАЕ 8у81ет8. Эта система [ХМ777] должна заменить находящуюся на вооружение систему М198 Ноwitzег, которая весит около 17000 фунтов (приблизительно 7,71 тонн).

Джон Барбер из Timet: указывает, что примерами военной техники, в конструкции которой используются значительные объёмы титана, являются танк “Абраме” и боевая машина “Брэдли”. В течение уже двух лет выполняется совместная программа НАТО, США и Великобритании по интенсификации использования титана в системах вооружений и обороны.Как уже не раз отмечалось, титан очень подходит к использованию в автомобилестроении, правда, доля этого направления довольно скромна – примерно 1% от общего объёма потребляемого титана, или 500 тонн в год, по данным итальянской компании Роggipolini, производителя титановых узлов и деталей для «Формулы-1» и гоночных мотоциклов.

Построенная В 1969 г. АПЛ 661-го проекта в Северодвинске не имела мировых аналогов — она имела корпус полностью из титанового сплава и развивала скорость до 44,7 узла — рекорд, недостижимый даже для современных подлодок.

Титан в строительстве АПЛ применялся и в дальнейшем. Из-за повышенной глубины погружения материалом прочного корпуса подводной лодки «Комсомолец» был выбран титановый сплав 48-Т с пределом текучести около 720 МПа. Применение титана позволило существенно уменьшить массу корпуса. Она составила всего 39 % от нормального водоизмещения, что не превышало соответствующий показатель других АПЛ.

www.protown.ru

свойства и применение материала и его сплавов

Титан и сплавы на его основе широко используются в самых разных сферах. Прежде всего, титановые сплавы нашли широкое применение в строительстве различной техники благодаря своей высокой коррозийной стойкости, механической прочности, небольшой плотности, жаропрочности и множеству других характеристик. Рассматривая свойства и применение титана, нельзя не отметить его довольно высокую стоимость. Однако она в полной мере компенсируется характеристиками и долговечностью материала.

Титан имеет высокую прочность и температуру плавления, отличается от других металлов долговечностью.

Основные свойства титана

Титан находится в IV группе четвертого периода периодической системы химических элементов. В самых устойчивых и наиболее важных соединениях элемент является четырехвалентным. Внешне титан напоминает сталь. Является переходным элементом. Температура плавления достигает почти 1700°, а кипения — 3300°. Что касается такого свойства, как скрытая теплота плавления и испарения, то у титана она практически в 2 раза превышает аналогичный показатель для железа.

Имеет 2 аллотропические модификации:

1. Низкотемпературную, которая способна существовать до температуры в 882,5°.
2. Высокотемпературную, устойчивую от температуры в 882,5° до температуры плавления.

Таблица характеристик титана и его сплавов.

Такие свойства, как удельная теплоемкость и плотность, располагают титан между двумя материалами с наиболее широким конструкционным использованием: железом и алюминием. Механическая прочность титана почти в 2 раза превышает эту характеристику у чистого железа и практически в 6 раз у алюминия. Однако свойства титана таковы, что он способен поглощать в больших количествах водород, кислород и азот, что негативно отражается на пластических характеристиках материала.

Материал характеризуется очень низкой теплопроводностью. Для сравнения, у железа она выше в 4 раза, а у алюминия в 12. Что касается такого свойства, как коэффициент термического расширения, то при комнатной температуре он имеет относительно низкое значение и возрастает с увеличением температуры.

Титан имеет малые модули упругости. При повышении температуры до 350° они начинают уменьшаться практически по линейному закону. Именно этот момент является существенным недостатком материала.

Титан характеризуется довольно большим значением удельного электросопротивления. Оно может колебаться в достаточно широких пределах и зависит от содержания примесей.

Титан является парамагнитным материалом. Для таких веществ характерно снижение магнитной восприимчивости в процессе нагревания. Однако титан является исключением — при повышении температуры его магнитная восприимчивость значительно возрастает.

Сферы применения титана

Медицинские инструменты из титанового сплава отличаются высокой коррозионной прочностью, биологической стойкостью и пластичностью.

Свойства материала обеспечивают довольно широкий спектр сфер его применения. Так, в больших объемах сплавы титана используются в строении судов и различной техники. Налажено применение материала в качестве легирующей добавки к сталям высокого качества и в качестве раскислителя. Сплавы с никелем нашли применение в технике и медицине. Такие соединения имеют уникальные свойства, в частности, они обладают памятью формы.

Налажено применение компактного титана в производстве деталей электровакуумных приборов, использующихся в условиях высоких температур. Свойства технического титана позволяют использовать его в производстве клапанов, трубопроводов, насосов, арматуры и других изделий, создаваемых для эксплуатации в агрессивных условиях.

Сплавы характеризуются недостаточной теплопрочностью, однако имеют высокую коррозийную стойкость. Это позволяет использовать различные сплавы на основе титана в химической сфере. К примеру, материал применяется в изготовлении насосов для прокачки серной и соляной кислоты. На сегодняшний день только сплавы на основе этого материала можно использовать в производстве разного рода оборудования для хлорной промышленности.

Использование титана в транспортной промышленности

Сплавы на основе этого материала используются при изготовлении бронетанковой части. А замена разнообразных конструкционных элементов, которые используются в транспортной промышленности, позволяет снижать расход топлива, увеличивать полезную грузоподъемность, повышать предел усталости изделий и улучшать множество других характеристик.

При производстве оборудования для химической промышленности из титана самое важное свойство — коррозионная стойкость металла.

Материал хорошо подходит для использования в строительстве железнодорожного транспорта. Одна из главных задач, которую нужно решить на железных дорогах, связана со снижением мертвого груза. Использование прутков и листов из титана позволяет существенно снизить общую массу состава, уменьшить размеры букс и шеек, сэкономить в тяге.

Вес имеет довольно существенное значение и для прицепного транспорта. Использование титана вместо стали при производстве колес и осей тоже позволяет существенно повысить полезную грузоподъемность.

Свойства материала делают возможным его использование в автомобилестроении. Материал характеризуется оптимальным сочетанием прочностных и весовых свойств для систем отведения отработанных газов и витых пружин. Применение титана и его сплавов позволяет существенно снизить объем отработанных газов, уменьшить затраты топлива и расширить применение лома и производственных отходов путем их переплава. Материал и содержащие его сплавы имеет множество преимуществ по сравнению с прочими используемыми решениями.

Главной задачей разработки новых деталей и конструкций является уменьшение их массы, от которой в той или иной степени зависит движение самого транспортного средства. Снижение веса движущихся узлов и частей делает потенциально возможным сокращение затрат топлива. Детали из титана неоднократно доказывали свою надежность. Они довольно широко применяются в авиакосмической промышленности и конструкциях гоночных автомобилей.

Использование этого материала позволяет не только уменьшить вес деталей, но и решить вопрос снижения объема отработанных газов.

Использование титана и его сплавов в сфере строительства

В строительстве широко используется сплав титана с цинком. Этот сплав характеризуется высокими механическими показателями и устойчивостью к коррозии, отличается высокой жесткостью и пластичностью. В составе сплава содержится до 0,2% легирующих добавок, выполняющих функции модификаторов структуры. Благодаря алюминию и меди обеспечивается требуемая пластичность. Кроме того, использование меди позволяет повысить предельную прочность материала на растяжение, а сочетание химических элементов способствует снижению коэффициента расширения. Сплав применяется и для производства длинных лент и листов с хорошими эстетическими характеристиками.

Титан часто используется в космических технологиях благодаря его легкости, прочности и тугоплавкости.

Среди главных качеств сплава титана с цинком, важных конкретно для строительства, можно отметить такие химические и физические свойства, как высокая устойчивость к коррозии, хороший внешний вид и безопасность для человеческого здоровья и окружающей среды.

Материал отличается хорошей пластичностью, без проблем поддается глубокой вытяжке, что позволяет использовать его в кровельных работах. У сплава нет никаких проблем с пайкой. Именно поэтому различные объемные конструкции и нестандартные архитектурные элементы вроде куполов и шпилей изготавливаются из цинк-титана, а не меди или оцинкованной стали. В решении подобных задач данный сплав является незаменимым.

Сфера использования сплава очень широка. Его применяют в фасадных и кровельных работах, из него изготавливаются изделия различной конфигурации и практически любой сложности, он широко применяется в производстве разнообразных декоративных изделий типа водостоков, отливов, кровельных коньков и т.д.

Этот сплав отличается очень продолжительным сроком службы. Более столетия он не будет требовать покраски и частых текущих ремонтных работ. Также среди существенных преимуществ материала следует выделить его способность восстанавливаться. Несущественные повреждения в виде царапин от веток, птиц и т.п. через какое-то время устраняются сами по себе.

Требования к строительным материалам становятся все более серьезными и строгими. Исследовательские компании ряда стран изучали почву вокруг зданий, построенных с использованием сплава цинка и титана. Результаты исследований подтвердили, что материал является полностью безопасным. Он не имеет канцерогенных свойств и не вредит человеческому здоровью. Цинк-титан является негорючим стройматериалом, что дополнительно повышает безопасность.

С учетом всех перечисленных положительных характеристик такой строительный материал в эксплуатации приблизительно в 2 раза дешевле, чем кровельная медь.

У сплава две степени окисления. С течением времени он меняет цвет и теряет металлический блеск. Сначала цинк-титан становится светло-серым, а еще через некоторое время приобретает благородный темно-серый оттенок. В настоящее время материал намеренно подвергается химическому старению.

Использование титана и его сплавов в медицине

Титан отлично совместим с человеческой тканью, поэтому активно применяется в области эндопротезирования.

Титан нашел широкое применение и в медицинской сфере. Среди преимуществ, которые позволили ему стать таким популярным, нужно отметить высокую прочность и устойчивость к коррозии. Кроме того, ни у одного из пациентов не было выявлено аллергии на титан.

В медицине применяются коммерчески чистый титан и сплав Ti6-4Eli. С его использованием изготавливаются хирургические инструменты, разнообразные внешние и внутренние протезы, вплоть до сердечных клапанов. Из титана производятся инвалидные коляски, костыли и прочие приспособления.

Ряд исследований и экспериментов подтверждает отличную биологическую совместимость материала и его сплавов с живой человеческой тканью. Мягкие и костные ткани срастаются с этими материалами без проблем. А низкий модуль упругости и высокий показатель удельной прочности делают титан очень хорошим материалом для эндопротезирования. Он заметно легче, чем жесть, сталь и сплавы на основе кобальта.

Таким образом, свойства титана позволяют активно использовать его в самых разнообразных сферах — от изготовления труб и кровли до медицинского протезирования и построения космических аппаратов.

moyasvarka.ru