Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Титан — современный и самый молодой металл, только еще вступающий в сферу промышленного производства.
По запасам в земной коре титан занимает девятое место среди других металлов. Титановые руды имеются в России, США, Канаде, Австралии, Индии, Латинской Америке; успешно идет открытие и изучение титановых месторождений. Он был открыт в последние годы XVlIl века в сравнительно чистом виде, получен в конце XlX в. и лишь к 1925 г. было выплавлено небольшое количество титана, свободного от неметаллических примесей.
Опубликование В. Кроллем в 1940 г. метода восстановления тетрахлорида титана расплавленным магнием ознаменовало начало промышленного производства титана.
Десять лет тому назад мировое производство титана составляло 3 т в год, а в 1957 г. только в капиталистических странах было произведено более 20 тыс. т металла.
Быстрый рост производства титана обусловлен его высокими физико-химическими и механическими качествами. При легировании небольшими количествами других металлов титан получает прочность, равную прочности стали самых лучших марок, становится ковким и не подверженным усталости, как алюминий. Ho наиболее важное свойство титана — его малый вес (уд. вес титана 4,5). Деталь, изготовленная из титана, весит только немногим больше половины (60%) такой же детали из стали. Кроме этих свойств, титан обладает высоким сопротивлением коррозии; большим, чем у нержавеющей стали. Это предопределяет широкое применение его в химической промышленности. Титан устойчив к азотной кислоте, влажному хлору, органическим кислотам, сильным щелочам и морской воде. Установлено, что под действием морской воды даже через десятки лет растворится слой металла толщиной в сотые доли миллиметра.
Рост производства титановой губки в капиталистических странах приведен ниже, т:
Имеются сведения о производстве титана в Канаде, Франции и ФРГ, но данные о выпуске не опубликованы.
Быстрое развитие титановой промышленности США стимулировали военные заказы, принятие обязательств закупок металла, поощрительные субсидии, которые выделяло правительство на строительство заводов фирмам, производящим титан.
В 1957 г. США имели пять заводов, производящих титановую губку, общая мощность которых составляла примерно 40 тыс. т в год, и четыре завода мощностью более 30 тыс. т, подготовленные для выпуска титанового проката.
Общее потребление губчатого титана в США составило в 1956 г. 9,9 тыс. т, в 1957 г. 7,4 тыс. т, а в 1958 г. сократилось до 3,1 тыс. т.
Развивается титановая промышленность также в Англии и Японии.
Сначала применяли двуокись титана как исходный материал для получения титановых белил, обладающих весьма высокими техническими свойствами. Производство титановых белил в последние годы достигло больших размеров и составило в 1958 г. в США 440 тыс. т, в Англии 100 тыс. т, в ФРГ 100 тыс. т., в Японии 40 тыс. г и во Франции 30 тыс. т.
Двуокись титана также используется как наполнитель в производстве резины и пластических масс.
В дальнейшем стали применять металлический титан как конструкционный материал.
Однако металлический титан, как и многие другие металлы в чистом виде, не обладает достаточно высокими механическими свойствами, необходимыми для применения его как конструкционного материала.
Поэтому в промышленности применяются главным образом сплавы на основе титана.
Практическое распространение получили сплавы титана с алюминием, который обладает меньшим удельным весом, чем другие легирующие элементы, и сильнее других элементов повышает прочность сплава. С увеличением в сплаве содержания алюминия до 4% быстро растет предел прочности, но обычно содержание алюминия ограничивают 7%.
Применяются также титановые сплавы, легированные марганцем, хромом, железом, молибденом, ванадием, оловом. Сплав состава: титан +4% алюминия +3% молибдена +1% ванадия обладает высокими жаропрочными свойствами, способен выдержать высокие температуры и напряжения. Сплав титана с 5% алюминия и 2,5% олова отличается благоприятным сочетанием высокой прочности со сравнительно хорошей обрабатываемостью.
Наибольшее значение как конструктивный материал титан и сплавы на его основе приобрели в самолетостроении, так как применение их дает значительную экономию в весе конструкций самолета. Высокие прочностные характеристики титановых сплавов не снижаются и при нагревании до 400—450°, в то время как другие легкие сплавы (алюминиевые, магниевые) даже при 200—250° становятся непригодными как конструкционный материал.
Сопоставление физических и механических свойств сплавов алюминия, титана и нержавеющей стали приведено в табл. 4.
Температура корпуса современных самолетов, летающих со сверхзвуковой скоростью, достигает 300° и выше. Однако 80% употребляемого титана пока расходуется на изготовление отдельных частей реактивных двигателей и 20% — на изготовление фюзеляжей. Титан — весьма перспективный материал в самолетостроении и в некоторых других областях машиностроения.
Он может быть применен как материал для роторов, лопаток компрессоров, при этом за счет снижения массы можно повысить число их оборотов и снизить вес.
Из титана можно делать броню танков. Испытание такой брони показало, что она на 25% прочнее стальной того же веса или при равной прочности на 25% легче стальной. В артиллерии детали из титана позволят снизить вес орудий.
В судостроении титан, как материал исключительной коррозионной стойкости в морской воде, с большим экономическим эффектом может применяться для обшивки кораблей, изготовления гребных винтов и как материал для труб, конденсаторов и теплообменников. Коррозионная стойкость титана имеет важное значение и при производстве оборудования для химической промышленности. Титан успешно может быть применен также для покрытия деталей из стали и изделий из других металлов.
Важные объекты .применения титана — новые области техники: реактивная авиация, ракетная техника и атомная энергетика. В атомной промышленности из титана изготовляют некоторые детали ядерных реакторов.
Большое промышленное значение имеют карбиды и нитриды титана — металлоподобные вещества, характеризующиеся большой твердостью, тугоплавкостью и хорошей электропроводностью. Карбид титана входит как основная составляющая в твердые сплавы и в состав углей дуговых ламп. Нитриды титана используются для шлифовки драгоценных камней.
Титан и титановые сплавы употребляются в виде листов, полос, плит, лент, профилей, труб, штамповок, поковок и фасонных отливок. В настоящее время больше всего применяют листовой титан.
Стоимость титана во много раз превышает стоимость тех материалов, которые он призван заменить. Это сдерживает рост применения титана.
Высокая стоимость вызывается сложностью технологии, требующей сложных аппаратов, дефицитных реагентов и высоких энергетических затрат, а также малым масштабом производства и небольшим размером применяемых аппаратов.
Кроме того, отсутствие возврата некондиционной продукции, отходов и вторичных материалов ведет к снижению выходов годного и повышению затрат на полуфабрикаты из титана. Технические требования к качеству титана в авиационной промышленности очень высоки.
В большинстве стран из-за высоких цен титан применяется только для специальных целей, что сдерживает рост его производства.
Непрерывно возрастающие размеры производства титана, строительство крупных заводов и внедрение многих технических усовершенствований в технике производства создадут условия снижения его стоимости.
Только с 1954 г. в США цены на губчатый титан многократно пересматривались и снизились с 11—12 долларов за килограмм до 4 долларов.