:: Титан

Строительный портал StroyPortal.SU - все о строительстве и для строительства!
Реклама
Главная :: О компании :: Новости :: Каталог :: Наши услуги :: Поставщики
Главная
www.titanium-fiko.com.ua
О ТИТАНЕ
ПРИМЕНЕНИЕ ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
лист
Kb
»
анового
В настоящее время титан - один из важнейших металлических
конструкционных материалов. Для этого титану в течение 200 лет
пришлось пройти путь от признания его непригодным в
конструкционных целях до всеобщего поклонения как перед одним из
самых перспективных и вечных металлов. В 1791 г. английский химик и
минералог Вильям Грегор открыл новый элемент в минерале
менакканите и назвал его "менаккин". Немецкий химик Мартин Клапрот
в 1795 вторично открыл его в минерале "рутиле" и присвоил ему
красивое имя "титан". Это название заимствовано из древнегреческой
мифологии: титанами именовались сыновья Геи - богини Земли. Спустя
два года выяснилось, что Грегор и Клапрот открыли один и тот же
элемент, который с тех пор носит величественное имя - титан. Многие
ученые пытались получить титан в чистом виде и только 1875 г. русский
ученый Д. К. Кириллов впервые смог получить металлический титан,
содержащий несколько процентов примесей. В 1910 г. американский
химик Хантер смог произвести несколько граммов чистого титана,
содержащего несколько десятых долей процента примесей, которые
делают его практически непригодным для обработки. И хотя соли титана
уже находили применение, лишь в 1925 г. полученный голландскими
учеными Ван Аркелем и де Буре титан высокой чистоты
продемонстрировал свои уникальные свойства.
Лишь три технически важных металла – алюминий, железо и магний –
распространены в природе больше, чем титан. Количество титана в
земной коре в несколько раз превышает запасы меди, цинка, свинца,
золота, серебра, платины, хрома, вольфрама, ртути, молибдена,
висмута, сурьмы, никеля и олова, вместе взятых.
Однако промышленный способ его извлечения был разработан лишь в
40-х годах ХХ века. Благодаря прогрессу в области самолето- и
Зак
ракетостроения производство титана и его сплавов интенсивно
развивалось. Это объясняется сочетанием таких ценных свойств титана,
как малая плотность, высокая прочность, коррозионная стойкость,
технологичность при обработке давлением и свариваемость,
хладостойкость, немагнитность и ряд других ценных физикомеханических характеристик
Изготовляемые в нашей стране сплавы титана можно разделить на три
группы. Первая – сплавы с альфа структурой: ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ5, ВТ51, ОТ4, ОТ4-0, ОТ4-1. Эта группа сплавов отличается хорошей
свариваемостью и термической стабильностью, т.е. отсутствием
охрупчивания при совместном длительном воздействии высоких
температур и напряжений.
Вторая – сплавы с альфа+бета структурой: сплавы ВТ14, ВТ9, ВТ8, ВТ6,
ВТ6С, ВТ3-1, ВТ22, ВТ23. Благодаря более пластичной бета фазе эти
сплавы более технологичны и лучше обрабатываются давлением, чем
альфа сплавы.
Третья – сплавы с бета структурой. Некоторые опытные ВТ15, ТС6 с
высоким содержанием хрома и молибдена. Эти сплавы сочетают
хорошую технологическую пластичность с очень высокой прочностью и
хорошей свариваемостью.
Полуфабрикаты из титана и титановых сплавов производятся во
всевозможных формах и видах: титановые слитки, титановые слябы,
заготовки, титановые листы и титановые плиты, титановые ленты и
полосы, титановые прутки (или титановые круги), титановая проволока,
титановые трубы.
Коррозионная стойкость
Титан является одним из немногих металлов с исключительно высокой
коррозионной стойкостью: он устойчив в атмосферном воздухе, морской
воде и морской атмосфере, во влажном хлоре, хлорной воде, горячих и
холодных растворах хлоридов, в различных технологических растворах
и реагентах, применяемых в химической, нефтяной, бумагоделательной
и других отраслях промышленности, а также в гидрометаллургии.
По своей коррозионной стойкости в морской воде он превосходит все
металлы, за исключением благородных – золота, платины и т. п.,
большинство видов нержавеющей стали, никелевые, медные и другие
сплавы. Дело в том, что реакции титана со многими элементами
происходят только при высоких температурах. При обычных температурах химическая активность титана чрезвычайно мала и он
практически не вступает в реакции. Связано это с тем, что на свежей
поверхности чистого титана, как только она образуется, очень быстро
появляется инертная, хорошо срастающаяся с металлом тончайшая (в
несколько ангстрем (1А=10-10м) пленка диоксида титана,
предохраняющая его от дальнейшего окисления. Если даже эту пленку
снять, то в любой среде, содержащей кислород или другие сильные
окислители (например, в азотной или хромовой кислоте), эта пленка
появляется вновь, и металл, как говорят, ею «пассивируется», т. е.
защищает сам себя от дальнейшего разрушения.
Прочность
По удельной прочности титан не имеет соперников среди
промышленных металлов. Даже такой металл, как алюминий, уступил
ряд позиций титану, который всего в полтора раза тяжелее алюминия,
но зато в шесть раз прочнее. И что особенно важно, титан сохраняет
свою прочность при высоких температурах (до 500°С, а при добавке
легирующих элементов— до 650°С), в то время как прочность
большинства алюминиевых сплавов резко падает уже при 300 °С.
Титан—очень твердый металл: он в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза—
железа и меди. Чем выше предел текучести металла, тем лучше детали
из него сопротивляются эксплуатационным нагрузкам, тем дольше они
сохраняют свои формы и размеры. Предел текучести титана в 18 раз
выше, чем у алюминия, и в 2,5 раза—чем у железа.
Свариваемость
Титан и его сплавы обладают удовлетворительной свариваемостью
всеми видами сварки, применяемыми для титана – электронно-лучевая
сварка, лазерная, контактная электросварка, дуговая сварка и т.д.
Хорошо свариваются чистый титан (ВТ1-00, ВТ1-0, Вт1-1), а также
сплавы (ВТ5-1, ВТ6, ВТ6С, ВТ14).
При этом пластичность сварного соединения близка к пластичности
основного металла.
ПРИМЕНЕНИЕ ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Авиационная промышленность
остается первым и основным потребителем титана.
Благодаря применению титановых сплавов в новых транспортных и
пассажирских самолетах их использование самолетостроительными и
моторостроительными предприятиями остается преобладающим. В
авиационной промышленности произведен большой комплекс работ по
созданию оптимальных условий при производстве деталей и узлов из
титановых сплавов. Наиболее важным итогом этих исследований можно
считать освоение технологии изготовления высокоресурсных силовых
конструкций, обеспечивающих высокие циклическую прочность и
трещиностойкость. Широко внедрены титановые сплавы в производство
сосудов высокого давления для авиационной и космической техники.
Требования к материалам для авиастроения:
1. малый вес
2. высокая удельная прочность
3. жаропрочность
4. сопротивление усталостным нагрузкам
5. трещиностойкость
6. коррозионная стойкость
В дозвуковых самолетах широко применялся алюминий. Авиатехника
сверхзвуковых скоростей столкнулась с повышенными температурами
обшивки летательного аппарата, где алюминий не может быть
использован из-за низкой жаропрочности. Потребовались
конструкционные материалы, надежно работающие в сложной
комбинации силовых и температурных полей при воздействии
агрессивных сред, излучений и высоких давлений. Этим требованиям
отвечает титан и его сплавы.
Сегодня самолеты становятся еще более титаноемкими. Это связано с
тем, что в новых авиалайнерах увеличивается доля композиционных
материалов, с которыми алюминий активно взаимодействует и
коррозирует. Титан не подвержен таким процессам и увеличивает
ресурс комплектующих изделий.
Три основных направления использования титана в авиастроении:
1) для изготовления изделий сложной пространственной формы:
- окантовки люков и дверей, где возможно скопление влаги
(используется высокая коррозионная стойкость титана)
- обшивки, на которые действует струя продуктов сгорания двигателя,
огнеблокирующие противопожарные перегородки (используется
высокая температура плавления и химическая инертность титана)
- тонкостенные трубопроводы воздушной системы (используется
минимальный из всех металлов коэффициент термического расширения
титана)
- настил пола грузовой кабины (используется высокая прочность и
твердость)
2) для изготовления ответственных высоконагруженных узлов и
агрегатов
- стойки шасси
- силовые элементы (кронштейны) механизации крыла
- гидроцилиндры
3) Изготовление частей двигателя
Из титановых сплавов в самолетах изготавливают:
Элероны, панели и поворотные узлы крыльев, стенки лонжеронов,
панели, кронштейны, рули, решетки клина, каналы воздухозаборника,
трубопроводы, шпангоуты, предкрылки и закрылки, гидросистемы,
крепеж и ряд других деталей
В авиационной промышленности в основном используются сплавы ГОСТ
ВТ1-0, ВТ22, ВТ6, ВТ3-1, ВТ8, ВТ9, ВТ18У, ВТ25, ВТ25У, ASTM Grade-2,
Grade-3, Grade-4, Grade-5, Ti6Al-4V, Ti6Al2Sn4Zr2Mo, Ti6Al2Sn4Zr6Mo,
IMI318 IMI550, IMI685, IMI829, IMI834.
Автомобилестроение
Высокие эксплуатационные характеристики титана в совокупности с
современными технологическими и производственными достижениями
открывают возможности для его использования в автомобилестроении.
При разработке новых конструкций деталей приоритетной задачей
является снижение массы деталей, что в большей или меньшей степени
влияет на движение самого автомобиля. Циклически движущиеся части
и узлы обладают большими потенциальными возможностями
сокращения расхода топлива прежде всего за счет уменьшения их
массы. Надежность деталей из титана была проверена в течение
нескольких лет на гоночных автомобилях и в ходе широкого
использования в авиакосмической промышленности.
Из титана изготавливают клапаны двигателей внутреннего
сгорания, пружины и фиксаторы клапанов, поршневые пальцы, рычаги,
а также выхлопные системы, диски.
Химическая промышленность
теплообменники и выпарная аппаратура, реакторы, скрубберы,
сушилки, разделительные колонны, емкости, насосы, прочее
оборудование.
Примерно 30% титана расходуется на изготовление коммуникаций из
титана, применяемых в химической промышленности, используется в
хлорном производстве. Технический титан идет на изготовление
титановых емкостей, химические реакторов, трубопроводов, арматуры,
насосов и других изделий, работающих в агрессивных средах,
например, в химическом машиностроении.
Титан используется для изготовления труб для теплообменной
аппаратуры различного назначения, конденсаторов турбин, в качестве
элементов футеровки внутренней поверхности дымовых труб. Следует
отметить, что высокие капитальные затраты компенсируются
повышением долговечности, увеличением надежности, снижением
расходов на обслуживание и ремонт. Титан обладает высокой
стойкостью к точечной коррозии, что является весьма существенным
преимуществом именно для теплообменных труб, которые благодаря
этому можно применить с минимальной толщиной стенки, достаточной
только для обеспечения механической прочности, что обеспечивает
более высокую интенсивность теплопередачи в теплообменных
аппаратах.
Сплавы для химической индустрии – это ВТ1-0, Grade 1, Grade 2, Grade
3 наиболее применяемые в теплообменниках и трубных системах, Grade
7, Grade 12.
Строятся новые целлюлозно-бумажные комбинаты и лесопромышленные
комплексы, переоборудуются существующие. При производстве бумаги
очень остро стоит проблема коррозионной защиты, и от её решения в
немалой степени зависит успешное развитие отрасли. Для получения
целлюлозы используют чрезвычайно агрессивные вещества – в
технологических процессах варки целлюлозы, получения варочной
кислоты, при отбеливании целлюлозной массы. Особенно агрессивна
двуокись хлора, которой отбеливают целлюлозу. Метод отбеливания
целлюлозы двуокисью хлора получает, поэтому всё большее
распространение, но стремительное разрушение оборудования при его
применении приносит значительные убытки. Вот почему химики и
бумажники обратили самое серьёзное внимание на стойкость титана в
соединениях хлора. Титановое оборудование широко внедряется в
целлюлозно-бумажную промышленность. Титан оказывается
незаменимым для бумажников, выручая их, давая значительный
технико-экономический эффект. Именно как материал, устойчивый в
двуокиси хлора, титан был применён впервые в невоенных отраслях
промышленности.
Цветная металлургия
По объему применения титана цветная металлургия занимает второе
место среди гражданских отраслей промышленности. В
гидрометаллургии цветных металлов применяется аппаратура из титана.
Он служит для покрытия изделий из стали. Использование титана дает
во многих случаях большой технико-экономический эффект не только
благодаря повышению срока службы оборудования, но и возможности
интенсификации процессов (как, например, в гидрометаллургии
никеля). Наибольшее распространение титановое оборудование
получило на предприятиях кобальтово-никелевой и титаново-магниевой
промышленности, а также в производстве меди, цинка, свинца, ртути и
других металлов.
При обработки цветных металлов используют титановые травильные
ванны, детали очистных сооружений, установок переработки раствора,
ёмкости, что намного повышает срок службы оборудования.
Вспомогательное оборудование из титана используют на некоторых
предприятиях чёрной металлургии. Благодаря высокой коррозийной
стойкости в сернистых газах новый конструкционный материал
обеспечивает надёжную работу электрофильтров, применяемых в
коксохимическом и ферросплавном производствах, повышает
долговечность газоочистных сооружений доменных, мартеновских,
конверторных и агломерационных цехов.
Медицина
Титан и его сплавы в медицине известны достаточно давно. За
последнее время интерес к данной области использования титана
значительно возрос. Стремительное развитие медицинской сферы
применения титана в значительной мере объясняется известным
прогрессом в современной хирургии в области эндопротезирования
суставов. Преимущества в снижении сроков выздоровления,
реабилитации и повышения комфорта пациентов делает титан
идеальным материалом для создания медицинских заменителей костей.
Потребности в замене суставов продолжают расти, т.к. люди все чаще
получают повреждения в результате занятия тяжелыми видами спорта
или бега, они получают серьезные травмы в автомобильных авариях и
других происшествиях. Легкий, прочный и полностью биосовместимый,
титан является одним из немногих материалов, которые по природе
своей отвечают требованиям имплантации в человеческое тело. Титан
считается абсолютно неактивным и устойчивым к коррозии в результате
воздействия жидкостей и тканей организма, а потому полностью
биосовместимым. Титан используется в производстве хирургического
инструмента, внутренних и внешних протезов, включая такие
критические, как сердечный клапан, имплантантов для укрепления
позвоночника, штифтов, костных пластин, винтов, внутримозговых
стержней и наружных фиксаторов. Из титана изготовляют костыли и
инвалидные коляски.
Широкий ассортимент хирургических инструментов изготавливается из
титана. Легкость металла положительно сказывается на снижении
усталости хирурга. Часто инструменты подвергаются анодированию с
целью создания неотражающей поверхности, которая приобретает
особое значение в микрохирургии, например, в глазной хирургии.
Титановые инструменты выдерживают повторную стерилизацию без
ущерба качеству лезвия или поверхности, устойчивости к коррозии или
прочности. Титан не намагничивается, и поэтому не представляет
угрозы для небольших и чувствительных вживленных электронных
устройств.
Наиболее применяемыми в медицине являются марки и сплавы титана:
коммерчески чистый титан ГОСТ ВТ1-0, ВТ1-00, ASTM B 348 Grade 1,
Grade 2 Grade 3, Grade 4, сплавы ГОСТ ВТ6, ВТ6С, ASTM B 348 Grade 5,
Grade 23, Ti 6Al-4V ASTM F 1472, ASTM, Ti 6Al-4V ELI ASTM F 136.
Спорт
Причина популярности использования титана в спортивном инвентаре
проста – он позволяет получить превосходящее любой другой металл
соотношение веса и прочности.
Использование титана в велосипедах началось примерно 25-30 лет
назад и было первым применением титана в спортивном инвентаре. В
основном используются трубы из сплава Тi 3Аl-2.5V (ASTM Grade 9) /
ПТ3В. Другие части производимые из титановых сплавов включают в
себя тормоза, звёздочки и пружины сидений
Используется титан в производстве клюшек для гольфа. В течение
короткого периода времени титановые клюшки прошли путь от
эксклюзивного и дорогого инвентаря небольшой группы игроков до
широкого использования большинством гольфистов (по прежнему
оставаясь более дорогими по сравнению со стальными клюшками).
На удивление значительное количество титанового листа используется
при производстве ножей для подводного плавания. Большинство
производителей используют сплав Ti6Al-4V, но этот сплав не
обеспечивает долговечность кромки лезвия, как другие более прочные
сплавы. Некоторые производители переключаются на использование
сплава ВТ23.
Титан очень широко используется в альпинизме и туризме, практически
для всех предметов, которые альпинисты и туристы несут в своих
рюкзаках: бутылки, чашки, наборы для приготовления пищи, столовая
посуда, в основном сделанные из коммерчески чистого титана ASTM
Grade 1 и Grade 2 (ГОСТ ВТ1-0). Другими примерами альпинистского и
туристского снаряжения являются компактные печки, стойки и
крепления палаток, ледорубы и ледобуры.
Производители вооружения производят титановые пистолеты как для
спортивной стрельбы, так и для правоохранительных органов.
Потребительская электроника
является достаточно новым и быстро растущим рынком для титана. Во
многих случаях применение титана в потребительской электронике
вызвано не только его великолепными свойствами, но также и
привлекательным внешним видом изделий. Коммерчески чистый титан
Grade 1 (ВТ1-0) используется для производства корпусов портативных
компьютеров, мобильных телефонов, плазменных телевизоров с
плоским экраном и другого электронного оборудования. Использование
титана в производстве динамиков обеспечивает лучшие аккустические
свойства в связи с легкостью титана по сравнению со сталью,
приводящей к увеличению аккустической чувствительности.
Титановые часы, впервые внедренные на рынок японскими
производителями, сейчас являются одним из наиболее доступных и
признанных потребительских титановых продуктов.
Архитектура
Титан – лучший выбор для различных архитектурных сфер применения,
он используется для наружной обшивки зданий, ненесущих стен,
кровельных материалов, облицовки колонн, софитов, карнизов,
навесов, внутренней обшивки, легких крепежных приспособлений; и
кроме того, титан используется в искусстве, скульптуре и для
изготовления памятников.
Когда срок службы каких-либо других архитектурных металлов
подходит к концу, титан выдерживает испытание временем. Он устойчив
к загрязнениям городской атмосферы и морской среды, кислотным
дождям, осадкам вулканической золы, промышленным выбросам и
другим крайне неблагоприятным атмосферным условиям. Титан не
подвергается атмосферным влияниям и не обесцвечивается от
ультрафиолетовых лучей. Также он обладает отличной устойчивостью к
коррозии, которая может появиться в результате кислотных дождей и
действия агрессивных газов (газ сернистой кислоты, газ сероводорода и
т.д.), что является плюсом при использовании титана для строительства
в крупных городах и промышленных областях.
Ювелирных изделия
титан применяют в сувенирах и бижутерии/галантерее, где он успешно
соперничает с такими драгоценными металлами, как серебро и даже
золото.
Мировое потребление титана в производстве традиционных и, так
называемых, нательных (body jewelry) ювелирных изделий измеряется
несколькими десятками тонн. Все чаще можно встретить титановые
кольца, браслеты, цепочки, кулоны, подвески, серьги
Для таких целей могут использоваться титановые сплавы марок ВТ6,
ВТ6С, ASTM Grade-5, Ti6Al-4V, Ti6Al-4V ELI, Grade 23, но поскольку нет
надобности увеличивать прочность металла для изготовления
ювелирных изделий, наиболее подходящим является чистый титан ВТ10 / Grade-2. При термической обработке титановые сплавы в
определенных щелочах ВТ6, Ti6AL-4V, ВТ20, ВТ22, ВТ23, ОТ4, ОТ4-1,
2В, 3М, ВТ16, ВТ3-1, ВТ5, ВТ5-1, ПТ3В, СП3В, ПТ7М, ПТ1-М, Grade1,
Grade2, Grade5 имеют различные цвета побежалостей, что можно
использовать как дополнительных эффект в ювелирных изделиях. Все
эти сплавы ВТ6, Ti6AL-4V, ВТ20, ВТ22, ВТ23, ОТ4, ОТ4-1, 2В, 3М, ВТ16,
ВТ3-1, ВТ5, ВТ5-1, ПТ3В, СП3В, ПТ7М, ПТ1-М, Grade1, Grade2, Grade5
имеют большой спрос на мировом рынке. Если посмотреть на
химический состав и прочность титановых сплавов марок ВТ6, Ti6AL-4V,
ВТ20, ВТ22, ВТ23, ОТ4, ОТ4-1, 2В, 3М, ВТ16, ВТ3-1, ВТ5, ВТ5-1, ПТ3В,
СП3В, ПТ7М, ПТ1-М, Grade1, Grade2, Grade5, то можно с уверенностью
сказать, что более подходящего материала для использования нет.
Титан (titex@fiko.com.ua)
тел./факс:
Всего визитов: 31643
Сегодня посетителей: 2
Сегодня визитов: 3
место для счетчиков
Электротехническое оборудование на портале Стройтал