» » Области применения титана
06.02.2017

Большая часть добываемого в мире титанового рудного сырья до последнего времени использовалась для производства чистой двуокиси титана, применяемой в качестве белого пигмента — титановых белил.
Значительно меньшая доля приходилась на использование титана в черной металлургии (производство сталей), в сплавах с цветными металлами и в виде металлического титана.
Однако в последние годы в связи с разработкой технологии и освоением производства металлического титана области его использования в виде металла и сплавов непрерывно возрастают.
Применение титана и сплавов на его основе. Промышленное освоение производства ковкого титана позволило использовать его как конструкционный материал в различных областях машиностроения. Преимуществом титана как конструкционного материала является высокая устойчивость против коррозии и сравнительно высокая механическая прочность при малом удельном весе.
Важным свойством титана является его жаропрочность. Он сохраняет высокие механические свойства вплоть до 540° С, а легированный титан до 650°, в то время как сплавы магния и алюминия проявляют ползучесть при температуре выше 315°. Свойства титана могут быть существенно улучшены легирующими добавками.
Исследовано влияние добавок различных металлов к титану с целью повышения его механических и антикоррозионных свойств. Добавки марганца (4—7%), хрома (2—5%) и алюминия (3—4%) повышают прочность титана. Хром, кроме того, сообщает сплавам титана устойчивость против окисления при высоких температурах. В качестве легирующих добавок предложены также ванадий, молибден, кремний, бор. Как легирующие элементы важную роль играют углерод и азот. Некоторые легирующие добавки одновременно с повышением механических свойств увеличивают электросопротивление титана. Так, титан, легированный хромом и алюминием, имеет удельное электросопротивление выше, чем электросопротивление нихрома.
Сплавы на основе титана («легированный титан») предложено применять как заменители специальных сталей и легких сплавов при изготовлении деталей самолетов и военноморских судов. За мена стали титановыми сплавами дает значительное уменьшение в весе самолета.
В самолетостроении возможно применение сплавов на основе титана для изготовления частей фюзеляжа, поршней, шатунов, клапанов и ряда деталей реактивных двигателей (дисков компрессоров, роторов и лопаток турбин и др.).
Ввиду устойчивости титана против действия морской воды исследуется возможность изготовления из него деталей судовых машин.
Возможно применение титана также и в общем машиностроении, а также для изготовления медицинского инструмента и в других областях.
Порошкообразный титан используется как поглотитель газов (геттер) в электровакуумной технике (в радиолампах, рентгеновских трубках и других приборах).
Применение титана в производстве сталей. Благодаря высокому сродству к кислороду и азоту титан применяют для раскисления стали и очистки стали от растворенного в ней азота (с азотом титан образует не растворимый в стали нитрид). Очистка стали от примесей кислорода и азота способствует образованию тонкой плотной структуры стали, обладающей повышенными механическими свойствами.
Титан связывает не только кислород и азот, но также и серу, образуя прочный сульфид. Этим устраняется образование в структуре стали межзерновых прослоек легкоплавкой эвтектики Fe—FeS, вызывающей красноломкость стали.
В обычные сорта стали для раскисления и деазотизации вводят 0,03—0,2% титана в виде ферротитана (сплав железа с титаном, содержащий 18—25% Ti).
Присадки титана вводят в состав марганцовистых, хромистых, хромомолибденовых и хромоникелевых сталей. Добавка титана в нержавеющую хромоникелевую сталь предохраняет сталь от межкристаллитной коррозии, вызываемой выделением (при сварке или отпуске стали) по границам зерен карбидов хрома. Титан связывает углерод в карбид и этим освобождает хром, который остается в твердом растворе с железом. Роль титана здесь аналогична роли ниобия.
Применение титана в сплавах цветных металлов. Добавки титана к меди, медным и алюминиевым сплавам улучшают их физико-механические свойства и сопротивление коррозии. Для раскисления меди применяют купротитан — сплав меди с титаном, содержащий 5—12% Ti.
Для повышения прочности алюминиевой бронзы (сплав меди с алюминием) в бронзу вводят от 0,5 до 1,55% Ti. Присадка добавляется в виде сплава алютита, содержащего 40% Al, 22—50% Ti; 40% Cu.
Применение карбида титана в твердых и жаростойких сплавах. Карбид титана TiC, обладающий высокой твердостью и температурой плавления, входит в состав титановольфрамовых инструментальных твердых сплавов. Сплавы содержат от 10 до 40% TiC, от 85 до 50% карбида вольфрама WC, остальное кобальт.
Сплавы этого типа являются наиболее эффективными сплавами для обработки сталей резанием и имеют большое народнохозяйственное значение.
Применяя твердые сплавы, передовики производства П. Быков, Г. Борткевич достигли скоростей обработки стали 1000— 1500 м/мин, что примерно в 50 раз превышает скорости резания инструментами из быстрорежущей стали.
Карбид титана входит также в состав окалиностойких и жаропрочных сплавов, применяемых для изготовления деталей газовых турбин в реактивных двигателях.
Применение химических соединений титана. Двуокись титана. Наиболее важным является применение двуокиси титана для изготовления белого пигмента — титановых белил. Белила обладают хорошей кроющей способностью и неядовиты, что выгодно отличает их от свинцовых белил. Двуокись титана применяют для окраски частей машин, кораблей, вводят в состав резины для окраски ее в белый цвет, применяют для матирования шелка, вводят в состав бумажный массы для придания бумаге непрозрачности, применяют в производстве глазурей и эмалей.
Высокая диэлектрическая постоянная различных кристаллических форм двуокиси титана (анатаза — 78, рутила — 173—180), а также титаната бария обусловила применение этих соединений для изготовления твердых диэлектриков для конденсаторов радиоаппаратуры, высокочастотных печей.
Природная двуокись титана (рутил) или техническая двуокись уводятся в состав обмазки электродов для электросварки.
Четыреххлористый титан. Хлорид титана применяется в военном деле для создания дымовых завес. Образование густого белого дыма обусловлено гидролизом TiCl4 в присутствии влаги. Для создания дымовой завесы струю жидкого хлорида выпускают в атмосферу.
В последнее время четыреххлористый титан находит важное применение как исходный продукт для производства металлического титана.
Мировое производство (без бывш. СССР) титановых рудных концентратов (ильменитовых) в 1951 г. составило около 1183 тыс. т. Большую часть добываемого сырья до последнего времени использовали для производства титановых белил. Значительно меньшая часть добываемого сырья использовалась для производства ферротитана, сплавов с цветными металлами и металлического титана.
Однако в последние годы производство металлического титана и его сплавов неуклонно возрастает.