Особенности обработки титана
Один из наиболее распространенных материалов, который используют в машиностроении, и не только, является титан. По классификации материалов по ISO он соответствует группе S. Это труднообрабатываемый материал. Его свойства усложняют процесс резания даже в сравнении с обработкой таких материалов, как чугун и нержавеющая сталь. Однако с использованием инструмента/оснастки, оптимизированных для обработки титана, существует возможность обратить специфические свойства данного материала в преимущество.
Многие из тех свойств, которые делают титан привлекательным материалом, оказывают влияние на его обрабатываемость.
- высокое отношение прочности к весу, причем его плотность составляет, как правило, всего 60 процентов плотности стали
-
имеет более низкий модуль упругости и более податлив, чем сталь
-
обладает более высокой стойкостью к коррозии, чем нержавеющая сталь,
- низкая теплопроводность.
Такие качества титана и титановых сплавов широко востребованы и нашли свое применение в различных отраслях промышленности – судостроении, авиастроении, аэрокосмической, химической, газовой, нефтяной, пищевой, медицинской промышленности и многих других сферах. Из технически чистого титана, так и из титановых сплавов получают ответственные детали машин и приборов.
Титановые сплавы делятся на три класса в зависимости от структуры и состава легирующих элементов. Содержание легирующих элементов отражается в обозначении сплава.
-
Альфа-сплавы – легируются Al, O и/или N, которые преимущественно являются α-стабилизаторами.
-
Бета-сплавы – легируются Mb, Fe, V, Cr и/или Mn, которые являются β-стабилизаторами.
- Сплавы α+β – сплавы, имеющие двухфазную структуру. Большинство сплавов, которые применяются в настоящее время, являются сплавами α+β.
Легирующие элементы оказывают прямое влияние на физические и химические свойства сплавов, а также температурные характеристики и обрабатываемость. Технический титан хорошо обрабатывается давлением, из него изготавливают листы, поковки, трубы, проволоку и т.д. Он хорошо сваривается аргонодуговой сваркой и другими видами контактной сварки. Но что касается обработки резанием, то титан показывает плохие характеристики, одним словом — он плохо подвергается резанию. Титан налипает на режущей кромке инструмента, что приводит к быстрому его износу.
Из-за особенностей материала, в обработку титана нужно производить специально предназначенным для этого инструментом. Многие производители инструмента в своей линейке имеют специальные решения для работы с титаном. Сам инструмент в ходе рабочего процесса подвергается изнашиванию: абразивному, адгезийному и диффузному. При диффузном изнашивании происходит взаимное растворение материала режущего инструмента и титановой заготовки. Особо активно эти процессы протекают при температуре 900 — 1200 °С. Основными же механизмами износа при обработке титана являются лункообразование и пластическая деформация. Под влиянием главного угла в плане характер износа не меняется, меняется только степень износа. Интенсивность износа и эффективность процесса резания в целом очень сильно зависят от количества выделяемого тепла. Контролировать температуру в зоне резания можно за счет изменения скорости, толщины стружки и глубины резания. Таким образом, повлиять на износ инструмента можно, изменив форму пластины или угол в плане.
Если инструмент и режимы резания выбраны правильно, а также при хорошей жесткости станка и надежности закрепления заготовки, процесс обработки титана будет высокоэффективным. Многих проблем, которые традиционно возникают при обработке титана, можно избежать.
Основные рекомендации при работе с титаном будут:
- Выбирайте пластины с шлифованными режущими кромками, это повышает стойкость инструмента и снижают силы резания
- При обработке учитывайте также, что металл очень вязкий и когда производится его токарная обработка с использованием токарного станка, сильно нагревается, что приводит к налипанию титановых отходов на режущий инструмент
- Титан обладает низкой теплопроводностью, что требует для резания специально подобранный режущий инструмент
- Обработка заготовок из титана ведется с обязательной подачей специальной эмульсии, охлаждающей инструмент под давлением, для обеспечения нормального температурного режима.
- При использовании более глубокого реза необходимо снижать скорость обработки титана, меняя режимы работы
- При фрезеровании титана сохраняйте небольшую площадь контакта. Одна из особенностей данного металла – плохая теплопроводность. Во время работы с данным металлом основной процент тепла передается на рабочий инструмент
- Используйте фрезы с большим количеством зубьев. Это позволит устранить необходимость снижения подачи на зуб, и увеличит производительность
При создании статьи использованы материалы производителей твердосплавных инструментов Sandvik, ISCAR и Kennametal.
Продукция VE TITAN технические видеоэндоскопы из Германии. Полный перечень технических эндоскопов VE TITAN. Управляемые и неуправляемые, гибкие и жесткие видеоэндоскопы VE TITAN универсальные приборы для дистанционного визуального контроля в промышленности.
Представляем уникальные гибкие и жесткие видеоскопы VE TITAN (TITAN TECHNOLOGIES GMBH, Германия), которые сочетают в себе портативность и высокие эксплуатационные характеристики, модульность и надежность, простоту и функциональность, исключительную долговечность. Конструкция VE TITAN обеспечивает всей системе повышенную надежность — у прибора ударопрочный корпус и металлическая защитная оплетка зонда. Повышение прочности и износостойкости механических узлов позволило создать исключительно надежный и долговечный видеоскоп.
Корпус видеоэндоскопов TITAN изготовленs из легкого и прочного ABS композита. ABS композиты широко применяются в качестве материала шасси современных промышленных электронных приборов, обеспечивая легкость и прочность. Углы корпуса системного блока надежно защищены от ударов резиновыми амортизаторами. Видеоскопы VE TITAN выдержали тесты на многократное падение с высоты 1,2 м. Для уменьшения ударных нагрузок углы корпуса защищены резиновыми амортизаторами.
Самым важным компонентом любого промышленного эндоскопа является его рабочая часть (зонд). Она обеспечивает удобный доступ в зону осмотра, который часто проводится через отверстия с острыми кромками и абразивными поверхностями. Рабочая часть видеоскопов VE TITAN является разработкой TITAN TECNOLOGIES GMBH, выполнена из титана и имеет повышенную защищенность от смятия и среза, втрое более износостойкую, чем ранее выпускавшиеся модели.
Уникальная внутренняя конструкция зондов VE TITAN обеспечивает необходимую гибкость для обеспечения максимальной маневренности и устойчивости перемещения зонда. Внутри рабочей части проходят только электрические проводники, механические тяги, волоконная оптика или светодиодная подсветка. Высокая плотность наружной оплетки из титана для максимальной износостойкости и прочности. Конструкция изгибающейся части позволяет проходить изгибы с минимальным радиусом, в том числе и с зондами диаметром 2 мм. Портативность и надежность видеоскопов VE TITAN позволяет использовать эти приборы для решения новых задач,
ранее не считавшихся «традиционными» сферами применения эндоскопии.
Питание к системе VE TITAN подается от установленной внутри сменной литиевой батареи, обеспечивающей более двух часов работы. Компактные размеры системы VE TITAN делают мобильную работу реальностью. Зонды системы VE TITAN обладают повышенной термостойкостью для использования в условиях высоких температур, это означает, что контроль может проводиться быстрее, сокращается время на остывание осматриваемого изделия. Чтобы предотвратить попадание внутрь прибора пыли и инородных тел, все механические соединения сделаны герметичными, а входные/выходные разъемы закрыты крышками.
Видеоэндоскопы VE TITAN прошли все необходимые тесты:
- Испытание на виброустойчивость
- Испытание под воздействием дождя с ветром
- Испытание на влагостойкость
- Испытание в солевом тумане
- Испытание на падение с высоты 1,2 м
- Испытание на пылестойкость
В дополнение к высокой надежности прибора и его защищенности от воздействий окружающей среды, новый ЖК монитор обеспечивает качественный просмотр изображений даже при ярком солнечном свете, вне помещений.
С появлением нового ультратонкого видеоскопа с наружным диаметром 2.0 мм, значительно расширились возможности осмотра труднодоступных мест машин и механизмов. Например, существенно облегчен осмотр проточной части газотурбинных двигателей небольшого размера.
Наблюдение контрастных изображений даже при прямом солнечном свете стало возможным благодаря новому цветному ЖК монитору повышенной яркости с диагональю 4.3″. Размер диагонали монитора в 4.3 дюйма — минимально рекомендуемый размер для точного и достоверного наблюдения мелких деталей. Цветопередача и контраст изображений сохраняются и при ярком солнечном свете, гарантируя качество и достоверность контроля.
Для соответствия высоким требованиям по качеству воспроизведения изображения и цвета, видеоэндоскопы VE TITAN оснащены новейшей оптической системой, системой цифрового подавления шумов и обработки изображения.
Эта уникальная технология компании TITAN TECHNOLOGIES позволяет получать яркие, сбалансированные по контрастности изображения, воспроизводящие мельчайшие детали поверхности в пределах всей глубины резкости объектива.
Благодаря широкому выбору сменных зондов, включая модели с длиной зонда до 6 метров, видеоэндоскопы VE TITAN позволяют проводить почти любой вид осмотра.
Линейка VE TITAN включает ряд взаимозаменяемых зондов, которые дают пользователю возможность выбора зонда подходящего диаметра и длины, необходимого для проведения определенного осмотра, в том числe доступны зонды с двойным направлением обзора (две камеры, два источника света). Благодаря возможности замены зондов, единая система VE TITAN может быть использована для широкого спектра задач практически на любых объектах.
Зонды для VE TITAN с диаметрами 2.0, 2.8, 4.0, 5.5, 6.0, 8.5 мм выпускаются с различными длинами в зависимости от диаметра.
Основные области применения технических эндоскопов VE TITAN:
- Авиакосмическая промышленность
- Контроль качества
- Автомобилестроение
- Нефтегазовая промышленность
- Производство металлов, трубная промышленность
- Научные исследования
- Горное дело / Геология
- Электронные компоненты, производство приборов и систем
- Химическая промышленность
- Железная дорога
- Производство стекла и керамики
- Энергетика
- Окружающая среда
- Безопасность
- Производство пластмасс
- Специальная продукция
Титан: сотрудничество против санкций
Фото: Редкие землиИстория успеха российской титановой промышленности и ее флагмана — корпорации «ВСМПО-АВИСМА» — на мировом рынке во многом стала возможной благодаря грамотной политике сотрудничества с крупнейшими западными компаниями — потребителями титана. Как не потерять завоеванные позиции в сложной политической обстановке, складывающейся в мире? Беседуем с людьми, знающими проблему изнутри.
Андрей Валентинович Александров
— с 2001 года бессменный руководитель Межгосударственной Ассоциации Титан, сыгравшей важную роль в координации работы предприятий и институтов титановой отрасли СНГ, особенно в период глубокого спада производства и потребления титановой продукции в 1990-х годах в условиях перестройки и экономических реформ после распада СССР.При активном участии специалистов предприятий и организаций, входящих в ассоциацию, были разработаны программы развития сырьевой базы титановой отрасли, технического совершенствования и реконструкции производств основных производителей титана, расширения областей применения титана, а также снижения затрат на его производство. Ассоциация Титан проводит ежегодную конференцию «Титан в СНГ», а также принимает участие в Организационном комитете проводимой раз в четыре года Международной титановой конференции.
На международном рынке титана
РЗ: Андрей Валентинович, расскажите, пожалуйста, о современных тенденциях на рынке титана. Сказалось ли на нем действие санкций?
Андрей Александров:
Международный обмен по титану имеет большую историю. До сегодняшнего дня все страны активно шли на тесное сотрудничество в области развития производства титана. Правда, последнее время наблюдается снижение активности в области научно-технического обмена по титановой тематике. Возможно, это связано с какими-то коммерческими интересами, со спецификой современного титанового рынка, с тем, что производственные мощности заметно превышают потребности рынка. При этом рынок титана, особенно авиационного титана, — достаточно дорогой и престижный, и туда очень трудно попасть. Это своего рода клубный рынок. Титан — не биржевой материал. Это рынок продавца и покупателя. На нем, как правило, действуют прямые контракты и очень сложные процессы одобрения поставщиков.При этом существует достаточно большой рынок технически чистого титана, который как раз в большей степени подвержен колебаниям спроса и предложения. И по этой причине избыточные мощности в основном оказывают давление на этот рынок титана общетехнического применения. И там действует конкуренция цен, конкуренция с нержавеющими сталями за сферы применения. На этом рынке титановой продукции рядового технического назначения очень большая конкуренция между производителями. И там очень важна низкая цена.
В связи с этим возникло некое ценовое раздвоение рынка, где наблюдаются достаточно высокий уровень цен на сплавы для авиации и достаточно низкие цены на технически чистый титан для индустриальных сфер. Это особенно четко проявилось в течение последних, может быть, семи лет. Но причинами сложившейся картины являются скорее рыночные механизмы, а не санкционная политика.
РЗ: А производят ту и другую продукцию одни и те же предприятия?Технически чистый титан могут производить практически все с разной степенью успеха. Но для производителей ответственной продукции это не является приоритетным рынком. Тем не менее, все ее могут производить, обладают этими технологиями. А продукцию ответственного значения производят далеко не все предприятия. Но все стремятся попасть на этот рынок более сложных материалов.
Титановая ассоциация
РЗ: Открытый международный обмен в титановой отрасли между странами существовал изначально?
Да, так было с самого начала. Титановая металлургия очень молодая. Когда в начале 1950-х годов стало зарождаться титановое производство, очень быстро поняли, что титан необходим для авиации, и он сделает революцию в авиастроении. В общем, так и получилось со временем. Для всех индустриально развитых стран это было критически важно. И в 1960-е годы Советский Союз тоже очень активно начал участвовать в процессах научно-технического обмена, направленных на развитие технологий и применения титана. Только наиболее технически развитые страны могли позволить себе развивать производство широкой номенклатуры продукции из титана и испытывали в этом острую необходимость для создания передовых образцов техники. Без международного обмена опытом процессы развития отрасли были бы не столь динамичными, трудно было бы избегать ошибок. В результате были организованы всемирные конференции по титану, которые очень способствовали техническому обмену, развитию исследований в области титана, поиску правильных направлений развития.В 1968 году состоялся Первый всемирный конгресс по титану, первая всемирная конференция. И в ней уже участвовали и Советский Союз, и западные страны. Система существует до сих пор. Раз в четыре года проходят всемирные научные конференции по титану. Это очень представительные форумы — более тысячи участников из всех стран. В составе международного организационного комитета по проведению этих конференций — семь членов: США, Великобритания, Франция, Германия, СНГ, Китай и Япония. В свое время был Советский Союз, который представляла Академия наук СССР. А когда Советский Союз прекратил свое существование, право голоса и участия в этом международном комитете было передано не какой-то одной из стран бывшего СССР, а нашей Межгосударственной Ассоциации, представляющей все страны СНГ. Очередная Всемирная конференция по титану пройдет в 2019 году в Нанте (Франция).
Международный комитет по проведению конференции — организация очень консервативная, устоявшаяся. Никакие новые страны в него не принимают, хотя вот, к примеру, Австралия, крупнейший поставщик титанового сырья, давно добивается права участия в этом международном комитете.
Проблемы и перспективы
РЗ: Какие проблемы стоят перед отраслью в нашей стране? Какие перспективы? Куда движемся? Где, что тормозит?
В свое время в СССР была очень тесная кооперация между предприятиями из разных республик. Добычей рудного сырья занималась Украина, производством губчатого титана — Украина, Россия, Казахстан, производством слитков — Россия, производством проката — Россия и Украина, производством лигатур для титановых сплавов — Россия, Украина, Таджикистан, научными исследованиями, связанными с титаном, занимались Россия, Украина, Белоруссия. После распада Советского Союза чрезвычайно важно было сохранить этот уровень кооперации, сохранить хозяйственные связи. Для этого много было сделано, в том числе усилиями нашей ассоциации. И даже сейчас, несмотря на достаточно сложные политические отношения с Украиной, мы находим общий язык в важных аспектах сотрудничества. Да и украинские горно-обогатительные комбинаты технически очень сильно завязаны на традиционных российских потребителей. Им очень сложно выходить на западные рынки. Продолжение сотрудничества жизненно важно для этих украинских предприятий, для этих городов. Поэтому, так или иначе, все очень заинтересованы в сохранении торговых связей.РЗ: Но определенные риски все равно есть?Риски, безусловно, есть. Наш основной потребитель титанового сырья, ильменитового концентрата — сырья для производства титана — корпорация ВСМПО-АВИСМА, а точнее ее филиал — титано-магниевый комбинат АВИСМА в городе Березники Пермского края. Они разрабатывают и других поставщиков. Существует достаточно большое количество вариантов поставок. Они рассматривают новых, делают апробацию сырья и работают с ними.
Российские источники титанового сырья
РЗ: Это исключительно зарубежные поставщики? Ведь Россия обладает значительными запасами титанового сырья.
В России есть несколько месторождений, на которых реально добывают титановое сырье, производят ильменитовый концентрат. Но либо ценовые условия не очень подходящие, поскольку это является не основным продуктом, либо они расположены довольно далеко, на Дальнем Востоке, и стоимость доставки играет очень большую роль. В ВСМПО-АВИСМА думали по поводу разработки Центрального месторождения в Тамбовской области. Но это, конечно, требует больших капитальных затрат. И им надо решиться, выделить средства, построить конкретные планы и развивать это.РЗ: Похоже, без государственной программы здесь не обойтись?
Государственная программа разрабатывалась несколько раз. Еще в конце 1990-х была принята Федеральная целевая программа развития рудно-сырьевой базы металлургической промышленности РФ «Руда». На нее даже выделялось финансирование, выполнялись работы несколькими институтами, Гиредметом, в частности, РИТМ — Российский институт титана и магния в Березниках. Изучался ильменит различных месторождений с точки зрения его технологического использования.На самом крупном нашем — Ярегском месторождении технологически очень сложное сырье — псевдолейкоксен, в котором нет железа, а есть кремний. Была идея смешивать ярегские пески с титаномагнетитом, в котором, наоборот, железо превалирует, и подвергать рудотермической плавке. Главным продуктом такой плавки был ферросиликотитан — ферросплав, который мог быть использован в черной металлургии. А побочным продуктом шел титановый шлак с уже достаточно низким содержанием кремния. Дальше его можно было дополнительно очистить и использовать как титановый шлак для хлорирования. Работы проводились, но до промышленного освоения так и не дошло.
Сейчас иногда проводят совещания, мы тоже в них участвуем, по поводу выбора месторождения, которое получило бы государственную поддержку для освоения. Титановое сообщество очень заинтересовано в том, чтобы в России появилось такое достаточно хорошо разработанное месторождение, продуктивное, с хорошим ильменитом.
РЗ: Что нужно для развития российской минерально-сырьевой базы титана?Необходимо, чтобы какой-то частный инвестор этим заинтересовался. В частности, корпорации «ВСМПО-АВИСМА» нужен партнер для освоения Центрального месторождения. Там деньги очень большие. И его нужно комплексно осваивать, потому что помимо титана там есть другие рудные продукты. Нужно комплексное решение.
Успех российской титановой продукции на Западе
РЗ: Отечественная титановая продукция активно поставляется на Запад. У нас качество конкурентоспособное или цена?
Прежде всего, это благодаря усилиям ВСМПО-АВИСМА и лично Владислава Тетюхина. Без этого пробиться на западный рынок было бы невозможно. Но за ним стояла российская титановая школа, компетенции которой складывались в течение многих лет.В Советском Союзе с самого начала производства титана были заложены достаточно высокие планки по качеству всей цепочки продукции, начиная с губчатого титана. Вообще-то СССР с 1960-х годов производил лучший губчатый титан в мире, в 1970-е годы экспортировал губку в США. Причем достаточно приличные объемы. И эта губка была востребована. Технология вакуумной сепарации, которая применялась на советских титано-магниевых комбинатах, позволяла получать продукт очень высокого качества, в отличие от большинства производств в США, где губчатый титан очищали от остаточных хлоридов с помощью выщелачивания. Уже позже американцы с помощью японцев начали осваивать технологию вакуумной сепарации.
Еще один важный момент — то, что вся советская культура производства была ориентирована на авиационную промышленность, и это Россия унаследовала. ВСМПО — предприятие, которое в основном специализировалось на сплавах, на сложных сплавах с гарантированным качеством, на освоении процессов плавки, деформации и всех видах обработки, которые позволяли делать очень высокое качество титановой продукции для самого ответственного применения.
И когда в 1990-е годы приезжали западные делегации, все они чрезвычайно высоко оценивали технический уровень производства. Оставалось стратегически найти контакты, договориться, вписаться в эти рынки и получить квоты от крупных компаний. Здесь, безусловно, уже заслуга той команды Тетюхина, которая сумела эти рынки освоить.Продолжает рассказ один из представителей этой самой «команды Тетюхина» — Александр Иванович Гришечкин, который был в те годы заместителем генерального директора ВСМПО и часто оставался на предприятии «за главного», пока Владислав Валентинович Тетюхин добывал на Западе контракты на поставку.
Гришечкин Александр Иванович — Заместитель генерального директора Верхнесалдинского металлургического производственного объединения (ВСМПО) с 1995 по 2004.
Управляющий директор АО «Ступинская металлургическая компания» с 2011 по 2017
Александр Гришечкин: Хорошая база была заложена на ВСМПО еще в 70–80-х годах прошлого века, когда развивалась технология выплавки слитка и самое главное — технология переработки в прокат. Все это по большей части делалось под авиационную технику. Поэтому изначально были заложены хорошие традиции, высокие стандарты качества. В 1989 году ВСМПО выплавило, если мне память не изменяет, 110 тысяч тонн слитков. Это больше всего остального мира вместе взятого. Потом в начале 1990-х годов резко упали объемы выпуска титана — даже не в разы, а на порядки. И деваться было некуда. И вот, основываясь на тех традициях, на том производстве, генеральным директором и командой было принято решение попытаться выйти на мировой рынок. Хотя и до этого поставляли технически чистый титан за рубеж. Но здесь уже речь пошла о том, чтобы выйти с продуктами авиационного назначения. Для того чтобы это сделать, пришлось, прежде всего, сертифицировать производство, сертифицировать процессы по западным стандартам.
Сертификация в то время было делом совершенно непонятным. ВСМПО было вообще первопроходцем, первой компанией, которая сертифицировалась. И здесь надо отдать должное Строшкову Анатолию Никифоровичу, который стоял во главе службы качества. Его системность, упорство, въедливость позволили достаточно быстро этот процесс настроить, отстаивать наши интересы и очень достойно разговаривать с зарубежными коллегами. Процесс сертификации шел поэтапно. Сначала получили сертификаты на слитки, которые поставлялись под ковку субпоставщикам Boeing. Потом начали переходить на следующие этапы — на штамповки.
Тенденции роста
Александр Гришечкин: Сначала поставляли слитки таким компаниям, как Wyman-Gordon (США), Böhler (Австрия). Туда даже выезжали наши специалисты, чтобы научить их ковать наши слитки, рассказывали, как работать с нашим металлом. Потом начали поставлять слитки с регламентированной структурой и гарантированным уровнем механических свойств. И одновременно шла подготовка к производству плит. Начали с толстых плит, потом — тонкие плиты для самолетостроения, прежде всего для Boeing. Освоили метод пакетной прокатки. Сама идея была взята у американцев. А в 1997 году была освоена первая штамповка на прессе 30 тысяч тонн. Параллельно совершенствовали системы проектирования штамповок. Постепенно происходила модернизация, прежде всего пресса 75 тысяч тонн. Для того чтобы делать крупногабаритные штамповки. Собственно говоря, Boeing и Airbus заинтересовались именно возможностью изготовления крупногабаритных штамповок. И когда это все осваивалось, то было понимание того, что ВСМПО является единственным предприятием в мире, кто это может делать. И даже когда создавался А-380, самолет, который первым проектировался сразу в 3D, Airbus привлекал специалистов ВСМПО, чтобы те сказали, может ли ВСМПО сделать подобную деталь целиком или ее надо расчленить. Поставляли прутки компаниям Rolls-Royce, General Electric. Закупили оборудование для контроля этих прутков. К 1998 году начались работы по самой сложной продукции, которая считается в титановом производстве, — по дискам. И к 1998 году, когда произошел кризис мировой экономики, предприятие уверенно шло вверх по нарастающей. Потом был обвал, но с 1999 года начали восстанавливаться, и с 2002–2003 опять обозначилась тенденция роста.
С 2000 года ВСМПО начало сертифицировать производство, процессы по особым требованиям — это и неразрушающий контроль (ультразвук), и термообработка, и лабораторные испытания. Новые требования заставляли совершенствовать технологические процессы — технологию выплавки и технологию переработки слитков.
Тогда же мы начали обсуждать вопрос создания нового направления по механической обработке штамповок и вовлечению в повторное производство получаемых при этом отходов. Намного выгоднее, вместо того чтобы поставлять три тонны штамповок, поставлять то же количество уже обработанных изделий весом две тонны, а тонну стружки пускать в переработку. Жизнь сама нас подтолкнула к этому решению. Во-первых, цена на губку была достаточно высокая. И во-вторых, ее недоставало при росте объемов, несмотря на то, что в 1998 году ВСМПО купило АВИСМу.
В условиях новой политической реальности
РЗ: В нынешней политической ситуации существует ли какое-то противодействие со стороны западных компаний?
Андрей Александров: Со стороны Запада противодействия в явной форме нет. Санкции никак впрямую не касаются этого бизнеса. То есть на Западе никто не вводил санкции в отношении ВСМПО-АВИСМА или каких-то сопутствующих производств. Скорее, с нашей стороны, от российских законодателей, звучат необдуманные предложения отказаться от поставок американским и европейским компаниям российского титана, без которого они не могут обойтись. Это глубоко ошибочные и крайне опасные предложения. Дело в том, что замену поставкам ВСМПО найти непросто, но в течение нескольких лет это будет сделано. Никаких проблем или большого ущерба зарубежным компаниям это не принесет. А ущерб для ВСМПО будет колоссальный. Огромных трудов стоило приобретение этих связей и контактов. Разрушение экономических связей негативно скажется не только на самом предприятии. Речь идет о потере для страны больших объемов валютных поступлений. Кроме того, это поставки на экспорт высокотехнологичных продуктов, причем на регулярной основе в течение очень длительного периода и на хорошую перспективу. Поэтому, мне кажется, за эти вещи надо держаться.
Александр Гришечкин: И здесь нет никаких проблем с точки зрения безопасности, потому что практически вся номенклатура, которая осваивалась на ВСМПО для западных заказчиков, это продукция гражданского назначения. ВСМПО не поставляет титан для военной авиации США или Европы.
Андрей Александров: И вся номенклатура осваивалась совместно специалистами того же Boeing и ВСМПО. Даже есть совместные патенты на сплавы. Все происходило на взаимовыгодной основе. Западные партнеры ощущали явную техническую помощь со стороны ВСМПО, и они очень ценят это сотрудничество.
Александр Гришечкин: Потому что найти замену ВСМПО все-таки не так просто. На ВСМПО можно получить продукцию пакетом — и огромные штамповки, и тонкие листы, и плиты, и прутки любого диаметра от 7–8 до 100 миллиметров, и биллеты, и слитки. В том числе самую эксклюзивную продукцию — диски и лопатки для авиационных двигателей. Я думаю, что на сегодняшний день в мире нет такого предприятия с такими возможностями по номенклатуре. Это первое. А второе — наличие в Верхней Салде уникального пресса усилием 75 тысяч тонн. Таких прессов в мире всего два — в Верхней Салде и в Самаре. Но в Самаре он специализируется на алюминии.
Андрей Александров: Интересно то, что в случае поставок для Boeing и Airbus сами эти компании являются нашими союзниками, а американские компании — крупнейшие производители титана — серьезнейшими конкурентами. Они неоднократно выходили в свои правительства, в конгресс с предложениями ввести санкции, ограничить поставки и так далее. Но благодаря позиции Boeing, который видит свое преимущество и понимает, что разрушить отношения легко, а выстроить трудно, мы продолжаем сотрудничество. И это в данном случае очень ценно, и нужно ценить такую поддержку. У нас с Boeing совместное предприятие, совместные инвестиции. Весьма уважительно ведет себя и Airbus. Когда они решили дифференцировать поставки и начали работать с Усть-Каменогорском, они заранее предупредили ВСМПО о некотором сокращении квот из-за того, что присоединился еще один поставщик.
О конкуренции
Александр Гришечкин: На Усть-Каменогорском титано-магниевом комбинате выплавляют слитки из титановых сплавов, везут во Францию на Aubert & Duval, откуда уже поставляют для Airbus. У компании Aubert & Duval есть пресс 65 тысяч тонн, который в свое время им поставил Советский Союз, после того как были сделаны две большие машины по 75 тысяч тонн в Верхнюю Салду и в Куйбышев. Да, у этого пресса возможности поменьше. Но если резкие заявления продолжат звучать с самых высоких трибун, это отпугнет покупателей, и они могут переметнуться к тому же Aubert & Duval, и тогда это очень больно ударит по отечественной титановой промышленности. Тем более, что у всех авиапроизводителей — и Boeing, и Airbus, и Bombardier, и Embraer — просматривается тенденция сокращения производства больших машин. Проект А-380, может быть, вообще закроется. При этом несколько больших прессов появилось в Китае.
Будущее — за аддитивными технологиями
РЗ: Какие существуют новые направления развития титановой отрасли?
Андрей Александров: Из новых направлений применения титана сейчас очень активно развивается сфера аддитивных технологий, где используются титановые сферические порошки. В этой связи создаются новые образцы оборудования для производства этих сферических гранул. У российских компаний в этой области — очень хорошие успехи. Особенно стоит отметить ОАО «Электромеханика» и ООО «ЦЭЛТ» — Центр электронно-лучевых технологий. Эти две компании делают оборудование для производства порошков методом центробежного плазменного распыления, позволяющим получать гранулы чрезвычайно высокого качества.
Мы в данной области создали очень хорошую конкуренцию основным западным производителям оборудования для производства титановых порошков. Пока, к сожалению, мы не так активно конкурируем в области производства 3D-принтеров. Но кое-что тоже есть. Интересные образцы, интересные идеи. В Государственном научном центре ЦНИИТМАШ Росатома сделали очень хороший принтер. В Уральском федеральном университете в Екатеринбурге также разрабатывают 3D-принтер, в политехе в Петербурге. То есть работы в этой области ведутся. Я думаю, что в ближайшем будущем мы будем и здесь на хорошем мировом уровне.
РЗ: Дальше главный вопрос — востребованность деталей?
Андрей Александров: По этому поводу очень много споров было в последнее время, и в итоге число скептиков уменьшается. Существует тенденция, что даже такие консервативные организации, которые занимаются сертификацией продукции, идут на контакт, и крайне заинтересованы. ВИАМ, который всегда был против порошковой металлургии, теперь возглавляет движение за аддитивные технологии.
Никуда не денешься, это мировой тренд. Вы знаете, какая динамика по производству титановых порошков? В 2015 году объем мирового рынка составил около ста тонн. В 2016 году — 1000 тонн. По 2017 году пока статистики нет, но она будет превышать эту цифру, я думаю, в разы.
Александр Гришечкин: Я был на выставке в Ле-Бурже в 2017 году, так там был просто «аддитивный бум» — у всех основных производителей на стендах обязательно были детали (не порошки, а уже детали), полученные методом аддитивных технологий из титановых порошков. А на предыдущей выставке 2015 года редко кто предлагал только порошки из титана. Это показатель того, что направление развивается очень динамично. Просто у нас в стране потребители еще не «проснулись».
Текст и фото: Владислав Стрекопытов
Перспективы освоения титанового сырья в России
Титан относится к широко используемым в промышленном производстве элементам. Важнейшими видами титановой продукции являются пигментный диоксид титана (мировое производство около 3 млн.т TiO2 в год) и металлический титан (60-70 тыс.т Ti в год). Почти 90% диоксида титана используется в качестве наполнителя резины, бумаги, пластмасс, при матировании искусственного волокна, как усилитель силиконового каучука, в полупроводниковой керамике и т.д. Металлический титан и его сплавы, обладающие высокой коррозионной стойкостью и хорошим сочетанием механических и технологических свойств, применяются в самых различных отраслях промышленности: авиационной, космической, химической, металлургической, в машиностроении, судостроении.
Главными производителями пигментного диоксида титана являются США, Германия, Япония, Англия, Франция (около 70% мирового производства). Металлический титан производится в США, Японии, Великобритании, Казахстане, Украине и Китае.
В странах СНГ ведущее место по разведанным запасам титановых руд занимает РФ (58.5%) и Украина (40.2%). Однако в России в основном находятся неосвоенные месторождения, титановый концентрат из которых не производится. Главным же производителем титанового сырья (ильменита, рутила) в СНГ является Украина. В целом в СНГ известно большое число месторождений титана, которые относятся к различным промышленно-генетическим типам (табл. 1) По условиям образования они делятся на магматические, коры выветривания (остаточные), россыпи и метаморфизованные месторождения. В СНГ ведущую роль в получении титановых концентратов играют древние прибрежно-морские (ильменит, рутил, циркон и др.), а также аллювиальные и аллювиально-делювиальные россыпи ильменита и остаточные его месторождения, сосредоточенные в основном на Украине. Из большого числа титаносодержащих минералов главное промышленное значение имеют ильменит, рутил, лейкоксен, анатаз. Перспективны – перовскит, сфен и титаномагнетит.
В промышленных рудах содержится 0.5-35% TiO2, во вкрапленных рудах магматических месторождений обычно 7-10% TiO2. Россыпи часто характеризуются более низкими содержаниями титана. Однако относительно простое получение титановых концентратов из россыпей делают рентабельной их эксплуатацию. Добытый материал перерабатывается на обогатительных фабриках, где получают самостоятельные концентраты: ильменитовый, рутиловый, цирконовый, ставролитовый и др. Большинство из получаемых титановых концентратов содержат целую группу элементов-примесей (Sc, V, Ta, Nb, TR, Ga и др.), представляющих промышленную ценность. Особую ценность среди них представляет дорогостоящий скандий, который постоянно содержится в ильмените (до 0.02%) и рутиле (до 0.01%). В 1995 г. в США 1 г Sc2O3 (99.9%) стоил 63.2 долл., а 1 г металлического скандия (99.99%) – 125 долл. (по данным коммерческого каталога).
В настоящее время на территории СНГ титановые концентраты из руд коренных месторождений не получают. За рубежом главными производителями ильменитового концентрата из руд коренных месторождений являются Канада и Норвегия. Суммарно они дают около 30% ежегодной мировой титановой продукции.
На территории России все наиболее важные месторождения титана находятся в девяти металлогенических провинциях. Основными титанорудными провинциями России, в которых сосредоточено 81.6% ее запасов и 52.4% ресурсов титана являются: Тиманская (Ягерское и др. месторождения), Оклемо-Становая (Кручининское, Большой Сейим и др.), Уральская (Медведевское, Копанское и др.) (рис.1). Среди указанных провинций особняком стоит Тиманская, характеризующаяся уникальным генетическим типом титановых месторождений, представленных нефтеносными лейкоксеновыми песчаниками. Запасы руд значительные, превышающие на отдельных объектах десятки миллионов тонн. Содержание лейкоксена в них от десятков до нескольких сотен кг/м3 (Ярегское и др.). Содержание TiO2 в песчаниках в среднем 10.5%. Содержание лейкоксена в тяжелой фракции до 80-90%. В качестве важных примесей редких металлов присутствуют ниобий, тантал, цирконий. Получаемый после обогащения концентрат, содержащий 45-55% TiO2, 34-40% SiO2 и 5-35% нефти, после отделения нефти пригоден для производства пигментного диоксида титана.
Другим перспективным для России типом титановых месторождений является магматический (месторождения Коларского, Джугджурского, Баладекского анортозитовых массивов). Интерес может представить месторождение Большой Сейим (Амурская обл.), титаномагнетит-ильменитовые руды которого содержат 5-15% TiO2. Из них получен кондиционный ильменитовый концентрат (46% TiO2), магнетитовый (63% Feобщ., 0.7% V2O5), апатитовый (40% P2O5). Запасы TiO2 на месторождении 23 млн.т. Заслуживают внимания апатит-титаномагнетитовые руды Джугджурского анортозитового массива, где выделяются три главных рудных поля: Богидесское, Гаюмское и Маймаканское. Эти руды содержат: 10-90% апатита, 50-70% титаномагнетита, до 10% ильменита. Концентрация TiO2 в титаномагнетите составляет 5.4-15.5%. Выполнен комплекс технологических работ по получению ильменитового концентрата из руд Медведевского, Копанского и Маткальского месторождений (Урал), из которого принципиально возможно получение титанового шлака, пригодного для производства пигментного TiO2. Эти же месторождения обладают существенными запасами ванадия, получение которого также возможно.
Перспективны в РФ на титан древние морские россыпи, которые расположены на Русской плите (Лукояновское, Центральное), а также некоторые россыпи Сибири (Туганское, Тулунское месторождения). В целом по России возможно заметное расширение минерально-сырьевой базы титана за счет значительных прогнозных его ресурсов, которые превосходят запасы по категориям А+В+С1+С2 примерно в два раза (рис.1).
В качестве существенного потенциального сырья для титана выделяются довольно многочисленные месторождения титаномагнетита (табл. 2). Они приурочены к целому ряду магматических мафит-ультрамафитовых формаций. Встречаются указанные месторождения в европейской части РФ, на Урале, в Сибири. Среднее содержание TiO2 в титаномагнетитовом концентрате некоторых месторождений может достигать 15-20% (Пудожгорское и др.) Кроме того, титаномагнетитовые руды отдельных месторождений уже сейчас являются главным источником получения ванадия в России (Гусевогорское, Первоуральское месторождения). В перспективе из них возможно получение титана, скандия, марганца, галлия. Запасы титаномагнетитовых руд некоторых месторождений могут достигать нескольких миллиардов тонн. Их доля в запасах железа СНГ на 1990 г. составляла 7.7%, а добыча 8.3%. При плавке содержащейся в титаномагнетите титан переходит в шлак, откуда его извлечение возможно. Повышение комплексности использования титаномагнетита для РФ существенно, и содержащийся в нем титан может играть далеко не последнюю роль. Даже относительно невысокие по титанистости титаномагнетиты Гусевогорского месторождения (в среднем 3.3% TiO2) дают доменные шлаки, которые содержат 9.4% TiO2.
Конверторный шлак, остающийся после передела ванадистого чугуна также характеризуется повышенной титанистостью. Возможно, что в будущем окажется целесообразным получение из конверторного шлака не только V2O5, но и диоксида титана, глинозема и марганца.
Перспективно производство титана, а также Al, TR, Nb из шлаков, которые образуются в результате плавки концентратов, полученных из перовскит-титаномагнетитовых руд (месторождение Африканда и др. Кольского п-ва). В этих шлаках содержится, % масс: 39.9-42.2 TiO2; 5.8-6.6 Al2O3; 1.6-2.1 TR2O3; 0.4 Nb2O5. Значительные масштабы перовскит-титаномагнетитовых руд позволяют рассчитывать на широкие возможности их комплексного использования.
Важным направлением в развитии производства титанового сырья является получение искусственного рутила из природных ильменитовых концентратов и титановых шлаков (рис. 2). В настоящее время в мире производится ~830 тыс.т синтетического рутила, богатого по содержанию TiO2 продукта, пригодного для производства пигментного диоксида титана хлорным методом.
Ценность титанового сырья в значительной степени (~50%) еще определяется присутствующими в нем редкими металлами. При хлорном методе переработки титановых концентратов редкие металлы накапливаются в хлоридных возгонах в таких количествах, существующими технологическими методами могут быть в качестве товарной продукции получены трехокись скандия, хромовый концентрат, железооксидные пигменты, соли марганца, коагулянты для очистки сточных вод и др. (рис. 3).
Таким образом, ресурсы титанового сырья в России значительные и в состоянии обеспечить потребности в титане на многие десятилетия. Однако в результате распада СССР Россия осталась как без освоенных месторождений, так и без ведущих перерабатывающих предприятий. Действующий Березниковский титано-магниевый комбинат в настоящее время не в состоянии обеспечить будущее развитие титановой промышленности РФ, потребности которой оцениваются в 300-675 тыс.т TiO2/год (Быховский, Зубков, 1996). Такие крупные месторождения, как Ярегское, Медведевское, Большой Сейим и др. не подготовлены к эксплуатации. При этом существуют значительные сложности и недоработки в технологии получения диоксида титана из их концентратов.
В этой связи развитие собственной титановой промышленности России (помимо наращивания запасов) должно определяться технологией комплексной переработки концентратов крупных титановых месторождений, расположенных в регионах с развитой инфраструктурой. Проблема комплексности решается в случае внедрения хлорной технологии, которая позволяет извлекать из сырья кроме титана, такие ценные металлы, как скандий, ванадий, хром, ниобий и др. и может быть практически безотходной и экологически чистой.
Журнал «Горная Промышленность» №4 1996, стр.23
Обработка титана, приемы обработки титана :: ТОЧМЕХ
Фрезерование титана требует определенных условий
По сравнению с большинством других металлов, механическая обработка титана предъявляет более высокие требования и накладывает больше ограничений. Титановые сплавы обладают свойствами, способными существенно влиять как на процесс резания, так и на режущий материал. Если инструмент и режимы резания выбраны правильно, а также при хорошей жесткости станка и надежности закрепления заготовки, процесс обработки титана будет высокоэффективным. Многих проблем, которые традиционно возникают при обработке титана, можно избежать. Нужно лишь преодолеть то влияние, которое свойства титана оказывают на процесс обработки.
Многие из тех свойств, которые делают титан таким привлекательным материалом для изготовления деталей, оказывают влияние на его обрабатываемость, а именно:
- высокое отношение прочности к весу, причем его плотность составляет, как правило, всего 60 процентов плотности стали,
- имеет более низкий модуль упругости и более податлив, чем сталь,
- обладает более высокой стойкостью к коррозии, чем нержавеющая сталь,
- низкая теплопроводность.
Эти свойства означают, что титан генерирует относительно высокие и концентрированные силы резания при обработке. Это вызывает вибрацию в процессе обработки, что ведет к быстрому износу режущей кромки. Кроме того, титан плохо проводит тепло. Поэтому обработка титана требует от материала инструмента высокой красностойкости.
Трудности обработки титана
Принято считать, что титан с трудом поддается эффективной механической обработке. Но это не типично для современных инструментов и методов обработки. Трудности отчасти возникают оттого, что механическая обработка титана — новая область, и в ней не накоплено достаточно опыта. Кроме того, проблемы нередко носят относительный характер — в сравнении с ожиданиями или иным опытом, особенно в тех случаях, когда этот опыт касается обработки таких материалов, как чугун или низколегированные стали, которые предъявляют более низкие требования и прощают больше ошибок. Титан также может представляться трудным в обработке по сравнению с некоторыми сортами нержавеющей стали.
Хотя обработку титана, как правило, приходится выполнять при других скоростях и подачах, а также с соблюдением ряда предосторожностей, по сравнению с иными материалами, он может быть довольно легким в обработке. Если жесткая деталь из титана надежно зажата на станке соответствующей мощности, в хорошем состоянии и оборудованном шпинделем с конусом ISO 50 с коротким вылетом инструмента, проблем не должно возникать — при условии, что правильно выбран режущий инструмент.
Но идеальные, стабильные условия не всегда присутствуют при фрезеровании. Кроме того, многие детали из титана имеют сложную форму с мелкими, узкими или большими и глубокими карманами, тонкими стенками и фасками. Для успешной обработки этих форм неизбежно требуется инструмент более длинного исполнения, что может вести к деформации инструмента. Потенциальные проблемы с вибрацией чаще возникают при обработке титана.
Боремся с вибрацией и теплом
Прочие факторы, присутствующие в менее чем идеальных условиях, включают в себя тот факт, что большинство станков оснащены шпинделями с конусом ISO 40. Из-за интенсивности эксплуатации этих станков они недолго остаются новыми. Кроме того, конструктивные особенности обрабатываемой детали нередко затрудняют ее эффективное крепление на станке. Проблему усугубляет и то, что обработка, как правило, включает в себя прорезание канавок, контурную обработку или обработку кромок, а эти операции способны — хотя и не должны — приводить к вибрации. Поэтому необходимо постоянно принимать меры для ее предотвращения, по возможности повышая жесткость закрепления детали. Одним из способов решения проблемы является многоступенчатое крепление заготовок, при котором заготовки располагаются ближе к шпинделю, что ослабляет вибрацию.
Поскольку титан сохраняет твердость и прочность при высоких температурах, на режущую кромку пластины воздействуют мощные силы и нагрузки. При этом в зоне резания вырабатывается значительное количество тепла, а это означает опасность деформационного упрочения детали. Поэтому ключевое значение для успешной обработки приобретает правильный выбор марки сплава и геометрии сменной пластины. Исторически, мелкозернистые марки твердых сплавов без покрытия отлично зарекомендовали себя при обработке титана, и сегодня пластины с покрытием PVD способны существенно повысить эффективность.
Необходимые условия для расчетов режимов резания
Точность радиального и торцевого биения инструментов также имеет большое значение. Например, если пластины неправильно установлены в корпусе фрезы, возможно быстрое повреждение всех режущих кромок. Низкие допуски при изготовлении корпусов фрез или державок, степень их изношенности, наличие дефектов или низкое качество державки или износ шпинделя станка сильнее влияют на стойкость инструмента при обработке титана. Из-за этих факторов наблюдалось снижение стойкости до 80 %.
Хотя в целом предпочтение отдается геометрии с положительным передним углом, инструмент с несколько более отрицательным передним углом способен вести обработку при существенно более высоких подачах, которые могут достигать 0,5 мм на зуб. В этом случае очень важна жесткость станка и надежность закрепления заготовки.
При фрезеровании глубоких карманов полезно использовать инструмент различной длины с помощью адаптеров вместо того, чтобы выполнять всю операцию одним инструментом большой длины.
Минимальная рекомендуемая подача при фрезеровании титана обычно составляет 0,1 мм на зуб. Частоту вращения шпинделя также можно уменьшить с тем, чтобы получить исходную скорость подачи. Неверно выбранная частота вращения шпинделя способна сократить стойкость на 95 % при минимальной подаче на зуб.
Как только стабильные условия обеспечены, частоту вращения шпинделя и подачу можно пропорционально увеличивать для достижения оптимальной эффективности. Еще одно решение — убрать несколько пластин из фрезы или выбрать фрезу с меньшим количеством пластин.
Другие статьи по сходной тематике
Чудо материал – Диоксид Титана
Что такое Диоксид титана и зачем он нам?
Диоксид титана (TiO2) представляет собой белое неорганическое соединение, которое используется в течение 100 лет в огромном количестве разнообразных продуктов. Он обладает нетоксичными, нереактивными и светящимися свойствами, которые безопасно повышают белизну и яркость многих материалов.
TiO2 высоко ценится за ультра-белый цвет, способность рассеивать свет и стойкость к ультрафиолетовому излучению. Он используется в сотнях продуктов, которые мы видим и используем каждый день, принося значительные выгоды нашей экономике и общему качеству жизни.
Как добывается диоксид титана?
То, как чистый диоксид титана извлекается из титансодержащих молекул, зависит от состава исходных минеральных руд или сырья. Для производства чистого TiO2 используются два метода: сульфатный и хлоридный.
Основным природным источником диоксида титана является добываемая ильменитовая руда, которая содержит 45-60% TiO2. Из этого, или обогащенного производного (известного как титановый шлак), чистый TiO2 может быть получен с использованием процесса сульфата или хлорида.
Для чего используется диоксид титана?
Его ультра-белый цвет, высокая преломляющая способность и стойкость к ультрафиолетовому излучению делают TiO2 чрезвычайно популярным как в промышленном, так и в потребительском секторах, и появляются в десятках продуктов, которые люди используют и наблюдают ежедневно.
Помимо красок, каталитических покрытий, пластмасс, бумаги, фармацевтических препаратов и солнцезащитных средств, применяется в упаковке, печатных красках, других косметические средствах, зубных пастах и продуктах питания (где они указаны в качестве пищевого красителя E171).
Краски, покрытия и пластмассы
Диоксид титана в настоящее время является одним из наиболее распространенных пигментов в мире и является основой для большинства красок. А так же в покрытиях и пластмассах. На эти виды использования диоксида титана приходится более 50 процентов его глобального использования
Его высокий показатель преломления означает, что в качестве пигмента он способен рассеивать видимый свет. Это приводит к непрозрачному цвету и создает яркое, отражающее качество при нанесении на поверхность или при включении в изделие.
Продукты питания
В пище TiO2 используется в качестве пигмента и называется E171. Во многих пищевых продуктах он действует как отбеливатель, а также как усилитель цвета и текстуры.
Косметика и уход за кожей
В средствах по уходу за кожей и косметике диоксид титана используется как в качестве пигмента, так и в качестве загустителя для кремов. В качестве солнцезащитного крема используется ультратонкий TiO2 из-за его прозрачности и способности поглощать ультрафиолет.
Каковы физические свойства диоксида титана?
Диоксид титана обладает рядом уникальных характеристик, которые делают его идеально подходящим для различных применений.
Он имеет чрезвычайно высокую температуру плавления 1843 ° С и температуру кипения 2972 ° С, поэтому встречается в природе в виде твердого вещества и даже в форме частиц не растворяется в воде. TiO2 также является изолятором.
В отличие от других белых материалов, которые могут выглядеть слегка желтыми на свету, из-за того, как TiO2 поглощает ультрафиолетовый свет, он не имеет такого внешнего вида и выглядит как чисто белый.
Важно отметить, что диоксид титана также имеет очень высокий показатель преломления (его способность рассеивать свет), даже выше, чем у алмаза. Это делает его невероятно ярким веществом и идеальным материалом для эстетического дизайна.
Другим важным свойством диоксида титана является то, что он может проявлять фото каталитическую активность в ультрафиолетовом свете. Это делает его эффективным для очистки окружающей среды, для различных видов защитных покрытий, стерилизации и защиты от запотевания поверхностей, и даже для лечения рака.
Будущее диоксида титана
Для вещества, которое относительно неизвестно широкой публике, удивительно, в каком множестве повседневных продуктов содержится диоксид титана. Благодаря его разнообразным свойствам наша кожа, города, автомобили, дома, продукты питания и окружающая среда становятся ярче, безопаснее, более упругими и чистыми. Благодаря унаследованному в течение 100 лет безопасному использованию, двуокись титана станет еще более жизненно важной, поскольку наша окружающая среда сталкивается с большими проблемами из за растущей населённости.
Где купить Диоксид Титана на Дальнем Востоке?
Самые доступные цены на Диоксид Титана и высокое качество обслуживания вы найдете у поставщика полимерного сырья из Китая – компании Полимер Гудс. Мы предоставляем TiO2, за изготовление которого отвечают всемирно известные предприятия.
Деятельность компании Полимер Гудс охватывает всю территорию Дальнего Востока. Мы поставляем заказы точно в срок, без задержек. В частности мы работаем с предприятиями таких городов, как Благовещенск, Тында, Магадан, Уссурийск, Южно-Сахалинск, а так же с разными регионами России.
Волны Спрингс | Изготовители пружин
материалы
TSMC предлагает материалы для различных применений пружин, таких как коррозионностойкие, электрические и электронные, прочностные, водостойкие, жаростойкие, контролируемые / с низким расширением, проволокой с электрическим сопротивлением, горячей резкой и герметизацией, с нулевым, специальным применением. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу выбора материала, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы можем предоставить вам лучшее решение.
Результат 1 — 10 из 10Сопротивление ржавчине
Провод для использования в агрессивных средах, таких как газы и жидкости. Материалы, которые устойчивы к химическому воздействию в кислых, щелочных или сложных средах. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу выбора материала, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы можем предоставить вам лучшее решение.
Электрические и электронные
Провод, используемый для высокопроизводительных электрических и электронных применений (часто при высоких температурах), выбран для их конкретных электрических и связанных свойств. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу выбора материала, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы можем предоставить вам лучшее решение.
Сила
Проволока для выдерживания высоких нагрузок и / или напряжений, а также с хорошим соотношением прочности и веса. Во многих случаях механические свойства могут быть дополнительно улучшены путем старения при термической обработке. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу выбора материала, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы можем предоставить вам лучшее решение.
Защита от воды
Провод, который хорошо работает в водных средах. Материалы, которые устойчивы к коррозии в подводных или других областях применения; где воздействие влаги является обычным явлением. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу выбора материала, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы можем предоставить вам лучшее решение.
Термостойкий
Проволока для использования при высоких температурах, где требуется высокая прочность, сопротивление ползучести и разрыву под напряжением, устойчивость к окислению или их комбинация. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу выбора материала, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы можем предоставить вам лучшее решение.
Контролируемый / Низкое Расширение
Проволока, которая имеет низкую или контролируемую скорость теплового расширения при комнатной температуре, часто используется для герметизации металла или стекла или в электронике. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу выбора материала, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы можем предоставить вам лучшее решение.
Провод электрического сопротивления
Провод используется там, где линейное электрическое сопротивление может быть достигнуто путем выбора различных размеров и форм. Часто используется в нагревательных элементах или резисторах. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу выбора материала, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы можем предоставить вам лучшее решение.
Горячая резка и герметизация
Проволока обычно используется для упаковки и резки. Материалы, которые имеют свойства электрического сопротивления, которые позволяют им эффективно достигать температуры, необходимой для горячей резки и герметизации. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу выбора материала, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы можем предоставить вам лучшее решение.
Ниже нуля
Проволока, которая имеет хорошие механические свойства в условиях низкой температуры, обычно материалы будут пластичными по природе и иметь хорошую вязкость разрушения. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу выбора материала, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы можем предоставить вам лучшее решение.
Особые приложения
Провод, обладающий свойствами, которые очень хорошо подходят для использования в очень специфических областях применения; примеры могут включать медицинские устройства или пружины для часов. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу выбора материала, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы можем предоставить вам лучшее решение.
Результат 1 — 10 из 10
Производство сплавов на основе титана — Science Learning Hub
Основной процесс производства металлического титана известен как процесс Кролла. В этом процессе основная руда, известная как рутил, обрабатывается газообразным хлором для получения тетрахлорида титана. Затем его очищают и восстанавливают до металлической титановой губки реакцией с магнием или натрием. Затем титановая губка подвергается процессу легирования и плавления. Этот процесс дорогостоящий, поскольку включает в себя трудоемкие процедуры.
Исследования профессора Деляна Чжана позволили ему разработать метод производства высококачественных порошков титановых сплавов, пригодных для переработки в коммерческие продукты, такие как компоненты двигателей внутреннего сгорания.
Производство порошков сплавов на основе титана
В процессе используются порошки алюминия и диоксида титана наряду с другими материалами, и он включает комбинацию нескольких физических и химических процедур. Этот альтернативный метод производства сплавов на основе титана потенциально является крупным прорывом в первую очередь из-за его низкой стоимости.Компания Titanox Development Ltd была создана для расширения масштабов и коммерциализации процесса.
Приложения
Одно из приложений, изучаемое командой профессора Чжана, связано с плазменным покрытием стальных штампов (используемых в производстве алюминия) порошками сплава Ti-Al. Воздействие расплавленного алюминия со временем приводит к повреждению поверхности штампов. Плазменное покрытие их сплавом на основе Ti-Al продлевает срок службы штампов, что приводит к снижению производственных затрат.
Еще одно направление было сосредоточено на производстве компонентов двигателей внутреннего сгорания, таких как клапанные коромысла.За счет использования сплавов на основе Ti-Al уменьшается общий вес двигателя, увеличивается срок службы компонентов и улучшается соотношение мощности и веса в характеристиках двигателя.
Возникшие проблемы
На этапе производственного процесса, связанном с сильным нагревом смеси TiO 2 / Al, важно не допускать попадания кислорода в систему. Присутствие кислорода даже в небольших количествах может привести к получению хрупкого конечного продукта. Сильный нагрев осуществляется в бескислородной атмосфере инертного газа аргона.
Другая встречающаяся проблема заключается в производстве компонентов без полостей, оставшихся внутри конструкции. Наличие полостей влияет на механические свойства, такие как пластичность. Разрабатываются методы порошковой ковки, чтобы конечный продукт имел максимальную плотность без полостей.
Природа науки
Ученые часто работают совместно по широкому кругу дисциплин. Область инженерии материалов требует ввода знаний из специализированных дисциплин, таких как химия, физика, математика, машиностроение и техническая поддержка.
Титан
Титан и его сплавы имеют очень благоприятное отношение прочности к массе. Они также устойчивы к коррозии, поскольку на их поверхности образуется тонкий, но очень эластичный оксидный слой. Таким образом, они используются там, где важны прочность, легкость и устойчивость к коррозии. Хотя использование титана ограничено его высокой стоимостью, появляются новые процессы, которые, вероятно, значительно снизят затраты, что позволит более широко использовать титан и его сплавы.
Применение титана
Рисунок 1 Использование титана.
Почти весь титан используется в сплаве с другими металлами. Среди наиболее важных легирующих металлов — алюминий, ванадий, молибден, марганец, железо, олово, хром и цирконий. Один из наиболее используемых имеет состав из 90% титана, 6% алюминия, 4% ванадия, который часто обозначается как Ti-6AI-4V.
Аэрокосмическая промышленность является крупнейшим потребителем титановых сплавов, применяя их в основном планере (корпусе) самолетов, а также в различных частях двигателей, шасси и гидравлических трубах (рис. 2).
|
Благодаря своей прочности и устойчивости к химическому воздействию, металл и сплавы используются там, где другие материалы (даже нержавеющая сталь) могут быстро разрушиться, например, в морской воде.Они используются в судовых винтах и опреснительных установках, а также в реакторах и трубопроводах химических заводов.
Ежегодно в мире используется более 1000 тонн титановых сплавов для изготовления хирургических имплантатов, включая детали для замены тазобедренного и коленного суставов (рис. 3). Они также используются в зубных имплантатах в качестве корней для замещающих зубов и для кардиостимуляторов.
|
Недавно некоторые здания были облицованы верхней поверхностью из чистого титана, чтобы добиться впечатляющего эффекта (рис. 4).
|
Годовое производство титана
| Весь мир | 171 000 тонн |
| Китай | 80 000 тонн |
| Россия | 42 000 тонн |
| Япония | 30 000 тонн |
| Казахстан | 9 000 тонн |
| Украина | 9 000 тонн |
Данные из:
U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 2016.
Данные по США отсутствуют.
Производство титана
Титан составляет 0,63% земной коры и является четвертым по распространенности структурным металлом после алюминия, железа и магния.
Титановые месторождения, которые можно добывать экономически, находятся по всему миру. Основными рудами являются рутил (TiO 2 ) и ильменит (FeTiO 3 ) в отложениях пляжного песка (Западная Австралия), ильменит-гематит (Канада) и ильменит-магнетит (Украина) в месторождениях твердых пород (Рисунок 5) .Хотя рутил более редок и дороже, чем ильменит, он используется чаще, поскольку не содержит соединений железа и, следовательно, легче поддается переработке. Однако иногда ильменит обрабатывают для удаления железа и получения «синтетического» рутила.
Рис. 5 Складирование концентрата тяжелых минералов, содержащего рутил, ильменит и циркон
, а также другие тяжелые минералы, не представляющие ценности. Затем он будет подвергнут дальнейшей обработке
для отделения рутила перед началом процесса извлечения титана.
С любезного разрешения Iluka Resources.
Процесс Кролла
Большая часть титана производится из руд, содержащих диоксид титана, с использованием длительного четырехступенчатого процесса:
a) хлорирование руды до хлорида титана (IV)
b) очистка хлорида титана (IV)
c) восстановление титана (IV) хлорид до титановой губки
d) обработка титановой губки
(a) Хлорирование руды до хлорида титана (IV)
Диоксид титана термически стабилен и очень устойчив к химическому воздействию.Его нельзя восстановить с использованием углерода, окиси углерода или водорода, а восстановление с помощью более электроположительных металлов является неполным. Однако, если оксид превращается в хлорид титана (IV), путь к титану становится жизнеспособным, поскольку хлорид восстанавливается легче.
Сухая руда подается в хлоратор вместе с коксом, образуя псевдоожиженный слой. После предварительного нагрева слоя тепла реакции с хлором достаточно для поддержания температуры 1300 K:
(b) Очистка хлорида титана (IV)
Неочищенный хлорид титана (IV) очищают перегонкой после химической обработки сероводородом или минеральным маслом для удаления оксихлорида ванадия, VOCl 3 , который кипит при той же температуре, что и хлорид титана (IV).Конечный продукт представляет собой чистый (> 99,9%) хлорид титана (IV), который может быть использован либо для производства титана, либо окислен для получения диоксида титана для пигментов.
Резервуары для хранения должны быть полностью сухими, поскольку продукт подвергается быстрому гидролизу в присутствии воды с образованием плотных белых паров хлористого водорода:
(c) Восстановление хлорида титана (IV) до титановой губки
Хлорид титана (IV) — летучая жидкость. Его нагревают, чтобы получить пар, который подают в реактор из нержавеющей стали, содержащий расплавленный магний (в избытке), предварительно нагретый до примерно 800 К в атмосфере аргона.Экзотермические реакции с образованием хлоридов титана (III) и титана (II) вызывают быстрое повышение температуры примерно до 1100 К. Эти хлориды медленно восстанавливаются, поэтому температура повышается до 1300 К для завершения процесса восстановления. Тем не менее, это длительный процесс:
Через 36-50 часов реактор вынимают из печи и дают остыть не менее четырех дней.
Непрореагировавший магний и смесь хлорид / титан извлекают, измельчают и выщелачивают разбавленной соляной кислотой для удаления хлорида магния.В альтернативном методе, используемом в Японии, хлорид магния вместе с непрореагировавшим магнием удаляют из титана путем высокотемпературной вакуумной перегонки.
Хлорид магния подвергается электролизу с образованием магния для стадии восстановления, а хлор возвращается на стадию хлорирования руды.
Титан очищают методом высокотемпературной вакуумной перегонки. Металл имеет форму пористой гранулы, которую называют губкой. Это может быть переработано на месте или продано другим компаниям для преобразования в титановую продукцию.
Рис. 6 Сводка по переработке титановой руды в полезные продукты.
(d) Обработка титановой губки
Поскольку титановая губка легко реагирует с азотом и кислородом при высоких температурах, губку необходимо обрабатывать в вакууме или в инертной атмосфере, такой как аргон. На этой стадии может быть добавлен лом титана, а также могут быть добавлены другие металлы, если требуется титановый сплав. Распространенным методом является сжатие материалов вместе для создания большого блока, который затем становится электродом в электродуговом плавильном тигле.Между тиглем и электродом образуется дуга, в результате чего электрод плавится в тигле, где он охлаждается, и образует большой слиток. Это можно повторить для получения более качественного слитка «второй плавки».
ITP Армстронг Процесс
Титан и его сплавы можно производить из хлорида титана (IV), используя натрий вместо магния. Хотя химический состав не нов, сейчас разработан непрерывный, а не периодический процесс, что значительно снижает затраты.
Рис. 7 Непрерывный процесс восстановления хлорида титана (IV).
Пары хлорида титана (IV) вводятся в поток расплавленного натрия, и хлорид восстанавливается до металла. Титан и хлорид натрия образуются в виде твердых веществ и извлекаются из потока натрия фильтрованием. После удаления остаточного натрия металлический титан можно отделить от соли простой промывкой. Хлорид натрия сушат, нагревают до расплавления и электролизуют, образуя натрий для повторного использования и хлор для начальной стадии хлорирования.
Если исходный хлорид титана (IV) тщательно смешивается с правильными пропорциями хлоридов других металлов перед подачей в поток жидкого натрия, в результате получается порошок титанового сплава очень высокого качества, что является одним из основных преимуществ этого процесса.Например, Ti-6Al-4V получают путем включения хлорида алюминия и хлорида ванадия (IV) в правильных пропорциях в сырье.
FFC Кембриджский процесс
Исследования в Кембридже (Великобритания) привели к разработке электролитического метода восстановления диоксида титана непосредственно до титана.
Диоксид итана (обычно рутил) измельчают в порошок, а затем превращают в гранулы, которые служат катодом. Их помещают в ванну с расплавленным хлоридом кальция и соединяют с металлическим стержнем, который действует как проводник.Ячейка комплектуется угольным анодом. При подаче напряжения оксид титана восстанавливается до титана, и ионы оксида притягиваются к
. Угольный анод, который окисляется до окиси углерода и двуокиси углерода (рис. 8).
Рис. 8 Электролитическое восстановление оксида титана (IV).
Если применяется гораздо более высокое напряжение, механизм работает иначе. Кальций осаждается на катоде и реагирует с диоксидом титана с образованием титана, и ионы кальция регенерируются.
Процесс намного проще существующих методов, работает при более низких температурах (экономия затрат на энергию) и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду. Он может значительно снизить производственные затраты, позволяя использовать преимущества металлического титана для более широкого спектра конечных продуктов.
Рассматривается также возможность производства других металлов, например тантала.
Дата последнего изменения: 5 октября 2016 г.
Губчатый титан — обзор
6 Механизм восстановления TiCl
4 во время процесса КроллаПри восстановлении во время процесса Кролла исходный материал (TiCl 4 ) и восстановитель (Mg) загружаются в герметичный реакционный сосуд, состоящий из стали, и губка из титана, полученная с помощью следующей реакции при температуре около 1100 К (рис.5.5):
(5.9) TiCl4 (г, л) + 2Mg (л) → Ti (т) + 2MgCl2 (л)
В этой реакции Ti осаждается в форме губки и прилипает к металлическому контейнеру. Следовательно, текущий процесс Кролла представляет собой периодический процесс, и на этом этапе непрерывная реакция не развивается. В различных исследованиях сообщалось, что механизм осаждения губки из титана является ключом к развитию непрерывного процесса [39].
Растворимость TiCl 4 и Mg в MgCl 2 мала. Поэтому в целом предполагается, что металлический Ti получается путем прямого контакта TiCl 4 с металлическим Mg в процессе восстановления (рис.5.12 (А). Более того, поскольку металлический Mg имеет хорошую смачиваемость стальным реакционным сосудом, реакция восстановления интерпретируется как протекающая преимущественно от металлической стенки (рис. 5.14 (A)). Это понимание вытекает из реакции, основанной на переносе массы нейтральных химических веществ. Однако введение концепции ЭМИ позволяет более четко понять этот механизм реакции [40–46].
Рисунок 5.14. Принципиальная схема различных типов механизмов транспорта Mg на металлической поверхности в присутствии расплавленной соли MgCl 2 .(A) Явление миграции Mg на металлической поверхности из-за сильной смачиваемости. (B) Растворение и осаждение Mg с помощью LR-EMR. Связанная информация представлена на рис. 5.5 (A) и 5.13 (A) [42].
При введении концепции ЭМИ в реакцию восстановления Ti, как показано в уравнениях. 5.10 TiCl 4 может быть восстановлен до металлического Ti в среде, в которой он может принимать электроны и выделять ионы Cl —. Поскольку ион Ti, такой как Ti 4+ , имеет различные валентности, реальная реакция восстановления усложняется.Однако детали многоступенчатой реакции существенно не влияют на применение ЭМИ. Ниже приведены наиболее упрощенные формулы реакций.
(5.10) TiCl4 (г, л) + 4e− → Ti (s) + 4Cl− (в расплавленном MgCl2)
(5,11) Mg (l) → Mg2 + (в расплавленном MgCl2) + 2e−
Реакция объединения Ti в формуле. 5.10 с реакцией окисления Mg в уравнении. 5.11 дает уравнение. (5.9). Важно отметить, что реакция может протекать быстро без физического контакта между исходным материалом TiCl 4 и металлическим Mg.Это связано с тем, что реакционный сосуд и осажденный Ti являются хорошими проводниками электронов, тогда как продукт реакции MgCl 2 является хорошим проводником ионов. Внутренняя часть реакционного сосуда во время процесса Кролла представляет собой среду, которая способствует LR-EMR.
Рис. 5.14 показывает схематическую диаграмму реакции с учетом LR-EMR в восстановительном механизме процесса Кролла. Считается, что в процессе восстановления реакция осаждения металлического Ti из металлической стенки частично проходит через LR-EMR.Напротив, в процессе Хантера, использующем реакцию восстановления TiCl 4 с Na в расплавленной соли, не только реакционный сосуд и осажденный металлический Ti, но также расплавленная соль NaCl ответственны за электрическую проводимость. Это связано с тем, что электропроводность NaCl в восстановительной атмосфере значительно выше, чем удельная электропроводность MgCl 2 из-за большей растворимости металлического Na в расплавленном NaCl, чем у металлического Mg в MgCl 2 [47,48] .Губчатая осажденная форма Ti, полученная в процессе Кролла, указывает на то, что доля SR-EMR в расплавленной соли меньше, чем в процессе Хантера, где Ti получают в виде порошка (Рис. 5.13 (B)).
В настоящее время ни один метод не может точно оценить соотношение LR-EMR и SR-EMR в процессе восстановления Ti во время реальной эксплуатации. Следовательно, невозможно количественно оценить степень реакции на основе ЭМИ в реальном процессе Кролла (рис. 5.13 (А) и 5.14 (В). Хотя количественное обсуждение затруднено, очевидно, что ЭМИ оказывает большое влияние на форму осаждения губки из титана.
Если мы сможем эффективно использовать и контролировать вышеупомянутый EMR в реальном процессе, эффективность производства Ti может быть значительно улучшена. Например, предотвращение преимущественного осаждения Ti на внутренней стенке реакционного сосуда и изменение формы осадка с крупнозернистой губки на однородный мелкодисперсный порошок может быть достигнуто путем подавления прогресса LR-EMR и вместо этого увеличения активности SR-EMR. . Такое увеличение возможно путем перемешивания реакционной ванны или регулирования состава расплавленной соли для увеличения электрической проводимости ванны.Кроме того, образование избыточного Mg-восстановителя для обеспечения постоянного присутствия в месте восстановления / питания эффективно для ингибирования LR-EMR.
В настоящее время научное понимание подробных механизмов реакции восстановления во время процесса Кролла представляет собой черный ящик. Как описано выше, это понимание может быть улучшено путем введения и рассмотрения концепции ЭМИ. Чтобы установить более сложную реакцию восстановления, основанную на процессе Кролла, концепция ЭМИ и связанных технологий станет еще более важной в будущем.
Как производится титан? | Металлургия для чайников
Титан известен как переходный металл в периодической таблице элементов, обозначенный символом Ti. Это легкий серебристо-серый материал с атомным номером 22 и атомным весом 47,90. Его плотность составляет 4510 кг / м 3, что находится где-то между плотностями алюминия и нержавеющей стали. Он имеет температуру плавления примерно 3032 ° F (1667 ° C) и точку кипения 5948 ° F (3287 ° C).По химическому составу он похож на цирконий и кремний. Он имеет отличную коррозионную стойкость и высокое соотношение прочности и веса.
Применение титана
Титан как полезный металлический сплав широко не использовался до конца 1940-х годов. Чаще всего он легирован молибденом, марганцем, железом и алюминием. По весу титан — один из самых прочных и доступных металлов, что делает его идеальным для широкого спектра практических применений. Он на 45% легче стали при сопоставимой прочности и в два раза прочнее алюминия, но при этом только на 60% тяжелее.Титан — это металл, присутствующий в метеоритах и на солнце. Он также является девятым по распространенности металлом в коре Земли и встречается в минералах рутиле, ильменитовом сфене, титанатах и железных рудах. В 1946 году Уильям Дж. Кролл показал, что титан можно производить в промышленных масштабах.
Металлический титан
В коммерческих целях титановые сплавы используются везде, где прочность и вес являются проблемой. Велосипедные рамы, детали автомобилей и самолетов, а также конструктивные элементы — вот некоторые общие примеры.В медицине используются титановые штифты из-за их нереактивной природы при контакте с костью и плотью. По этой причине многие хирургические инструменты, а также пирсинг на теле изготавливаются из титана.
Блок-схема диоксида титана
Титан рекомендуется для использования в опреснительных установках из-за его высокой устойчивости к коррозии в морской воде (особенно при покрытии платиной). Многие корабли используют титан для перемещения компонентов, постоянно подвергающихся воздействию морской воды, таких как гребные винты и такелаж.
Титан используется в производстве человеческих имплантатов, потому что он хорошо совместим с человеческим телом. Одно из наиболее заметных применений титана в последнее время — искусственное сердце, впервые имплантированное человеку в 2001 году. Другие применения титана — протезирование тазобедренного сустава, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, а также локтевые и тазобедренные суставы.
Схема обработки титана
Наконец, титановые материалы используются в производстве многочисленных потребительских товаров. Его используют при производстве таких вещей, как обувь, ювелирные изделия, компьютеры, спортивное оборудование, часы и скульптуры.Как диоксид титана, он используется в качестве белого пигмента в пластике, бумаге и красках. Он даже используется как белый пищевой краситель и как солнцезащитный крем в косметических продуктах.
Титан получают из различных руд, встречающихся на Земле в естественных условиях. Основные руды, используемые для производства титана, включают ильменит, лейкоксен и рутил. Другие известные источники включают анатаз, перовскит и сфен. Ильменит и лейкоксен — титаносодержащие руды. Ильменит (FeTiO3) содержит примерно 53% диоксида титана.
Концепции производства Ti путем восстановления Mg. (a) процесс Кролла, (b) подача газа TiCl4 через расплав соли и (c) комбинированный процесс с подачей газа TiCl4 для образования Ti2 + и образования металлического Ti из его расплавленной соли.
Лейкоксен имеет аналогичный состав, но содержит около 90% диоксида титана. Они встречаются в отложениях твердых пород или на пляжах и на аллювиальных песках. Рутил — это относительно чистый диоксид титана (TiO2). Анатаз — это еще одна форма кристаллического диоксида титана, которая совсем недавно стала важным коммерческим источником титана.Оба они встречаются в основном на пляже и в песчаных отложениях.
Концептуальный процесс непрерывного производства Ti. Частицы Ti осаждаются на поверхности пузырьков TiCl4, растут в слое Mg и опускаются вниз через расплавленную соль.
Перовскит (CaTiO3) и сфен (CaTi-SiO5) — это кальциевые и титановые руды. Ни один из этих материалов не используется в промышленном производстве титана из-за сложности удаления кальция. Вполне вероятно, что в будущем перовскит можно будет использовать в коммерческих целях, поскольку он содержит почти 60% диоксида титана и содержит только кальций в качестве примеси.Сфен содержит кремний в качестве второй примеси, что еще больше затрудняет выделение титана.
СЭМ-изображение порошка Ti, полученного при 1123 К путем введения TiCl4 в ванну Mg-MgCl2
Титан производится по технологии Кролла. Эти этапы включают экстракцию, очистку, производство губки, создание сплава, а также формовку и формование. В Соединенных Штатах многие производители специализируются на разных этапах этого производства. Например, одни производители просто производят губку, другие только плавят и создают сплав, а третьи производят конечную продукцию.В настоящее время ни один производитель не выполняет все эти шаги.
Добыча
В начале производства производитель получает титановые концентраты с рудников. Хотя рутил можно использовать в его естественной форме, ильменит обрабатывают для удаления железа, чтобы он содержал не менее 85% диоксида титана. Эти материалы помещаются в реактор с псевдоожиженным слоем вместе с газообразным хлором и углеродом. Материал нагревают до 1652 ° F (900 ° C), и последующая химическая реакция приводит к образованию нечистого тетрахлорида титана (TiCl4) и монооксида углерода.Примеси возникают из-за того, что чистый диоксид титана вначале не используется. Следовательно, необходимо удалить различные образующиеся нежелательные хлориды металлов.
Очистка
Прореагировавший металл помещают в большие дистилляционные резервуары и нагревают. На этом этапе примеси отделяются с помощью фракционной перегонки и осаждения. Это действие удаляет хлориды металлов, включая хлориды железа, ванадия, циркония, кремния и магния.
Производство губки
Затем очищенный тетрахлорид титана переносят в виде жидкости в реактор из нержавеющей стали.Затем добавляют магний и контейнер нагревают примерно до 1212 ° F (1100 ° C). В контейнер закачивают аргон, чтобы удалить воздух и предотвратить загрязнение кислородом или азотом. Магний реагирует с хлором с образованием жидкого хлорида магния. При этом остается чистый титан в твердом состоянии, поскольку температура плавления титана выше, чем у реакции. Твердое вещество титана удаляют из реактора путем просверливания, а затем обрабатывают водой и соляной кислотой для удаления избытка магния и хлорида магния.В результате получается пористый металл, называемый губкой.
Создание сплава
Губка из чистого титана затем может быть преобразована в пригодный для использования сплав в дуговой печи с плавящимся электродом. На этом этапе губка смешивается с различными легирующими добавками и металлоломом. Точная пропорция губки к материалу сплава определяется в лаборатории до начала производства. Затем эту массу спрессовывают в прессы и сваривают, образуя губчатый электрод. Затем губчатый электрод помещают в вакуумную дуговую печь для плавления.В этом водоохлаждаемом медном контейнере электрическая дуга используется для плавления губчатого электрода с образованием слитка.
Весь воздух в контейнере либо удаляется (образуя вакуум), либо атмосфера заполняется аргоном для предотвращения загрязнения. Обычно слиток переплавляют еще один или два раза, чтобы получить коммерчески приемлемый слиток. В Соединенных Штатах большинство слитков, произведенных этим методом, весят около 9000 фунтов (4082 кг) и имеют диаметр 30 дюймов (76,2 см). После изготовления слиток его вынимают из печи и проверяют на наличие дефектов.Поверхность может быть кондиционирована по желанию заказчика. Затем слиток может быть отправлен производителю готовой продукции, где из него можно фрезеровать и превратить в различные изделия.
При производстве чистого титана образуется значительное количество хлорида магния. Этот материал перерабатывается в ячейке для вторичной переработки сразу после производства. В рециркуляционной ячейке сначала отделяется металлический магний, а затем собирается газообразный хлор. Оба этих компонента повторно используются в производстве титана.
Возможно вам понравится
Случайные столбы
- Ковка
Кузница — это очаг, используемый для ковки. Термин «кузница» может также относиться к рабочему месту кузнеца или кузнеца, но … - Хронология материаловедения
29 000–25 000 до н.э. — Появляется первая керамика 3-е тысячелетие до нашей эры — изобретена медная металлургия, и медь используется для украшения … - Композиционные материалы
Композиционные материалы образуются путем объединения двух или более материалов, которые имеют совершенно разные свойства.Различные материалы … - Титан и его сплавы
Титан был открыт в Корнуолле, Англия, Уильямом Грегором в 1791 году и назван Мартином Генрихом Клапротом за титан … - Термическая обработка инструментальной стали
Инструментальная сталь относится к разнообразным углеродистым и легированным сталям, которые особенно хорошо подходят для изготовления инструментов …
Минеральные ресурсы месяца: титан
Минеральные ресурсы месяца: титан
от USGS Mineral Commodities Team 12 января 2018 г., пятница
Темные слои этих тяжелых минеральных песков в Южной Каролине состоят в основном из рутила и ильменита.Кредит: USGS.
Джордж М. Бединджер, специалист по минеральным сырьевым товарам Геологической службы США
ПРОИЗВОДСТВО
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ НАСТУПЛЕНИЕ
Титан является девятым по содержанию элементом в земной коре и содержится почти во всех породах и отложениях, хотя в природе он не является чистым металлом. Он имеет сильное сродство к кислороду, обычно образуя оксидные минералы, наиболее важными из которых являются ильменит и рутил. Обработка ильменита и рутила на береговой линии (пляж) и речных (река и ручей) месторождениях тяжелого минерального песка, обнаруженных вдоль многих континентальных окраин, обеспечивает большую часть мировых запасов титана.Большая часть оставшихся запасов поступает из двух крупных месторождений твердых пород, содержащих ильменит.
МИРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО, ТИТАНОВЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ КОНЦЕНТРАТЫ
Кредит: К. Кантнер, AGI.
МИРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Кредит: К. Кантнер, AGI.
ПОТРЕБЛЕНИЕ
ПОТРЕБЛЕНИЕ В США, TiO 2 ПИГМЕНТЫ И МЕТАЛЛ
Кредит: К. Кантнер, AGI.
U.S. ИМПОРТ
Кредит: К. Кантнер, AGI.
Губчатый титановый металл, полученный с помощью процесса Кролла, первой металлической стадии в процессе изготовления металлического титана. Предоставлено: Джордж Бединджер.
КОММЕРЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Около 90 процентов мирового мирового производства минералов титана перерабатывается в титановые пигменты; 5 процентов превращается в металл; а остальное используется в химической и сварочной промышленности.
Благодаря высокому показателю преломления пигменты на основе диоксида титана придают белизну, непрозрачность и яркость краскам, бумаге, резине и пластмассам.Высокое соотношение прочности и веса металлического титана и устойчивость к коррозии делают его ценным в аэрокосмической, потребительской, промышленной и медицинской областях.
ЛЮБОПЫТНЫЕ ФАКТЫ
Звездчатые сапфиры и рубины обязаны своим астеризмом (звездообразные лучи света, наблюдаемые при взгляде на некоторые минералы с определенных направлений) включениям рутила в их кристаллической структуре.
Устойчивость титана к коррозии обусловлена тонким защитным оксидным слоем, который металл мгновенно образует при контакте с кислородом.Естественно сформированный слой придает металлический серый цвет, но термическая или электрохимическая обработка может влиять на толщину оксидного слоя, что приводит к различным цветам.
Для получения дополнительной информации посетите Minerals.usgs.gov/minerals
дизайн К. Кантнера и Н. Шмидгалла, AGI
Кредит: Геологическая служба США.
Кредит: Американский институт геонаук.
Шаг к удивительной технологии
Июнь 2005 г.
Что общего между космическими кораблями, велосипедами и искусственными коленными суставами? Все они лучше сделаны из металлического титана.Химический элемент титан, Ti, номер 22 в Периодической таблице элементов, является девятым по распространенности элементом в земной коре. Он содержится в метеоритах, лунных камнях и на солнце. Титан прочен, как сталь, но на 45 процентов легче. Как высокопрочный, жаропрочный, устойчивый к коррозии металл с низкой плотностью, титан отлично справляется со своей задачей, когда требуется легкая долговечность.
Фотографиярутила, TiO2. Темный цвет
обусловлен
примесью железа
.
Фото:
К. Кубач,
Mine-Engineer.Com
На Земле титан встречается в природе, но только химически соединяется с другими элементами в соединениях. Он появляется, например, в минеральном рутиле, диоксиде титана (TiO 2 ). В 1946 году ученый по имени Уильям Кролл изобрел процесс удаления или извлечения титана из диоксида титана. Кролл использовал хлор на промежуточном этапе, на котором временно образовался тетрахлорид титана TiCl 4 , иногда шутливо называемый «щекоткой».«Процесс Кролла используется и сегодня.
От песков до космического корабля
Титансодержащие минералы, такие как рутил, добываются из месторождений минерального песка . Если вы когда-нибудь смотрели на пляжный песок через увеличительное стекло, вы могли заметить, что он состоит из очень маленьких кусочков минералов, таких как кварц. Кусочки минерала очень маленькие, потому что они были измельчены ветром и водой в течение миллионов лет.
Богатые титаном пески являются экономически ценными, поскольку они содержат небольшой процент минералов титана, таких как рутил.В США богатые титаном пески добывают во Флориде и Вирджинии. В мировом масштабе США, Индия, Австралия и Южная Африка являются одними из основных производителей титановых песков.
Процесс добычи богатого титаном песка из месторождений минерального песка не разрушает ландшафт. После отделения богатых титаном зерен от других зерен оставшийся песок заменяется и принимает естественную форму.
Процесс Кролла для извлечения металлического титана
Процессы химического производства выполняются поэтапно, точно так же, как пекари следуют пошаговым рецептам печенья и тортов (то есть для достижения наилучших результатов!).Вот шаги, которые Кролл разработал для извлечения титана из диоксида титана:
Что такое руда?
Руда — это горная порода или
минерал, который может быть
добыто с Земли
для получения прибыли.
(1) Объединение диоксида титана (титан , руда , месторождение минерального песка, описанное выше) с газообразным хлором и углеродом (называемым «коксом») при температуре 1000 ° C для получения тетрахлорида титана, желтой жидкости и газообразного диоксида углерода:
(2) Объединить жидкий тетрахлорид титана с металлическим магнием при 800-900 ° C для замены титана в хлоридном соединении и высвободить металлический титан:
Музей Гуггенхайма в Испаниипокрыт блестящими титановыми панелями.
Copyright 2005 Мэри Энн Салливан
Шаг (2), который заменяет титан магнием, известен как реакция замещения металла . Он проводится в атмосфере аргона (Ar), что означает, что единственный газ в реакционной камере — это аргон, который не будет мешать реакции. (Кислород, с другой стороны, реагирует с титаном, образуя диоксид титана, поэтому он откачивается при закачивании аргона.) Обратите внимание, что тетрахлорид титана не является продуктом процесса Кролла, а является важной ступенькой, или промежуточное соединение соединение.
Skywriting Too!
Говоря о песчаных пляжах, возможно, вы были на пляже, когда сообщение, возможно, реклама солнцезащитного средства, было доставлено над головой летящим в небо самолетом. «Пощекотать», TiCl 4 распыляется в воздух, чтобы создать это сообщение. Вот химическая реакция:
Вы, наверное, догадались, откуда взялся H 2 O — да, влажность приморского воздуха.Диоксид титана образует крошечные белые кристаллы, которые вы видите как «чернила», пишущие на небе.
Универсальный TiO 2
Такой же важный металл, как и титан, в основном используется в мире в виде диоксида титана.TiO 2 — это пигмент , который обычно добавляют в краски для дома и художников для придания блестящего, стойкого белого цвета с высокой отражающей способностью. Нетоксичный диоксид титана заменил свинец, токсичный элемент, в качестве традиционного белого пигмента, используемого в красках. TiO 2 также обеспечивает защиту от ультрафиолета, поэтому его можно найти в солнцезащитных кремах (вы можете взять его с собой на пляж, где вы можете полежать на богатой титаном песчаной дюне и взглянуть на TiCl 4 , пишущий в небе), зубной пасте и косметике, а также многие другие продукты, которые мы используем каждый день.
Подобно металлическому титану, очень чистый диоксид титана также может быть произведен с использованием хлора для образования тетрахлорида титана из нечистой руды диоксида титана. Затем он соединяется с кислородом, в результате чего выделяется хлор. Хлор «улавливается» и рециркулируется, поскольку он используется для образования большего количества TiCl 4 из руды.
Последующая деятельность:
- Теперь, когда вы знаете о свойствах металлического титана, перечислите три возможных варианта его использования, которые не упоминаются в этой статье.
- В химической реакции, пишущей по небу, почему цифра 2 перед H 2 O и цифра 4 перед HCl?
Чтобы просмотреть список предыдущих функций «Хлорное соединение месяца», щелкните здесь.
Медицинские технологии — Международная титановая ассоциация
Качество жизни
Титан улучшает качество жизни людей, когда он используется для изготовления медицинских и зубных имплантатов, протезов, очков и даже легких инвалидных колясок.Мировые поставки продукции оцениваются в более чем 60 000 метрических тонн, из которых не менее 50% было использовано не в аэрокосмической отрасли.
Биосовместимость
Титан является наиболее биологически совместимым из всех металлов благодаря своей коррозионной стойкости, прочности и низкому модулю упругости. Этот превосходный уровень биосовместимости, определяемый тестами на культуре клеток in vitro, был подтвержден наблюдениями in vivo непосредственно у многочисленных пациентов с тотальными протезами суставов. Нежелательные биологические эффекты примерно в 10 раз реже у пациентов с титановыми имплантатами, чем у пациентов с имплантатами из других сплавов.При использовании Ti-6Al-4V низкая концентрация титана, ванадия и алюминия в биологических жидкостях пациентов с сильным износом протеза демонстрирует низкую скорость растворения частиц износа.
Таким образом, титан широко используется для изготовления имплантатов, хирургических устройств и кардиостимуляторов. Его использование для замены тазобедренного сустава и других суставов было хорошо изучено около 40 лет назад. Титан не только способствует остеоинтеграции (соединяется с костями и тканями), он немагнитен и не рентгеноконтрастен.Титановые инструменты используются для микрохирургических операций и в военных наборах для облегчения полевых травм.
Некоторые протезы имеют шероховатую поверхность или пористые покрытия (например, гидроксиапаптит), которые ускоряют сцепление титана с прилегающим хоном. Обработка поверхности, включая дробеструйное упрочнение, азотирование и алмазоподобные покрытия, может использоваться для обеспечения повышенной износостойкости.
Технически чистый титан. Ti-6Al-4VELI и Ti-6Al-7Nb (367) продолжают оставаться наиболее часто используемыми материалами для протезирования.Ранее опасения по поводу выделения ванадия и / или алюминия из сплавов в значительной степени разрешились. Коммерчески чистый титан и большинство сплавов практически не содержат никель и не вызывают никелевый дерматит.
Титан — глобальный выбор
Титан в 21 веке превратился в металл с высокими эксплуатационными характеристиками, предназначенный для сложных промышленных, медицинских и коммерческих применений во всем мире. Широкий спектр применений подтверждает сильное положение титана в мире: компоненты аэрокосмических двигателей и структурные компоненты, производимые в Северной Америке и Европе; системы опреснения на Ближнем Востоке; современные, громкие архитектурные сооружения Азии; морские разведки нефти и газа по всему миру; а также множество проектов по химической переработке и инфраструктуре на всех основных международных рынках.
Еще одно свидетельство глобального присутствия титана можно найти в недавнем расширении мощностей по производству металла и губки на предприятиях в России, Китае, Японии и США. А отраслевые эксперты со всех уголков мира собираются на ежегодной конференции и выставке TITANIUM, спонсируемой Международной титановой ассоциацией, и рассказывают новости о разработках титана и историях успеха. Титан действительно стал популярным материалом во всем мире.
Низкий модуль упругости
Низкий модуль упругости титана означает превосходную гибкость и высокую упругость.Это способствует его использованию в различных пружинах для самолетов и клапанов, где модуль упругости вдвое меньше, чем у стали, но прочность, эквивалентная стали, позволяет титановой пружине быть вдвое меньше и тяжелее. Это свойство также приносит пользу автозапчастям (которые должны поглощать удары), медицинским имплантатам (которые должны двигаться вместе с телом), архитектуре (где крыши должны противостоять граду), а также снаряжению для отдыха (клюшки для гольфа, теннисные ракетки, горные велосипеды и лыжи). ).
Пищевая и фармацевтическая промышленность
Титан демонстрирует превосходную коррозионную стойкость не только к различным пищевым продуктам и фармацевтическим химикатам, но и к используемым чистящим средствам.Поскольку срок службы оборудования становится все более важным фактором в финансовых оценках, титановое оборудование заменяет существующее оборудование из нержавеющей стали. Титан также может устранить проблемы загрязнения металла.
Таким образом, титан широко используется для изготовления имплантатов, хирургических устройств и кардиостимуляторов. Его использование для замены тазобедренного сустава и других суставов было хорошо изучено около 40 лет назад. Титан не только способствует остеоинтеграции (соединяется с костями и тканями), он немагнитен и не рентгеноконтрастен.Титановые инструменты используются для микрохирургических операций и в военных наборах для облегчения полевых травм.
Некоторые протезы имеют шероховатую поверхность или пористые покрытия (например, гидроксиапаптит), которые ускоряют сцепление титана с прилегающим хоном. Обработка поверхности, включая дробеструйное упрочнение, азотирование и алмазоподобные покрытия, может использоваться для обеспечения повышенной износостойкости.
Технически чистый титан. Ti-6Al-4VELI и Ti-6Al-7Nb (367) продолжают оставаться наиболее часто используемыми материалами для протезирования.Ранее опасения по поводу выделения ванадия и / или алюминия из сплавов в значительной степени разрешились. Коммерчески чистый титан и большинство сплавов практически не содержат никель и не вызывают никелевый дерматит.
Замечательное сочетание металлургических и физических характеристик титана может дать ряд преимуществ для требовательных промышленных и коммерческих приложений на глобальных рынках. Его наиболее успешно используют, когда в первоначальном дизайне используются его уникальные свойства, а не когда он просто заменяется другим металлом.В некоторых областях применения с высокими требованиями, таких как реактивные двигатели и медицинские имплантаты, титан позволяет устройству максимально раскрыть свой потенциал.
Титан используется в медицине с 1950-х годов. Это самый биосовместимый из всех металлов, и в протезах и устройствах для замены суставов он фактически позволяет костям человека прилипать к имплантатам, поэтому они служат дольше. Корпуса кардиостимуляторов изготовлены из титана, поскольку они устойчивы к воздействию жидкостей организма, легки, гибки и немагнитны.Искусственные клапаны сердца также изготавливаются из титана.
Анодирование
Титан является одним из членов семейства металлов (включая ниобий и тантал), которые анодируются по цвету, потому что он «реактивный», то есть он реагирует при возбуждении под действием тепла или электричества в электролите, создавая тонкий слой оксида. на поверхности. Оксидный слой имеет цвет из-за явления интерференции. Этот слой представляет собой очень тонкое прозрачное покрытие, которое приобретает свой «цвет», когда белый свет отражается от основной металлической поверхности, только чтобы «мешать» внутри покрытия.Некоторые частоты световых волн ускользают и рекомбинируются с поверхностным светом, чтобы усилить или нейтрализовать его, создавая цвет, который мы видим.
Анодированные покрытия могут быть нанесены на титан по ряду причин: общая цветовая кодировка, идентификация продукта / детали, идентификация материала, идентификация размера, соответствие корпоративного цвета, повышение привлекательности продукта, эстетика и улучшенные свойства.
Анодирование титана обеспечивает некоторые продукты с улучшенными свойствами по сравнению с продуктами в необработанном или «незавершенном» состоянии.Данные испытаний подтверждают многочисленные механические преимущества, а наблюдение с помощью 10-кратного окуляра показывает выравнивающие эффекты процесса. Рубцы от механической обработки и / или удаления заусенцев «выравниваются» до сплошной, более гладкой поверхности серого цвета. Двумя наиболее распространенными типами обработки являются анодирование типа II и цветное анодирование. Анодирование типа II Анодная обработка титана и его сплавов обычно выполняется в соответствии со стандартом SAE International AMS 2488. Этот процесс подпадает под спецификацию аэрокосмических материалов, поскольку он был впервые разработан для обработки деталей, связанных с авиационной и космической отраслями.Преимущества, связанные с процессом анодирования титана типа II, включают повышенную смазывающую способность, защиту от истирания и повышенную усталостную прочность. По мере того, как эти преимущества становятся все более очевидными, популярность и признание этого покрытия значительно выросли в индустрии медицинских устройств, особенно с точки зрения его применимости для отделки ортопедических имплантатов. Процесс анодирования ускоряет формирование оксидного покрытия в контролируемых условиях, обеспечивая желаемый результат.Поскольку покрытие является биосовместимым, а также нетоксичным, этот процесс позволяет добиться значительного улучшения характеристик имплантата. Покрытие создается с использованием различных электролитов, в результате чего устройства делаются положительными (анодными) с соответствующей отрицательной (катодной) клеммой, присоединенной к источнику питания постоянного тока. Поскольку в процессе образуется проникающее покрытие, при измерении микрометром с точностью до 0,0001 дюйма (2,5 мкм) не наблюдается заметных изменений размеров. Контроль качества (100% визуальный) выполняется на готовых деталях.К контролирующим факторам, влияющим на конечный результат, относятся: очистка и подготовка поверхности; пределы решения и контроль; пределы и контроль напряжения; температурные ограничения и контроль; обработка и упаковка после анодирования.
Продукция, для которой применимо анодирование титана, варьируется от ортопедических и зубных имплантатов до соединяемых под водой соединителей и аэрокосмических компонентов. В ортопедической промышленности продукты, для которых часто применяется этот тип лечения, включают костные пластины и винты, интрамедуллярные гвозди и стержни, «клетки» позвоночника и другое оборудование, обычно связанное с травмами или операциями на позвоночнике.
Члены комитета ITA по медицинским технологиям:
Винс Рокко, VSMPO-Tirus US (председатель)
Стивен Смит, Edge International
Эрик Баум, Laboratory Testing Inc.