Титан — ГК Металлург

Одним из самых распространенных элементов, который находится в земле, можно назвать титан. Согласно результатам проведенных исследований, он занимает 4-е место по степени распространенности, уступая лидирующие позиции алюминию, железу и магнию. Несмотря на столь большое распространение, титан стал использоваться в промышленности лишь в 20 веке. Титановые сплавы во многом повлияли на развитие ракетостроения и авиации, что связано с сочетанием малой плотности с высокой удельной прочностью, а также коррозионной стойкостью. Рассмотрим все особенности данного материала подробнее.

Общая характеристика титана и его сплавов

Именно основные механические свойства титановых сплавов определяют их большое распространение. Если не уделять внимание химическому составу, то все титановые сплавы можно охарактеризовать следующим образом:

• Высокая коррозионная стойкость. Недостатком большинства металлов можно назвать то, что при воздействии высокой влажности на поверхности образуется коррозия, которая не только ухудшает внешний вид материала, но и снижает его основные эксплуатационные качества. Титан менее восприимчив к воздействию влажности, чем железо.
• Хладостойкость. Слишком низкая температура становится причиной того, что механические свойства титановых сплавов существенно снижаются. Часто можно встретить ситуацию, когда эксплуатация при отрицательных температурах становится причиной существенного повышения хрупкости. Титан довольно часто применяется при изготовлении космических кораблей.
• Титан и титановые сплавы имеют относительно низкую плотность, что существенно снижает вес. Легкие металлы получили широкое применение в самых различных отраслях промышленности, к примеру, в авиастроении, строительстве небоскребов и так далее.
• Высокая удельная прочность и низкая плотность – характеристики, которые довольно редко сочетаются. Однако именно за счет подобного сочетания титановые сплавы сегодня получили самое широкое распространение.
• Технологичность при обработке давлением определяет то, что сплав применяется часто в качестве заготовки при прессовании или другом виде обработки.
• Отсутствие реакции на воздействие магнитного поля также назовем причиной, по которой рассматриваемые сплавы получили широкое применение. Часто можно встретить ситуацию, когда проводится производство конструкций, при работе которых образуется магнитное поле. Применение титана позволяет исключить вероятность возникновения связи.

Эти основные преимущества титановых сплавов определили их достаточно большое распространение. Однако, как ранее было отмечено, многое зависит от конкретного химического состава. Примером можно назвать то, что твердость изменяется в зависимости от того, какие именно вещества применяются при легировании.

Важно, что температура плавления может достигать 1700 градусов Цельсия. За счет этого существенно повышается устойчивость состава к нагреву, но также усложняется процесс обработки.

Виды титановых сплавов

Классификация титановых сплавов ведется по достаточно большому количеству признаков. Все сплавы можно разделить на несколько основных групп:

• Высокопрочные и конструкционные – прочные титановые сплавы, которые обладают также достаточно высокой пластичностью. За счет этого они могут применяться при изготовлении деталей, на которые оказывается переменная нагрузка.
• Жаропрочные с низкой плотностью применяются как более дешевая альтернатива жаропрочным никелевым сплавам с учетом определенного температурного интервала. Прочность подобного титанового сплава может варьироваться в достаточно большом диапазоне, что зависит от конкретного химического состава.
• Титановые сплавы на основе химического соединения представляют жаропрочную структуру с низкой плотностью. За счет существенного снижения плотности вес также снижается, а жаропрочность позволяет использовать материал при изготовлении летательных аппаратов. Кроме этого с подобной маркой связывают также высокую пластичность.

Разновидности титановых сплавов

Марка	Ti	Аl	V	Мо	Zr	Si	Fe	O	N	C	Ост
ВТ1-00	осн.					0,08	0,15	0,1	0,04	0,05	0,1
ВТ1-0	осн.					0,1	0,3	0,2	0	0,1	0,3
ВТ1-2	осн.					0,15	1,5	0,3	0,15	0,1	0,3
ВТЗ-1	осн.	5,5-7,0		2,0-3,0	0,5	0,15-0,40	0,2-0,7	0,15	0,05	0,1	0,3
ОТ4	осн.	3,5-5. 0			0,3	0,12	0,3	0,15	0,05	0,1	0,3
ОТ4-0	осн.	0,4-1,4			0,3	0,12	0,3	0,15	0,05	0,1	0,3
ОТ4-1	осн.	1,5-2,5			0,3	0,12	0,3	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ5	осн.	4,5-6,2	1,2	0,8	0,3	0,12	0,3	0,2	0,05	0,1	0,3
ВТ5-1	осн.	4.3-6,0	1		0,3	0,12	0,3	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ6	осн.	5,3-6,8	3,5-5,3		0,3	0,1	0,6	0,2	0,05	0,1	0,3
ВТ6С	осн.	5,3-6,5	3,5-4,5		0,3	0,15	0,25	0,15	0,04	0,1	0,3
ВТ8	осн.	5,8-7,0		2,8-3,8	0,5	0,20-0,40	0,3	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ9	осн.	5,8-7,0		2,8-3,8	1,0-2,0	0,20-0,35	0,25	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ14	осн.	3,5-6,3	0,9-1,9	2,5-3,8	0	0,2	0,3	0,2	0,1	0,1	0,3
ВТ15	осн.	2,3-3,6		6,8-8		0,15	0,3	0,12	0,05	0,1	0,3
ВТ16	осн.	1,8-3,8	4-5	4,5-5,5	0,3	0,15	0,25	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ18	осн.	7,2-8,2		0,2-1	10-12	0,05-0,18	0,15	0,14	0,05	0,1	0,3
ВТ20	осн.	5,5-7,0	0,8-2,5	0,5-2,0	1,5-2,5	0,15	0,25	0,15	0,05	0,1	0,3
ВТ22	осн.	4,4-5,7	4,0-5,5	4,0-5,5	0,3	0,15	0,5-1,5	0,18	0,05	0,1	0,3
ВТ23	осн.	4-6,3	4-5	1,5-2,5	0,3	0,15	0,4-0,1	0,15	0,05	0,1	0,3
ПТ3В	осн.	3,5-5,0	1,2-2,5		0,3	0,12	0,25	0,15	0,04	0,1	0,3
ПТ-1М	осн.	0,2-0,7			0,3	0,1	0,2	0,12	0,04	0,07	0,3
ПТ-7М	осн.	1,8-2,5			2,0-3,0	0,12	0,25	0,15	0,04	0,1	0,3

Маркировка титановых сплавов проводится по определенным правилам, которые позволяют определить концентрацию всех элементов. Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных разновидностей титановых сплавов подробнее.

Рассматривая наиболее распространенные марки титановых сплавов, следует обратить внимание ВТ1-00 и ВТ1-0. Они относятся к классу технических титанов. В состав данного титанового сплава входит достаточно большое количество различных примесей, которые определяют снижение прочности. Однако за счет снижения прочности существенно повышается пластичность. Высокая технологическая пластичность определяет то, что технический титан можно получить даже при производстве фольги.

Очень часто рассматриваемый состав сплава подвергается нагартовке. За счет этого повышается прочность, но существенно снижается пластичность. Многие специалисты считают, что рассматриваемый метод обработки нельзя назвать лучшим, так как он не оказывает комплексного благоприятного воздействия на основные свойства материала.

Сплав ВТ5 довольно распространен, характеризуется применением в качестве легирующего элемента исключительно алюминия. Важно отметить, что именно алюминий считается самым распространенным легирующим элементом в титановых сплавах. Это связано с нижеприведенными моментами:

• Применение алюминия позволяет существенно повысить модули упругости.
• Алюминий также позволяет повысить значение жаропрочности.
• Подобный металл один из самых распространенных в своем роде, за счет чего существенно снижается стоимость получаемого материала.
• Снижается показатель водородной хрупкости.
• Плотность алюминия ниже плотности титана, за счет чего введение рассматриваемого легирующего вещества позволяет существенно повысить удельную прочность.

В горячем состоянии ВТ5 хорошо куется, прокатывается и штампуется. Именно поэтому его довольно часто применяют для получения поковки, проката или штамповки. Подобная структура может выдержать воздействие не более 400 градусов Цельсия.

Титановый сплав ВТ22 может иметь самую различную структуру, что зависит от химического состава. К эксплуатационным особенностям материала можно отнести следующие моменты:

• Высокая технологическая пластичность при обработке давлением в горячем состоянии.
• Применяется для изготовления прутков, труб, плиты, штамповок, профиля.
• Для сваривания могут использоваться все наиболее распространенные методы.
• Важным моментом является то, что после завершения процесса сварки рекомендуется проводить отжиг, за счет чего существенно повышаются механические свойства получаемого шва.

Существенно повысить эксплуатационные качества титанового сплава ВТ22 можно путем применения сложной технологии отжига. Она предусматривает нагрев до высокой температуры и выдержки в течение нескольких часов, после чего проводится поэтапное охлаждение в печи также с выдержкой в течение длительного периода. После качественного проведения отжига сплав подойдет для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций, которые могут нагреваться до температуры более 350 градусов Цельсия. Примером можно назвать элементы фюзеляжа, крыла, детали системы управления или крепления.

Титановый сплав ВТ6 сегодня получил самое широкое распространение за рубежом. Назначение подобного титанового сплава заключается в изготовлении баллонов, которые могут работать под большим давлением. Кроме этого, согласно результатам проведенных исследований, в 50% случаев в авиакосмической промышленности применяется титановый сплав, который по своим эксплуатационным качествам и составу соответствует ВТ6. Стандарт ГОСТ сегодня практически не применяется за рубежом для обозначения титановых и многих других сплавов, что следует учитывать. Для обозначения применяется своя уникальная маркировка.

ВТ6 обладает исключительными эксплуатационными качествами по причине того, что в состав добавляется также ванадий. Этот легирующий элемент характеризуется тем, что повышает не только прочность, но и пластичность.

Данный сплав хорошо деформируется в горячем состоянии, что также можно назвать положительным качеством. При его применении получают трубы, различные профили, плиты, листы, штамповки и многие другие заготовки. Для сваривания можно применять все современные методы, что также существенно расширяет область применения рассматриваемого титанового сплава. Для повышения эксплуатационных качеств также проводится термическая обработка, к примеру, отжиг или закалка. На протяжении длительного времени отжиг проводился при температуре не выше 800 градусов Цельсия, однако результаты проведенных исследований указывают на то, что есть смысл в повышении показателя до 950 градусов Цельсия. Двойной отжиг зачастую проводится для повышения сопротивления коррозионному воздействию.

Также большое распространение получил сплав ВТ8. В сравнении с предыдущим он обладает более высокими прочностными и жаропрочными качествами. Достигнуть уникальных эксплуатационных качеств смогли за счет добавления в состав большого количества алюминия и кремния. Стоит учитывать, что максимальная температура, при которой может эксплуатироваться данный титановый сплав около 480 градусов Цельсия. Разновидностью этого состава можно назвать ВТ8-1. Его основными эксплуатационными качествами назовем нижеприведенные моменты:

• Высокая термическая стабильность.
• Низкая вероятность образования трещин в структуре за счет обеспечения прочных связей.
• Технологичность при проведении различных процедур обработки, к примеру, холодной штамповки.
• Высокая пластичность вместе с повышенной прочностью.

Для существенно повышения эксплуатационных качеств довольно часто проводится двойной изотермический отжиг. В большинстве случаев данный титановый сплав применяется при производстве поковок, прудков, различных плит, штамповок и других заготовок. Однако стоит учитывать, что особенности состава не позволяют проводить сварочные работы.

Применение титановых сплавов

Рассматривая области применения титановых сплавов отметим, что большая часть разновидностей применяется в авиационной и ракетостроительной сферах, а также в сфере изготовления морских судов. Для изготовления деталей авиадвигателей другие металлы не подходят по причине того, что при нагреве до относительно невысоких температур начинают плавиться, за счет чего происходит деформация конструкции. Также увеличения веса элементов становится причиной потери КПД.

Применим материал при производстве:

• Трубопроводов, используемых для подачи различных веществ.
• Запорной арматуры.
• Клапанов и других подобных изделий, которые применяются в агрессивных химических средах.
• В авиастроении сплав применяется для получения обшивки, различных креплений, деталей шасси, силовых наборов и других агрегатов. Как показывают результаты проводимых исследований, внедрение подобного материала снижает вес примерно на 10-25%.
• Еще одной сферой применения является ракетостроение. Кратковременная работа двигателя, движение на большой скорости и вхождение в плотные слои становится причиной, по которой конструкция переживает серьезные нагрузки, способные выдержать не все материалы.
• В химической промышленности титановый сплав применяется по причине того, что он не реагирует на воздействие различных веществ.
• В судостроении титан хорош тем, что не реагирует на воздействие соленой воды.

В целом можно сказать, что область применения титановых сплавов весьма обширна. При этом проводится легирование, за счет чего существенно повышаются основные эксплуатационные качества материала.

Термообработка титановых сплавов

Для повышения эксплуатационных качеств проводится термическая термообработка титановых сплавов. Данный процесс существенно усложняется по причине того, что перестроение кристаллической решетки поверхностного слоя проходит при температуре выше 500 градусов Цельсия. Для плавов марки ВТ5 и ВТ6-С довольно часто проводят отжиг. Время выдержки может существенно отличаться, что зависит от толщины заготовки и других линейных размеров.

Детали, изготавливаемые из ВТ14, на момент применения должны выдерживать температуру до 400 градусов Цельсия. Именно поэтому термическая обработка предусматривает закалку с последующим старением. При этом закалка требует нагрева среды до температуры около 900 градусов Цельсия, в то время как старение предусматривает воздействие среды с температурой 500 градусов Цельсия на протяжении более 12-и часов.

Индукционные методы нагрева позволяют проводить самые различные процессы термической обработки. Примером можно назвать отжиг, старение, нормализацию и так далее. Конкретные режимы термической обработки выбираются в зависимости от того, какие нужно достигнуть эксплуатационные характеристики.

Титан и его применение в изготовлении крепежа

Титан

Титан (лат. Titanium; обозначается символом Ti) — один из элементов периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22. Простое вещество титан — лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета.

Титан является своеобразным мостиком, соединяющим в себе свойства стали и алюминия. Малый вес (почти в 2 раза легче стали), прочность (прочнее алюминия в 2 раза) и высокая стойкость к коррозии (почти, как у платины) — эти свойства заставили учёных обратить внимание на этот материал и найти ему промышленное применение. В начале 50-х годов ХХ столетия были разработаны титановые сплавы, которые, благодаря уникальному соотношению прочности и веса нашли широкое применение в аэрокосмической и оборонной промышленности.

Из-за высокой температуры плавления (1660±20 °C), а также высокой вязкости (титан имеет свойство налипать на режущий инструмент при механической обработке) изначально производство титана было достаточно сложным и очень дорогостоящим процессом, поэтому его применение было ограничено. Однако в последнее время, новые технологии сильно упростили этот процесс, а рост объемов производства позволил снизить стоимость титана, так что уникальное сочетание прочности, легкости и стойкости к коррозии этого материала стало доступно множеству других отраслей промышленности.

Интересный факт, в 1980 году в Москве на площади Гагарина на Ленинском проспекте был установлен памятник Юрию Гагарину. Памятник первому человеку в космосе общим весом 12 тонн и высотой 42,5 метра изготовлен из 238 деталей отлитых из «космического материала» — титана. Крупнейшая деталь титановой скульптуры — лицо Юрия Гагарина весит 300 кг. Памятник на площади Гагарина стал первым в мире крупногабаритным памятником, изготовленным из титана. 

Титановые сплавы

Титан без примесей, называется технически чистым титаном (Titan grade 1 — 4 по международной классификации). Чистый титан получил широкое применение благодаря своей высокой коррозийной стойкости. Невидимая невооружённым глазом тонкая (около 10 нм) плёнка оксида мгновенно покрывает материал при наличии кислорода или влаги, таким образом титан быстро восстанавливается в случае повреждения. Это свойство титана делает его устойчивым к коррозии, в том числе, в самых агрессивных средах.

Сплав Titan grade 5 — наиболее распространённый титановый сплав. Несмотря на то, что его коррозийные свойства слегка уступают технически чистому титану, этот сплав способен противостоять коррозии в морской воде, хлорных растворах, окисляющих кислотах и гипохлорите натрия. В состав сплава добавлены: Алюминий 6%, Ванадий 4%, Железо 0.25% (макс) и Кислород 0.2% (макс) — именно благодаря этим добавкам сплав становится еще более прочным, сохраняя при этом жесткость и термодинамические свойства чистого титана. Сплав Titan Grade 5 служит основой для 70% выплавляемых титановых сплавов.

крепежные изделия из титана

Существует более 40 титановых сплавов, каждый из которых создан для применения в особых условиях, но мы не будем останавливаться на них подробно. Нас интересуют сплавы Titan Grade 2 и Titan Grade 5, которые благодаря высокой прочности, малому весу и высокой коррозийной стойкости чаще других используются для производства крепежных изделий из титана.

Титан Grade 2 (CP GR.2) — отечественный аналог Титан ВТ 1-0.

Этот сплав, своего рода “рабочая лошадка” — технически чистый сплав без примесей с содержанием титана около 99%. Крепеж из такого сплава хорошо подойдёт для эксплуатации в условиях где требуется:

• хорошая прочность (примерно, как у стали кл.пр. 8.8).
• низкая плотность материала и, как следствие, малый вес (примерно, вдвое меньше стали).
• отличная коррозийная стойкость в морской воде.
• отличная коррозийная стойкость в водных растворах хлора (влажный хлор).
• отличная коррозийная стойкость в растворах кислот с высокой окислительной способностью (хлорид железа и азотная кислота).
• коррозийная стойкость в сильных кислотах (плавиковая кислота, серная кислота, ортофосфорная кислота).

Титан Grade 5 (Ti6Al4V GR.5) — отечественный аналог Титан ВТ 6.

Более прочный титановый сплав, который немного уступает чистому титану в устойчивости к коррозии. Крепежные изделия из этого сплава рекомендуется использовать в условиях, где требуется:

• высокая прочность (сплав Титан Grade 5 почти в 2 раза прочнее сплава Титан Grade 2).
• хорошая коррозийная стойкость.
• низкая плотность материала и, как следствие, малый вес (примерно, вдвое меньше стали).
• высокая жаропрочность.

Еще одно свойство, которое выделяет титановый крепеж среди метизов из других металлов — это высокое соотношение прочность/вес с плотностью 4.51 г/см³. Например, сплав Титан grade 5 в четыре раза прочнее нержавеющей стали A4 (AISI 316) при том, что весит он в два раза меньше. Поэтому крепеж из титана идеально подходит для ситуаций, где требуется высокая прочность при малом весе конструкции. Например, крепеж из титана используется в авиакосмической промышленности, нефтегазовой отрасли и в производстве спортивных товаров.

Кроме того, благодаря своей коррозийной стойкости к хлору и его соединениям, винты из титана являются настоящей находкой для химической промышленности. Титановый крепеж обладает абсолютной устойчивостью к хлоридам, гипохлоритам, хлоратам, перхлоратам и диоксиду хлора. Как следствие, титановый крепеж часто применяется в отраслях промышленности, применяющих хлор, например, при отбеливании, обработке древесины и изготовление бумаги.

Крепеж из титана превосходно справляется с коррозией в солёной морской воде. В таких условиях титан способен противостоять коррозии при температуре до 260 °C, сохраняя нормальное состояние на морском дне на глубине до 1,5 километра — по этой причине титановый крепеж используется в нефтедобывающей и судостроительной промышленности.

Поставки крепежа из титана

Компания АЙРИВЕТ поставляет крепеж из титана по европейским стандартам DIN EN ISO. Европейские стандарты гарантируют качество, точность и соответствие материала заявленным нормам. В ассортимент поставляемых нами крепёжных изделий из титана входят:

Ознакомиться с нашим ассортиментом крепежных изделий из титана, а также подобрать отечественные аналоги можно здесь.

Мы сотрудничаем только с проверенными европейскими производителями крепежных изделий из титана. Все производители внимательно следят за качеством выпускаемой продукции и сертифицированы не только в соответствии с общепринятым стандартом UNI EN ISO 9001:2000, но и в соответствии со стандартом UNI EN 9100:2009, выдвигающим строгие требования к предприятиям, выпускающим продукцию для аэрокосмической отрасли.

Если в нашем каталоге не нашлось нужных вам крепежных изделий из титана, вам требуется нестандартная деталь или особая марка титана, свяжитесь с нами и мы уточним возможность, сроки и стоимость поставки необходимых вам изделий.

Да, и самое главное! Для того, чтобы разместить заказ, не нужно астрономического объема! Мы поставим минимальное количество необходимых вам крепежных изделий из титана в самые короткие сроки!

---

Данный материал соответствует запросам: титан, титановый крепёж, крепёж из титана, болты из титана, титановый болт, гайки из титана, титановые гайки, винты из титана, титановые винты, шайбы из титана, титановые шайбы, кислотостойкий крепеж, коррозия, титановые шпильки, шпильки из титана.

Титан

Титан
Атомный номер	22
Внешний вид простого вещества
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	47,88 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	147 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	657,8(6,82) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d2 4s2
Химические свойства
Ковалентный радиус	132 пм
Радиус иона	(+4e)68 (+2e)94 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,54
Электродный потенциал	-1,63
Степени окисления	4, 3
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	4,54 г/см?
Молярная теплоёмкость	25,1 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	21. 9 Вт/(м·K)
Температура плавления	1933 K
Теплота плавления	18.8 кДж/моль
Температура кипения	3560 K
Теплота испарения	422,6 кДж/моль
Молярный объём	10,6 см3/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная плотноупакованная (?-Ti)
Параметры решётки	a=2,951 с=4,697 (?-Ti) A
Отношение c/a	1,587
Температура Дебая	380 K

Ti	22
47,88
[Ar]3d24s2
Титан

Титан — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 22. Обозначается символом Ti (лат. Titanium). Простое вещество титан (CAS-номер: 7440-32-6) — лёгкий металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: ?-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, -Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура перехода α↔β 883 °C

История открытия элемента Титан

Схема атома титана

Открытие TiO2 сделали практически одновременно и независимо друг от друга англичанин У. Грегор и немецкий химик М. Г. Клапрот. У. Грегор, исследуя состав магнитного железистого песка (Крид, Корнуолл, Англия, 1789), выделил новую «землю» (окись) неизвестного металла, которую назвал менакеновой. В 1795 г. немецкий химик Клапрот открыл в минерале рутиле новый элемент и назвал его титаном. Спустя два года Клапрот установил, что рутил и менакеновая земля — окислы одного и того же элемента, за которым и осталось название «титан», предложенное Клапротом. Через 10 лет открытие титана состоялось в третий раз. Французский учёный Л. Воклен обнаружил титан в анатазе и доказал, что рутил и анатаз — идентичные окислы титана.

 

Первый образец металлического титана получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус. Из-за высокой химической активности титана и сложности его очистки чистый образец Ti получили голландцы А. ван Аркел и И. де Бур в 1925 термическим разложением паров иодида титана TiI4.

Происхождение названия

Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи. Название элементу дал Мартин Клапрот, в соответствии со своими взглядами на химическую номенклатуру в противоход французской химической школе, где элемент старались называть по его химическим свойствам. Поскольку немецкий исследователь сам отметил невозможность определения свойств нового элемента только по его оксиду, он подобрал для него имя из мифологии, по аналогии с открытым им ранее ураном.

 

Однако согласно другой версии, публиковавшейся в журнале «Техника-Молодежи» в конце 80-х, новооткрытый металл обязан своим именем не могучим титанам из древнегреческих мифов, а Титании — королеве фей в германской мифологии (жена Оберона в шекспировском «Сне в летнюю ночь»). Такое название связано с необычайной «лёгкостью» (малой плотностью) металла.

Нахождение в природе

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57 % по массе. В свободном виде не встречается. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO₂, ильменит FeTiO₃, титаномагнетит FeTiO₃ + Fe₃O₄, перовскит CaTiO₃, титанит CaTiOSiO₄, танталит (Fe,Mn)²⁺Ta₂O₆ и манганотанталит MnT₂O₆. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

Запасы и добыча

Основные руды: ильменит (FeTiO₃), рутил (TiO₂), титанит (CaTiSiO₅).

На 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO₂. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтвержденные запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т.^[2]. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49.7—52.7 млн т. При современных темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн.

Крупнейший в мире производитель титана — российская компания «ВСМПО-АВИСМА».

Получение

Брусок кристаллического титана (чистота 99,995 %, вес ?283 г, длина ?14 см, диаметр ?25 мм), изготовленный на заводе «Уралредмет» иодидным методом ван Аркеля и де Бура

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO₂. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl₄: TiO₂ + 2C + 2Cl₂ =TiCl₄ + 2CO

Образующиеся пары TiCl₄ при 850 °C восстанавливают Mg: TiCl₄+ 2Mg = 2MgCl₂+ Ti

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Ильменитовые концентраты восстанавливают в электродуговых печах с последующим хлорированием возникающих титановых шлаков. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl₄. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.

Физические свойства

Титан — легкий серебристо-белый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: ?-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (a=2,951 A; с=4,697 A; z=2; пространственная группа C6mmc), ?-Ti с кубической объёмноцентрированной упаковкой (a=3,269 A; z=2; пространственная группа Im3m), температура перехода ?-? 883 °C, ?H перехода 3,8 кДж/моль. Точка плавления 1671 °C, точка кипения 3260 °C, плотность ?-Ti и ?-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/см?, атомная плотность 5,71×1022 ат/см³. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере.

Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO₂, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400°С.

Химические свойства

Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок горит на воздухе.

Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF,H₃PO₄ и концентрированной H₂SO₄).

Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF₆]^2-.

При нагревании на воздухе до 1200°C Ti загорается с образованием оксидных фаз переменного состава TiO_x. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO₂. Гидроксид TiO(OH)₂·xH₂O и диоксид TiO₂амфотерны.

TiO₂ взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na₂CO₃ или поташом K₂CO₃ оксид TiO₂ образует титанат: TiO₂+K₂CO₃=K₂TiO₃+CO₂.

При нагревании Ti взаимодействует с галогенами. Тетрахлорид титана TiCl₄ при обычных условиях — желтоватая, сильно дымящая на воздухе жидкость, что объясняется сильным гидролизом TiCl₄ содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.

Восстановлением TiCl₄водородом, Al, Si, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl₃ и TiCl₂ — твердые вещества с сильно восстановительными свойствами. Ti взаимодействует с Br₂ и I₂.

С N₂ выше 400 °C титан образует нитрид TiN_x(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с C образуется карбид титана TiC_x (x=0,49-1,00).

При нагревании Ti поглощает H₂ с образованием соединения переменного состава TiH_х (x=1,0). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H₂. Титан образует сплавы со многими металлами.

Применение

Часы из титанового сплава

В виде сплавов

• Металл применяется в химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы), лёгких сплавах, остеопротезах. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.
• Используется в художественном литье^[5]
• Титан является легирующей добавкой в некоторых марках стали.
• Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике.
• Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.

В виде соединений

• Белый диоксид титана (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Пищевая добавка E171.
• Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
• Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки или покрытий.
• Диборид титана — важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов.
• Нитрид титана применяется для покрытия инструментов.
• Титанат бария BaTiO3, титанат свинца PbTiO3 и ряд других титанатов —- сегнетоэлектрики.

Анализ рынков потребления

В 2005 компания Titanium Corporation опубликовала следующую оценку потребления титана в мире:

60 % — краска;
20 % — пластик;
13 % — бумага;
7 % — машиностроение.

Цены

15-25 $ за килограмм, в зависимости от чистоты.

Чистота и марка чернового титана (титановой губки) обычно определяется по степени её пластичности.

Физиологическое действие

Нитрид титана

Соединения титана

 

 

Гидрид титана: свойства и применение

Современная химическая промышленность производит большое количество веществ, применяющихся в различных сферах. Благодаря своей универсальности они становятся незаменимыми, в частности, в такой отрасли, как металлургия. Их использование позволяет добиться улучшения характеристик изделий при условии унижения стоимости. Одним из таких веществ является гидрид титана.

Свойства вещества

Оно представляет собой порошок серо-черного цвета, состоящий из кубических и тетрагональных кристаллов, который принимает участие в реакциях алкилирования, карбоксилирования, ацилирования. Также веществом, с которым он вступает во взаимодействие, является вода. Результатом такой реакции становится получение гидроксида натрия или едкого натра. Что касается гидрата титана, то для него не характерна гигроскопичность, что делает невозможным взаимодействие с водой или разбавленными кислотами.

Если говорить о разложении вещества, то экспериментальным путем удалось добиться только частичного разложения при температуре 300 градусов по Цельсию. Повышение данного показателя не позволяет достичь полного разложения. Более того, оно приводит как к ускорению, так и к резкому замедлению процесса. Способствует разложению вещества вакуумирование, при котором оно более активно теряет водород.

Необходимо обратить внимание на тот факт, что по отношению к металлам рассматриваемый порошок является нейтральным. Это дает возможность обеспечить защиту таких изделий от коррозионных процессов. С данной целью используются комбинации неорганического вещества и минерального масла, суспензий. Однако стоит помнить, что их получение сопровождается определенными трудностями: плавление гидрида титана осуществляется при температуре 800 градусов по Цельсию и под давлением. Примечательно, что указанное вещество обладает магнитными свойствами.

Сферы применения

На сегодняшний день представленное вещество активно применяется в различных отраслях. К ним следует отнести:

• использование гидрида титана в качестве основного источника водорода в лабораторных условиях;
• применение в процессах разработки двигателей внутреннего сгорания;
• необходимость присутствия вещества для образования белого свечения пиротехниками.

Однако наиболее высоко востребованным он считается в металлургической промышленности и автомобилестроении. Использование гидрида титана требуется для:

• восстановления титана в промышленных объемах;
• выделения редких групп металлов;
• получения пенометалла;
• осуществления спайки металлов и керамики;
• использования в виде добавки к воспламеняющимся составам.

Помимо перечисленного хорошее взаимодействие с таким материалом, как каучук, делает порошок неотъемлемым элементов процесса вулканизации. Чтобы добиться желаемого результата, организовано его производство в виде таких веществ, как минеральное либо парафиновое масло, вазелин. Стоит отметить, что введение гидрида титана в материал должно непосредственно предшествовать вулканизации. Готовые смеси, включающие в свой состав указанное вещество, на данный момент не производятся.

При необходимости допускается замена гидрида титана таким соединением, как хлорид натрия. Их химические свойства во многом сходны. Последнему отдается предпочтение в тех ситуациях, когда бюджет предприятия ограничен, так как для него характерна более доступная стоимость. Но особый спектр действия гидрида титана и обязательное его участие в некоторых процессах не позволяет полностью заменить его дешевым аналогом. Прежде чем принимать решение об использовании менее дорогостоящего вещества, производителям рекомендуется обязательно проконсультироваться с квалифицированными специалистами. В противном случае они могут не добиться поставленных целей, что приведет к дополнительным затратам на повторное приобретение химических веществ.

Производство диоксид титана, его свойства и применение

Титана диоксид – это химическое вещество, которое представляет из себя порошок белого цвета и не растворяется в воде. Другие названия этого вещества – двуокись титана, титановые белила. Диоксид титана, применение которого настолько разнообразно, что варьируется от пищевой, до тяжелой промышленности, является основным веществом в титановой отрасли. Пигмент диоксид титана дает стойкий белый цвет, его используют для выпуска косметических кремов, красителей для пластмасс и в лакокрасочных изделиях. Диоксид титана, свойства которого обеспечивают настолько широкое применение, достаточно токсичен и является канцерогеном.

Производство диоксида титана осуществляется двумя путями – из ильменитового концентрата с добавлением сульфата и из тетрахлорида титана с добавлением хлорида.

Мировое потребление диоксида титана 2006 г. составило 4,2 млн. тонн. 58–62% произведенного в мире диоксида титана используется в лакокрасочной промышленности, где постепенно вытесняются из производства краски на основе цинка, бария и свинца.

Минеральными источниками для производства диоксида титана обычно служат титансодержащие руды: рутилы, ильмениты и люкоксены (в русской транскрипции — лейкоксены). Наиболее богатыми являются рутилы (rutile): в них содержится от 93 до 96% двуокиси титана (TiO2), в ильменитах (ilmenite) — от 44 до 70%, а концентраты люкоксенов (leucoxene) могут содержать до 90% TiO2. Из всей добываемой титановой руды лишь 5% идет непосредственно на производство титана.
 
В настоящее время в мире выявлено более 300 месторождений титановых минералов, в т. ч. магматических — 70, латеритных — 10, россыпных — более 230. Из них разведано по промышленным категориям 90 месторождений, преимущественно россыпных. В коренных (магматических) месторождениях содержится около 69, в корах выветривания карбонатитов — 11,5, в россыпных месторождениях — 19,5% мировых (без России) запасов титана. Из них запасов в ильмените более 82, в анатазе  — менее 12, в рутиле — 6%.

Ильменит-магнетитовые и ильменит-гематитовые руды коренных месторождений составляют основу минерально-сырьевой базы титановой промышленности Канады, Китая и Норвегии. Месторождения в корах выветривания карбонатитов известны и разрабатываются только в Бразилии. В остальных странах основные запасы титановых минералов заключены в россыпных, преимущественно комплексных месторождениях. Наибольшее промышленное значение имеют современные и древние прибрежно-морские и сопровождающие их дюнные россыпи. Протяженность каждой россыпи невелика — от сотен метров до нескольких километров. Однако они часто образуют прослеживаемые на десятки и сотни километров серии россыпей, разделенных небольшими участками безрудных отложений. Такие серии россыпей заключают в себе большую часть запасов титанового сырья Австралии (на западном и восточном побережьях континента), Индии (западное и восточное побережья), США (Атлантическое побережье полуострова Флорида), ЮАР и Кении, значительную часть запасов Бразилии (побережье Атлантического океана).

Наиболее высококачественным сырьем для производства пигментного диоксида титана являются рутил и анатаз, содержащие соответственно 92–98 и 90–95% диоксида титана. В отличие от ильменита (43–53% TiO2) они не требуют предварительного обогащения путем передела в промежуточные продукты. Мировые (без России) подтвержденные запасы диоксида титана составляют около 800 млн. тонн. Основными источниками получения диоксида титана являются ильменитовый концентрат и природный рутил.

Мировая структура производства диоксида титана 
 
Крупнейшим продуцентом пигментного диоксида титана является компания E.I. du Pont de Nemours & Co. Inc. (DuPont). За последние 10 лет ее доля увеличилась с 22 до 24% от объемов мирового производства этого продукта. Компания владеет заводами в США (3 завода), Мексике и Тайване суммарной мощностью 1000 тыс. т/год, которые работают по хлоридной технологии. Рассматривалась возможность строительства в Европе завода по выпуску диоксида титана мощностью 120–150 тыс. т/год, однако руководство компании пришло к выводу о неэкономичности такого строительства. По мнению DuPont, новые заводы целесообразнее строить в Китае.

Заводы компании Millennium Inorganic Chemicals Inc. Расположены в США (2 завода), Великобритании, Франции (2 завода) и Австралии. В производстве используется как сульфатная (суммарная мощность 182 тыс. т/год), так и хлоридная технология (350 тыс. т/год). В январе 1998 г. компания ввела в строй два новых завода с сульфатным процессом во Франции, затем закончила модернизацию завода с хлоридным процессом в г. Стал-лингбараф (Великобритания), мощность которого увеличена со 109 до 150 тыс. т/год. В настоящее время компания. Millennium Chemicals рассматривает проект увеличения на 10–20% мощностей по производству сверхтонкого диоксида титана на своем заводе в г. Тан (Франция). Сравнительно недавно на этом предприятии завершилась реализация инвестиционной программы на сумму 11,6 млн евро. В результате удалось увеличить выпуск диоксида титана на этом заводе с первоначальных 3,4 до 10 тыс. т/год. Капиталовложения осуществлялись в рамках стратегии наращивания выпуска дорогого и высокоприбыльного TiO2 в форме наночастиц за счет сокращения производства обычных марок этого продукта (под сверхтонкими частицами следует понимать частицы размером от 1 до 150 нанометров). Появление нового проекта по наращиванию мощностей на заводе в Тане объясняется исключительно большим спросом на сверхтонкий диоксид титана на мировом рынке.
 Компания Tioxide (дочерняя компания Huntsman Corp.) владеет 6 заводами с сульфатной технологией (суммарная мощность — 456 тыс. т/год), расположенными в Великобритании, Испании, Италии, Малайзии и ЮАР, и одним заводом с хлоридной технологией (100 тыс. т/год) в Великобритании (г. Грейтхем). В IV квартале 2002 г., после увеличения мощности установки по производству диоксида титана в г. Уэльва (Испания) на 17 тыс. т/год, на рынки поступила дополнительная продукция компании Tioxide. (Инвестиции в реализацию этого проекта составили 40 млн долл.)
 Компания Kronos Inc. (дочерняя компания NL Industries Inc.) владеет 4 заводами с сульфатной технологией в Германии, Канаде и Норвегии суммарной мощностью 24 тыс. т/год и 3 заводами с хлоридной технологией в Германии, Канаде и Бельгии суммарной мощностью 230 тыс. т/год.
 Компания Kemira Pigments OУ производит пигментный диоксид титана на трех заводах: в США, Финляндии и Нидерландах. В 1998 г. компания инвестировала 6 млн долл.в увеличение до 120 тыс. т/год мощности завода с сульфатной технологией в г. Пори (Финляндия), 20 млн долл. — в модернизацию производства на заводе в г. Саванна (штат Джорджия, США) и планирует строить третий блок на фабрике хлоридного производства диоксида титана в г. Роттердам (Нидерланды).
 Компания Kerr-McGee эксплуатирует два своих предприятия в г. Гамильтон (США), которые работают по хлоридной технологии, а также пользуется производственными мощностями компании Bayer в Германии и Бельгии.
 В 1999 г. завершилась работа по расширению мощностей завода в Гамильтоне, в результате которой они увеличились со 150 до 178 тыс. т/год. Совместно с компанией TiWest компания эксплуатирует предприятие в г. Квиана (штат Западная Австралия) мощностью 83 тыс. т/год и совместно с компанией Cristal Pigment — завод в г. Янбо (Саудовская Аравия). Kerr-McGee в середине 2001 г. завершила расширение мощностей (на 10%) предприятия в Австралии. Кроме того, компания проводит работы по снижению издержек производства на своих заводах, в первую очередь, на предприятиях в г. Ботлек (Нидерланды) и г. Саванна (США). Эти заводы она приобрела в 2000 г. у компании Kemira. По данным японской Japanese Titanium Dioxide Industry Association, в 1998 г. в Японии было произведено 253 тыс. т диоксида титана. Крупнейшим продуцентом является Ishihara Sangya Kaisha Ltd., эксплуатирующая заводы в Японии и Сингапуре. Диоксид выпускают и другие японские компании, в т. ч. Tayca, Sakai Chemical, Furukawa, Fuji Titanium Titan Kogyo и Tohkem.
 Компания Sachtleben Chemie, дочерняя структура Metallgesellschaft AG, эксплуатирует фабрику в г. Дуйсбург (Германия) и производит в основном анатазовую форму диоксида титана для синтетического стекловолокна, а также диоксид титана для пищевой и фармацевтической промышленности.
 Польская компания Zaklady Chemiczne эксплуатирует единственное предприятие по производству рутилового пигментного диоксида титана по сульфатной технологии мощностью 36 тыс. т/год, используя норвежский ильменитовый концентрат и канадский титановый шлак. Чешская компания Precheza AS владеет предприятием мощностью 27 тыс. т/год в г. Превов (Чехия), выпуская анатазовый диоксид титана.
 В Словении имеется единственное предприятие по производству рутилового диоксида титана мощностью 34 тыс. т/год, принадлежащее компании Cinkarna Metalursko Kemicna Industrija Celje.

Согласно прогнозу компании DuPont, до 2009-2010 годов среднегодовой прирост мирового рынка диоксида титана составит около 3%. Увеличение производства будет осуществляться на 1,5% год за счет более полного использования существующих мощностей и ещё на 1,5-2,2% год за счет реконструкции действующих предприятий. Крупные производители в настоящее время, по мнению представителей компании DuPont, не имею достаточных средств для строительства новых заводов.
 Отдельно упомянем китайский рынок диоксида титана, как наиболее интересный поставок диоксида титана потенциальными российскими производителями. Производство диоксида титана в Китае в 2005 году выросло на 21,3% до 730 000 тонн. Не смотря на то, что Китай обладает запасами титана в размере 965 млн. тонн (38,85% от общего мирового запаса), качество титановой руды не удовлетворяет потребительский спрос на рынке диоксида титана. В период 2006-20010 в Китай необходимо импортировать 4,4млн. тонн титановой руды или 2,8 млн. тонн титанового скрапа высокого качества. Объемы производства диоксида титана в Китае в период 2000-2005 увеличились вдвое, до 800 000тонн/год. Производство ильменита в 2005 году увеличилось на 58,2% до 226 000 тонн, тогда как двуокись титана анатазной модификации выросло на 13,89% до 410 000 тонн. Производство непигментного диоксида титана за 2005 год осталось стабильным – 92 000 тонн. За 2005 год импорт диоксида титана упал на 9,2% до 227 736 тонн, а вот экспорт вырост на 67% до 157 425 тонн.

Мировая структура потребления диоксида титана

 Мировое потребление диоксида титана 2006 г. составило 4,2 млн. тонн. Структура потребления диоксида титана, по оценкам европейских экспертов, такова. 58–62% произведенного в мире диоксида титана используется в лакокрасочной промышленности, где постепенно вытесняются и производства краски на основе цинка, бария и свинца.
 Около 12–13% диоксида титана используется как пигмент при производстве бумажных изделий в виде рутила (высокосортная бумага) или анатаза (низкосортная бумага, картон). В среднем при изготовлении 1 т бумаги используется 1,4 кг TiO2.
 На производство пластмасс расходуется около 18–22% диоксида титана. Незначительные количества химиката потребляются в производстве каучука, косметики и искусственных волокон.
 В ближайшие годы наиболее высокими темпами будет расти потребление диоксида титана в производстве ламинированной бумаги — на 4–6% в год, а также в производстве пластмасс — на 4% в год. Рост потребления диоксида титана в лакокрасочной промышленности будет менее быстрым — не более 1,8–2% в год.

Удельный вес США и стран Западной Европы в мировом потреблении диоксида титана составляет по 33%, Азии — около 25%. Banc of American Securities прогнозирует рост спроса на диоксид титана в 2006 г.: 8-10% а Азии, 2-4% в Северной Америке и 0-2% в Европе. Мировое потребление ожидается в 2006 г. на уровне 4,2 млн. т.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на         

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на               

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Области применения титана

Титан — это легкий и прочный металл, сплавы из которого часто применяются во многих сферах деятельности человека. 

Практические свойства титана еще не в совершенстве изучены специалистами и поэтому по частоте использования он уступает другим металлам. Также в прямой конкуренции титан проигрывает из-за более высокой стоимости и дефицитности, но при этом обладает уникальными свойствами (например, высокой коррозийной стойкостью), которые позволили ему занять достойное место в большинстве сфер машиностроения, промышленности и конструирования бытовых приборов. Чаще всего титан используют для создания следующих объектов:

Оборудование из сплавов титана 

Стандартное и нестандартное оборудование, которое выпускают машиностроительные комбинаты, в своем большинстве использует аппаратуру, которая должна работать в условиях агрессивной среды, а также быть устойчивой к коррозийным повреждениям. Именно здесь находят свое применение титановые сплавы. Из них производится запорная и перекачивающая аппаратура, различные емкости, фильтры и автоклавы. 

Теплообменная аппаратура 

Тут сплавы из титана часто используют для нагрева, охлаждения, испарения и конденсации. Благодаря им есть возможность сохранить минимальную толщину стенок деталей и при этом уберечь аппарат от коррозийных поражений. Большим плюсом в этих условиях является свойство титана практически не подвергаться смачиванию и образованию осадков.

Нестандартное титановое оборудование 

Некоторые промышленные предприятие уже достаточно давно наладили производство титанового оборудования для решения индивидуальных узкопрофильных задач. Из титана и титановых сплавов делают насосы, электрофильтры, реакторы, технологическое оборудование многие другие элементы.

Если говорить об энергетике, то многие вращающиеся детали создаются именно из титана. Такой выбор металла неслучаен и обусловлен экономической выгодой. Все потому что титан обладает высокой удельной прочностью и без него просто не обойтись в производстве деталей вроде лопаток для паровых турбин. 

Гидрид титана: особенности производства, свойства и применение

Опубликовано: 02.10.2019, Категория: Статьи  

Сложно представить себе современную металлургию и автомобилестроение без продукции химической промышленности. Одно из таких необходимых веществ – гидрид титана. Оно является соединением водорода и металла титан, принадлежит к числу бинарных химических соединений. Формула – Tih3.

Производство, внешний вид и свойства

В промышленных масштабах гидрид получают двумя способами: в процессе соединения натрия и газообразного водорода, а также при нагревании титана в вакууме до 700-800 градусов. Есть еще лабораторные способы получения этого вещества, но для получения в промышленных масштабах они не подходят.

Внешние признаки – порошок, цвет серовато-черный, состоит из очень мелких кристаллов кубической формы или формы тетраэдра.

После получения готового порошка, его обязательно тестируют на соответствие техническим требованиям, затем помещают в специальные упаковки, гарантирующие отсутствие контакта с окружающей средой. Частные лица приобретают его обычно в специализированных магазинах.

Это соединение особенно активно используется в порошковой металлургии. Универсальность его применения объясняется свойствами этого вещества: не поддается к воздействию разбавленных кислот и воды, может магнититься, нейтрален по отношению к прочим металлам. Точнее, воздействию воды поддается, но только при достижении ею температуры в 200 градусов, тогда получается гидроксит натрия. Такая устойчивость к воздействию агрессивной среды позволяет использовать его для защиты элементов из металла от коррозии.

В каких сферах используется

Одно из самых универсально используемых веществ. В лабораторных условиях может служить основным источником водорода. Активно используется при разработке двигателей внутреннего сгорания. Применяется даже в пиротехнике, поскольку благодаря его присутствию возникает белое свечение. Но наиболее важные для экономики сферы использования – металлургия и автомобильная промышленность.

• Благодаря гидриду возможно восстановление металла титана в довольно больших объемах.
• Служит основой при производстве пенометалла.
• С его помощью становится возможным выделение редких видов металлов.
• Используется в случае необходимости прочного соединения металла и керамики, поскольку его присутствие помогает надежной спайке керамики с металлом.
• Служит добавкой при производстве термитных составов.

Перечисленными сферами использование гидрида титана не исчерпывается. Отличное взаимодействие этого вещества с каучуком делает его незаменимым в процессе вулканизации. Для совершенствования этого процесса необходимы масла – парафиновое, минеральное, используется также вазелин. Вводить его можно только непосредственно перед вулканизацией. Готовые смеси в промышленности не производят.

В случае необходимости возможна замена гидрида более дешевым и поэтому доступным веществом – хлоридом натрия. Они обладают похожими химическими свойствами. Хлорид натрия выбирают в ситуации дефицита средств, стоимость его более доступна. Но полная замена невозможна, поскольку есть сферы применения гидрида титана, которые его более дешевым аналогам недоступны. Нужно очень тщательно взвесить все «за» и «против» при решении замены недорогим веществами, поскольку есть угроза дополнительных затрат. В случае неудачи использования хлорида натрия все равно придется повторно приобретать более дорогое химическое вещество – титановый гидрид.

Атрибуты, характеристики и применение титана и его сплавов

Хорошо известно, что титан имеет недвижимость, привлекательная для авиакосмической отрасли и другие отрасли, и что его приложения ограничены из-за высокой стоимости. Этот обзор предоставит тем, кто не связано с титаном объяснение почему титан так привлекателен материал, причем авиакосмическая промышленность является основным фокус. Краткое описание титана приложения и некоторые из его уникальных свойства также будут обсуждаться. ВВЕДЕНИЕ Основные атрибуты титана привлекательный материал включает отличное соотношение прочности и веса, обеспечивающее экономия веса привлекательная для аэрокосмическая и нефтехимическая промышленность; коррозионная стойкость, особенно привлекательная в авиакосмическую, химическую, нефтехимическую и архитектурная промышленность; и биологическая совместимость, представляющая интерес в медицинскую промышленность. Химический промышленность является крупнейшим потребителем титана благодаря отличной коррозионной стойкости, особенно в присутствии окисляющих кислоты.Аэрокосмическая промышленность — это следующий по величине пользователь, в первую очередь из-за повышенного (и криогенные) температурные возможности и снижение веса за счет высокая прочность и низкая плотность; с увеличенным использование полимерного графитового волокна армированные композиты на самолетах, низкий коэффициент теплового расширения тоже немаловажный фактор. Баллистический свойства титана тоже отличные на основе нормализованной плотности. Особенности применения титана в других будут кратко обсуждены области. КАК БЫ ВЫ … … опишите общее значение этой статьи? Цель состоит в том, чтобы предоставить тем, кто не знакомы с титаном и те, у кого мало знаний взгляд на некоторые из уникальных аспекты и преимущества титана. … опишите эту работу материаловедение и инженерия профессионал без опыта в ваша техническая специальность? Цель состоит в том, чтобы объяснить, что уникален в титане и типы приложений, где титан будет иметь преимущества перед другими материалы. … опишите эту работу непрофессионал? Он дает базовое понимание уникальные особенности титана и описывает типы приложений где следует использовать титан. ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТИТАНА Экономия веса Высокая прочность и низкая плотность титан (~ 40% ниже, чем у стали) предоставляют много возможностей для веса экономия.Лучшим примером этого является его использование на шасси Боинга Самолеты 777 и 787 и Airbus A380. На рисунке 1 показано шасси. на самолете 777. 1 Все маркированные детали изготовлены из Ti-10V-2Fe- 3Al. Этот сплав используется как минимум предел прочности на разрыв 1193 МПа; это используется на замену высокопрочной низколегированной сталь 4340М, которая применяется на 1930 МПа. Эта замена привела при экономии веса более 580 кг. 1 Boeing 787 использовал следующее поколение высокопрочный титановый сплав Ti-5Al- 5V-5Mo-3Cr, у которого чуть выше прочность и некоторые преимущества обработки Использование титана при посадке зубчатая конструкция также должна значительно уменьшить обслуживание шасси затраты из-за его коррозионной стойкости. Низкая плотность и высокая прочность сделать его очень привлекательным для ответных действий детали, такие как шатуны для автомобилей Приложения.Опять же цена слишком высока для семейных автомобилей, но Министерство энергетики США инвестирует в значительных усилиях по производству титана комплектующие для легковых и грузовых автомобилей доступный. (Титан успешно используется для гоночных автомобилей высокого класса, где стоимость не такая уж большая проблема.) Ограничение пространства Это приложение не подходит часто, но это очень важно. В лучший пример для этого — шасси балка, используемая на 737, 747 и 757.Этот компонент, работающий между крыло и фюзеляж, поддерживает посадку снаряжение. Другие самолеты Boeing используют алюминиевый сплав для этого применения, но для вышеуказанного самолета загрузка выше, и алюминиевая конструкция будет не помещается в оболочку крыла. Алюминиевый сплав будет предпочтительным вариант так как он намного дешевле по стоимости. Другой вариант — сталь, но это был бы больший вес. Рабочая температура Структура в двигателе и выхлопе помещения работают при повышенной температуре, так что основные варианты сплавы на основе титана или никеля; очередной раз, никелевые сплавы добавят значительных вес.Используются титановые моторные сплавы примерно до 600 ° C. Есть приложения, такие как заглушка и сопло (рис. 2), которые испытывают температуры выше этого на короткое время во время определенные условия эксплуатации. Температура ограничение для титановых сплавов, кроме специализированных моторных сплавов, около 540 ° C. Выше этой температуры кислородное загрязнение становится проблемой, охрупчивание поверхности. Титан также используется при криогенных температурах для конструкций, таких как импеллеры для ракетные двигатели. Коррозионная стойкость Титан имеет очень стойкое зарождение оксид, который образуется мгновенно при воздействии воздуха. Этот оксид причина отличной коррозии сопротивление. Коррозия не фактор для титана в аэрокосмической среде. Титан не рвется, что в мнение авторов является обоснованием за отличный сервис. В эксплуатации, алюминиевые и стальные сплавы со временем образует коррозионные ямы, которые служат для снятия стресса, затем вызвать коррозию под напряжением или усталость трещины.С титаном этого не происходит. Эта коррозионная стойкость несет вплоть до химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажная и архитектурная промышленность. Титан и его сплавы имеют отличная стойкость к самым окислительным, нейтральный, и замедленное восстановление условия. Он также устойчив к коррозии внутри человеческого тела. Биосовместимость тоже отлично; он используется для протезы и кости будут расти в правильно спроектированные титановые конструкции.Технически чистый титан также используется для внешних архитектурных приложений, практика началась в Япония. Применяется для наружных поверхностей в качестве он никогда не потребует обслуживания. Самым известным из них является его использование на внешний вид искусства Гуггенхайма Музей в Бильбао, Испания. Совместимость композитов Титан совместим с графитовые волокна в полимерных композитах. Имеется высокий гальванический потенциал между алюминием и графитом, и если алюминий соприкасается с графитом в присутствии влага алюминий подвергнется коррозии далеко.Его можно изолировать от композитными методами, такими как слой из стекловолокна, но в областях, которые трудно осмотреть и заменить, титан используется как консервативный подход. Кроме того, коэффициент тепловое расширение (КТР) титана, в то время как выше, чем у графита, намного ниже, чем у алюминия. Даже при рабочей температуре дальность конструкции фюзеляжа, около 60 ° C в круизе до + 55 ° C в жаркий день, разница в КТР при использовании алюминия конструкция, прикрепленная к композиту приведет к очень высокой загрузке.Эта не проблема с титановой структурой. Очевидно, что чем длиннее компонент, тем больше будет проблема с использованием алюминий. Низкий модуль упругости Основная область, где это важно в замене стали пружины. С модулем около вдвое меньше стали, только вдвое меньше катушек не требуется. Это в сочетании с высокой прочностью и плотностью около 60% стали может в идеале приводит к экономии веса около 70% от стальной пружины.Кроме того, титан предлагает много превосходная коррозионная стойкость, снижение затраты на техническое обслуживание. Броня Титан имеет отличную баллистическую сопротивление и обеспечивает 1535% снижение веса по сравнению со сталью или алюминиевая броня для такой же баллистической защита при поверхностных плотностях процентов, что привело к существенным экономия веса на военной базе боевые машины. Более легкие автомобили имеют лучшая транспортабельность и маневренность.Отличная коррозионная стойкость, низкий ферромагнетизм и совместимость с композитами также обеспечивают значительные преимущества. Две программы, которые использовать титан в модернизированных машинах Боевая машина пехоты Брэдли (Рисунок 3) и Abrams Main Battle Танк. 2 Относительно высокая стоимость титана. был успешно смягчен с помощью пластины из электронного пучка, холодный под, слиток однократной плавки. 3 УНИКАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ТИТАНА Общая коррозионная стойкость уже обсуждалось.В отношении к коррозионное растрескивание под напряжением (SCC), коммерчески чистые и большинство титановых сплавов практически неуязвимы, если нет свежая резкая трещина при наличии стресса. Если титан треснул воздух, защитный оксид немедленно переформировать, и SCC может не произойти. Если трещина возникла в морской воде, например, тогда SCC может произойти на некоторые высокопрочные сплавы или кислородные марки технически чистой титан.Даже здесь SCC может быть смягченным, если деталь не загружена немедленно. Доусон и Пеллу 4 показали, что рост усталостной трещины Ti-6Al-6V-2Sn может быть восстановлен при тестируется на низкой частоте до тех пор, пока интенсивность напряжения ниже, чем у порог стресс-коррозии. Это связано с повторной пассивацией (реформирование оксида) в морской воде при более низкая частота, тогда как есть недостаточно времени, чтобы это произошло в более высокие частоты. Модуль -сплавов можно изменять. значительно. Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn при 60% холода работа имела растяжение прочность ~ 1070 МПа с модулем ~ 7683 ГПа. При выдержке при 480 ° C прочность и модуль были ~ 1,515 МПа и 103 ГПа соответственно. Титан сплавы, содержащие Nb, Zr и Ta, упоминается как резинка металлическая, развитая для медицинской промышленности имеют эластичные модули всего 4050 ГПа в зависимости от по ориентированию и обработке.Эти модули близки к модулю кости, что делает его идеальным для протезирования. Холодная работа снижает модуль при увеличении силы. 5 Кристаллографическая текстура гексагональный плотноупакованный (HCP) а-фаза может иметь очень значительный влияние на свойства в разных направлениях. Ларсон6 смоделировал модуль монокристалл технически чистой титана и определил, что когда напряженный вдоль базального полюса модуль упругости составляет ~ 144 ГПа, но при напряжении перпендикулярно базальному полюсу ~ 96 ГПа.Различия в предельном растяжении сила, которые также являются показателем кристаллографической текстуры, между продольное и поперечное направление около 205 МПа недавно наблюдается для прокатной полосы, с непрерывная прокатка в одном направлении что может привести к сильной текстуре. Эффект Баушингера, пока нет обязательно уникальный, кажется, имеет более сильный эффект в титановых сплавах, чем другие системы сплавов. Это приписывается ограниченное количество систем скольжения в шестиугольный плотноупакованный (HCP) низкий температура α-фазы.Если образец на растяжение натягивается и тест останавливается до отказа, а сжатие образец взят из Расчетная длина образца на растяжение, а значительное падение предела текучести наблюдается. Деформация растяжения 0,5% при комнатной температуре может снизить коэффициент сжатия на 30%. Это объясняется дислокациями в материал движется в обратном направлении следуя той же траектории скольжения, что означает дислокационные барьеры не имеют преодолеть на ранних стадиях деформация.То же явление наблюдается при растяжении компрессии образец, а затем тянет на растяжение от его расчетной длины. Этот эффект может быть устранены или смягчены путем формирования при повышенной температуре или последующие отжиг. Следовательно, по крайней мере, в авиакосмическая промышленность, когда титан деталь формируется, в последующем отжигается чтобы избежать этого значительного снижения урожайности. Не влияет на предел прочности прочность. Отмечено охрупчивание твердых металлов. проблема с титаном и его сплавами, наиболее ярким примером является кадмий.Интимный контакт (принуждение титан в кадмий или наоборот) и высокие растягивающие напряжения необходимы для этого. ВЫСОКАЯ СТОИМОСТЬ ТИТАНА Как многие знают, главный фактор ограничение более широкого использования титана это его стоимость. Со значительным дороже алюминия и стали сплавы, использование титана должно быть обосновано для каждого приложения. Там этому способствуют несколько факторов. Для разделения требуется высокая энергия металла из руды.Слиток плавка также энергоемка; в кроме того, его высокая реакционная способность требует плавление в инертной атмосфере с использованием медная реторта или под с водяным охлаждением, в зависимости от техники плавки. Обработка также требует очень высоких затрат. порядка 10100 раз медленнее, чем обработка алюминиевых сплавов. Это было недавно указано Froes 7 , что килограмм алюминиевого листа мог быть приобретенным по более низкой цене, чем килограмм титановой губки, исходный материал.Эта губка еще необходимо многократно переплавить с мастером добавление сплава, кованые или кованые и свернутый до размера, подходящего для листа стержень, положить в пачку с несколькими листами прутки, прокатанные до заданной толщины и протравили и отшлифовали до финала толщину для получения титанового листа. Учитывая эти факторы, многие исследований и разработок на Боинг и другое оригинальное оборудование производителей и производителей посвящена сокращению доли закупок титановых компонентов.Для Например, можно использовать тарелку весом 40 кг. для обработки детали весом 5 кг, то есть почти 90% титана превращается в стружку (лом). Уменьшение этого отношение покупок к полетам означает, что снижение веса очень дорогой материал, а также уменьшающий объем выполняемой обработки на этом материале. Несколько технологий преследуются для достижения этой цели. К ним относятся сварка, более широкое использование экструзии, где необходимо, сверхпластичный формовка и сверхпластическая формовка с диффузионным соединением, горячее растяжение формовка для получения более точной формы формы и даже порошковая металлургия.Что касается сварки, то оба сплава и твердотельная сварка исследуются. Пример достижимого сокращения суммы покупки-лету с помощью лазерной сварки показано на рисунке 4. Электронный пучок и трение. и линейная сварка трением также изучается. Сплавы с улучшенными обрабатываемость также исследуются. ВЫВОДЫ Титан — привлекательный материал для многочисленные отрасли, но его использование был ограничен.Широкий спектр ведутся работы по сокращению этого Стоимость. Значительное снижение затрат может значительно расширить производственную базу. В Армия США хотела бы использовать его для уменьшения масса бронетехники, ВМС США хотели бы использовать его для надстройка части его поверхности корабли, поскольку они имеют тенденцию становиться тяжелыми, химическая / нефтехимическая промышленность могла использовать больше преимуществ его коррозии сопротивление и аэрокосмическая промышленность будет использовать больше для снижения веса, если цена может быть снижена.Если эти отрасли могли быть проникнуты значительным образом, промышленная база для титан значительно расширится что должно уменьшить и стабилизировать Стоимость. В настоящее время с единственным объемом пользователи, являющиеся химической и аэрокосмической промышленности, когда авиакосмическая промышленность промышленность имеет значительный рост в заказы, например, когда Boeing 787 выходит на производственную мощность, Боинг требования будут очень высокими, и цена пойдет вверх. Это значит, что некоторые отрасли с положительным но маржинальный бизнес может упасть их использование титана.Если цена получит до точки, где рынок может быть значительно расширились, цены должно быть стабильнее. БЛАГОДАРНОСТИ Автор хотел бы выразить его благодарность доктору J.C. Williams, Honda Кафедра Государственного университета Огайо и Дж. К. Фаннинг, менеджер по структурным Разработка приложений в TIMET, Хендерсон, Невада, за их полезные предоставленные комментарии и информация. ССЫЛКИ 1.Р. Р. Бойер, Thermec 2003, Международная конференция по обработке и производству передовых Материалы (Цюрих: Trans Tech Publications, 2003). 2. Дж. К. Фаннинг, Titanium 99 Science and Technology (Санкт-Петербург, Россия: ЦНИРИЗМ, Прометы, 2000). 3. Буркинс М. и др. Механические и баллистические Свойства электронно-лучевого одиночного расплава Ti- Табличка 6A1-4V, Отчет исследовательской лаборатории армии № ARL-MR-515 (май 2001 г.), www.arl.army.mil/arlreports/2001/ARL-MR-515.pdf. 4. Д.Б. Доусон и Р. Pelloux, Met. Пер. , 58 (8) (1974), стр. 723. 5. Х. Тобе и др., Ti-2007 Science and Technology (Сендай, Япония: JIM, 2007), с. 1449. 6. Ф. Ларсон, Текстура в титановом листе и его Влияние на свойства пластической текучести, AMRA TR-65-24 (Александрия, Вирджиния: Национальная техническая информация Сервис, 1965). 7. Ф. Х. Фроэс, М. А. Имам, Доступная стоимость Разработки в технологии титана и Приложения, Стоимость доступного титана III, изд.М.А. Имам, Ф.Х. Фроес и К.Ф. Дринг (Цюрих: Trans Tech Публикации, 2010), с. 112. Р.Р. Бойер — технический специалист компании Boeing. Company, Сиэтл, Вашингтон 98124; [email protected].

Свойства и характеристики титана

Титан — прочный и легкий тугоплавкий металл. Титановые сплавы имеют решающее значение для аэрокосмической промышленности, а также используются в медицинской, химической и военной технике, а также в спортивном оборудовании.

На долю авиакосмической промышленности приходится 80% потребления титана, а 20% металла используется в броне, медицинском оборудовании и товарах народного потребления.

Свойства титана

• Атомный символ: Ti
• Атомный номер: 22
• Категория элемента: переходный металл
• Плотность: 4,506 / см ³
• Точка плавления: 3038 ° F (1670 ° C)
• Точка кипения: 5949 ° F (3287 ° C)
• Твердость по Моосу: 6

Характеристики

Сплавы, содержащие титан, известны своей высокой прочностью, малым весом и исключительной коррозионной стойкостью.Несмотря на то, что титан прочен, как сталь, он примерно на 40% легче по весу.

Это, наряду с его устойчивостью к кавитации (быстрым изменениям давления, вызывающим ударные волны, которые со временем могут ослабить или повредить металл) и эрозии, делает его важным конструкционным металлом для аэрокосмических инженеров.

Титан также обладает огромной устойчивостью к коррозии как в воде, так и в химических средах. Это сопротивление является результатом тонкого слоя диоксида титана (TiO ₂ ), который образуется на его поверхности, через которую эти материалы чрезвычайно трудно проникнуть.

Титан имеет низкий модуль упругости. Это означает, что титан очень гибкий и может возвращаться к своей первоначальной форме после сгибания. Сплавы с эффектом памяти (сплавы, которые могут деформироваться в холодном состоянии, но возвращаются к своей первоначальной форме при нагревании) важны для многих современных приложений.

Титан немагнитен и биосовместим (не токсичен, не вызывает аллергии), что привело к его все более широкому применению в медицине.

История

Использование металлического титана в любой форме по-настоящему развилось только после Второй мировой войны.Фактически, титан не был выделен как металл до тех пор, пока американский химик Мэтью Хантер не произвел его путем восстановления тетрахлорида титана (TiCl ₄ ) натрием в 1910 году; метод, теперь известный как процесс Хантера.

Однако коммерческое производство началось только после того, как Уильям Джастин Кролл показал, что титан также можно восстанавливать из хлорида с помощью магния в 1930-х годах. Процесс Кролла и по сей день остается наиболее часто используемым методом промышленного производства.

После того, как был разработан рентабельный метод производства, титан впервые широко использовался в военной авиации.И советские, и американские военные самолеты и подводные лодки, спроектированные в 1950-х и 1960-х годах, начали использовать титановые сплавы. К началу 1960-х годов титановые сплавы начали использовать и производители коммерческих самолетов.

Область медицины, особенно зубные имплантаты и протезирование, осознала полезность титана после того, как исследования шведского врача Пера-Ингвара Бранемарка, проведенные в 1950-х годах, показали, что титан не вызывает отрицательного иммунного ответа у людей, позволяя металлу интегрироваться в наши тела в процессе называется остеоинтеграция.

Производство

Хотя титан является четвертым по распространенности металлическим элементом в земной коре (после алюминия, железа и магния), производство металлического титана чрезвычайно чувствительно к загрязнению, особенно кислородом, что объясняет его относительно недавнее развитие и высокую стоимость.

Основными рудами, используемыми в первичном производстве титана, являются ильменит и рутил, на которые, соответственно, приходится около 90% и 10% добычи.

В 2015 году было произведено около 10 миллионов тонн титанового минерального концентрата, хотя только небольшая часть (около 5%) титанового концентрата, производимого каждый год, в конечном итоге оказывается в металлическом титане.Вместо этого большинство из них используется в производстве диоксида титана (TiO ₂ ), отбеливающего пигмента, используемого в красках, пищевых продуктах, лекарствах и косметике.

На первом этапе процесса Кролла титановая руда измельчается и нагревается вместе с коксующимся углем в атмосфере хлора для получения тетрахлорида титана (TiCl ₄ ). Затем хлорид улавливается и пропускается через конденсатор, в котором образуется жидкий хлорид титана с чистотой более 99%.

Затем тетрахлорид титана направляют непосредственно в сосуды, содержащие расплавленный магний.Чтобы избежать загрязнения кислородом, его делают инертным путем добавления газообразного аргона.

Во время последующего процесса дистилляции, который может занять несколько дней, сосуд нагревают до 1832 ° F (1000 ° C). Магний реагирует с хлоридом титана, отделяя хлорид и образуя элементарный титан и хлорид магния.

Волокнистый титан, который получается в результате, называется титановой губкой. Для производства титановых сплавов и слитков титана высокой чистоты губку титана можно плавить с различными легирующими элементами, используя электронно-лучевую, плазменную или дуговую плавку.

Применение титана | Продукты и услуги

Применение титана

Богатый потенциал титана как материала теперь полностью признан, и сфера его применения расширяется с каждым днем. Сегодня мы продолжаем работать в тесном сотрудничестве с нашими клиентами и занимаемся разработкой новых практических применений этого удивительного материала.

Аэрокосмическая промышленность

Самолет

Фото: ANA Фото: IHI Coporation

Ценится за сочетание легкого веса с высокой прочностью, титан способствует усилению планера и обеспечивает более высокие характеристики реактивных двигателей.

Характеристики	Легкость, прочность, устойчивость к коррозии
Приложения	Части реактивных двигателей (вентиляторы, компрессоры и пр.), Корпуса самолетов, топливные баки, шасси, воздуховоды, крепежные детали, рессоры и пр.

Самолеты и реактивные двигатели

В самолетах используется большое количество титанового сплава, поскольку он легкий и чрезвычайно прочный при высоких температурах.Титан используется для усиления рамной конструкции и способствует техническому совершенствованию реактивных двигателей.

Общая промышленность

Химические заводы

Признанная экономичностью, обеспечиваемой долговечностью в течение длительного периода, использование титана в качестве конструкционных материалов и материалов оборудования для заводов находится на подъеме.

Характеристики	Легкость, прочность, устойчивость к коррозии
Приложения	Заводы СПГ Установки опреснения морской воды Нефтеперерабатывающие заводы

Автоцистерны

В автоцистернах, перевозящих гипохлорит натрия и хромат натрия, используется титан, поскольку он легкий, устойчивый к коррозии и чрезвычайно прочный.

Теплообменники

Титан — безопасный и экономичный материал, который идеально подходит для теплообменников, которые используются в условиях экстремально высоких температур и высокого давления.

Фото: АльфаЛаваль

Строительство

Строения и памятники

Сферная наблюдательная комната телохранителей Fuji Television Tokyo Big Sight — Фото: © Satoru MishimaHotel Marques de Riscal (Испания) — Фото: NIPPOM STEEL & SUMITOMO METAL

Благодаря легкому весу, высокой прочности и текстурным свойствам, титан все чаще используется в качестве кровельного материала для традиционных японских построек, таких как храмы и святыни, а также в качестве кровельного и внешнего материала для основных объектов, таких как музей искусства и естествознания, а также стадионы с куполами. .

Крыша главного зала храма Сэнсо-дзи

Титан используется в качестве кровельного материала из-за его высокой стойкости к землетрясениям, высокой коррозионной стойкости и легкого веса, а также усовершенствования технологии обработки для сохранения поверхности, подобной плитке.

Фото: © H.OSAWA

Материал крыши Национального музея Кюсю

Национальный музей Кюсю имеет блестящую синюю крышу из цветного титана.

Крыша главного зала храма Коэцу-дзи

Храм Коэцу-дзи в Киото использовал титан при ремонте крыши своего главного зала. Чтобы он соответствовал японской архитектуре, поверхность титана была обработана, чтобы придать ей текстуру, похожую на дымчатую плитку. Древние постройки, такие как храмы и святыни, необходимо защищать, чтобы сохранить их для будущих поколений. Титан получил высокую оценку как лучший кровельный материал, поскольку он обладает высокой коррозионной стойкостью, очень легкий, не растворяется и не повреждает мох.

Автомобили четырех- и двухколесные

Автомобили четырех- и двухколесные

Фото: Yamaha Motor CO., LTD. Фото: NIPPOM STEEL и SUMITOMO METAL

Во многих частях мотоциклов используется титан, но особенно он используется для глушителей. Глушители используются в экстремальных условиях, поэтому титан признан лучшим материалом, поскольку он легкий, прочный и не ржавеет.

Продукты для повседневного использования

Спорт, мода и отдых

От клюшек для гольфа до наручных часов, оправ для очков, ножей и даже ювелирных изделий — использование титана распространяется на все виды товаров нашей повседневной жизни.

Характеристики	Легкий, высокопрочный, модный, коррозионная стойкость, биосовместимость
Приложения	Клюшки для гольфа, теннисные ракетки, лыжные тарелки, велосипеды и т. Д.

Головка клюшки из титана

Титановые сплавы используются для головок клюшек для гольфа.
Все больше игроков в гольф выбирают драйверы с титановыми головками, которые больше и легче, обеспечивают большую дистанцию ​​и прямолинейность.

Фото: Dunlop Sports Co., LTD.

Ежедневное использование

Фото: CASIO COMPUTER CO., LTD Фото: © H.OSAWA

Титановые часы и очки

Титан используется для изготовления оправ для очков, потому что он очень легкий, не ржавеет, безопасен для человеческого тела (не вызывает аллергии) и обладает достаточной гибкостью.Титан также используется в наручных часах по тем же причинам, а также потому, что он придает им роскошный внешний вид.

Ювелирные изделия из титана

Титан легкий, не вызывает аллергии на металл, имеет уникальную модную текстуру. Поэтому он широко используется в ювелирных изделиях, таких как серьги, ожерелья, булавки для галстука и запонки.

Ножи

Титан безвреден для человеческого организма и гигиеничен. Поэтому он идеально подходит для кухонных ножей.Ножи из титана сохраняют свою остроту в шесть раз дольше, чем ножи из нержавеющей стали.

Медицина и социальное обеспечение

Медицинский

Обладая превосходными характеристиками биосовместимости и низкой частотой аллергических реакций, связанных с металлами, титан широко используется в качестве материала для имплантатов (искусственные зубные имплантаты и искусственная кость). Ожидается развитие приложений в других областях медицины.

Характеристики	Нетоксичность, биосовместимость, коррозионная стойкость, прочность,
Приложения	Искусственные кости, кардиостимулятор, хирургический инструмент и т. Д.
Социальное обеспечение	Титан используется для инвалидных колясок из-за его небольшого веса и высокой прочности.

Стоматологические инструменты

Многие стоматологические инструменты из титановых сплавов используются в стоматологии из-за их более низкой удельной плотности, чем у инструментов из нержавеющей стали.
Кроме того, они обладают превосходными характеристиками по коррозионной стойкости и прочности, чем инструменты из нержавеющей стали.

Искусственные зубные имплантаты

Титан обладает высокой биосовместимостью и не вредит человеческому организму. Поэтому он идеально подходит для использования в дентальных имплантатах.

Благосостояние

Титан используется для инвалидных колясок из-за его небольшого веса и высокой прочности.

Морское проектирование

Морское проектирование

Фото: Haneda D-runwayf Construction СП Титановая крышка для стальной сваи — Фото: © H.OSAWA

Характеристики	Коррозионная стойкость, легкий
Приложения	Мосты океанские, антикоррозийное покрытие для свай и пр.

Причал взлетно-посадочной полосы D аэропорта Ханэда

Транс-Токийское шоссе

Завод по преобразованию тепловой энергии океана (OTEC)

Как альтернативный источник энергии, OTEC находится в центре внимания.Используя преимущество естественного температурного градиента океана, система теплового двигателя замкнутого цикла использует циркуляцию смеси аммиака и воды для приведения в действие генераторов энергии. Для реализации этой технологии производства электроэнергии необходимо широкое использование прочного, устойчивого к морской воде титана для изготовления труб и разнообразного оборудования.

Характеристики и применение титановых клапанов

Характеристики и применение титановых клапанов

---

---

Просмотры сообщений: 192

Титан — важный конструкционный металл.По сравнению с другими металлическими материалами титан имеет две важные характеристики: высокую удельную прочность и хорошую коррозионную стойкость. Главное внимание при выборе материалов клапана — это не механические свойства материала, а его коррозионная стойкость. Таким образом, титан и сплавы из титана стали одним из незаменимых материалов для клапанов, и сегодня на рынке можно найти множество видов клапанов из итана t .

Титановые клапаны

Прежде чем идти дальше, давайте разберемся, почему металлический титан обладает превосходной устойчивостью к коррозии.

Причина, по которой титан обладает превосходной коррозионной стойкостью, заключается в том, что титан очень активен по химическим свойствам и легко вступает в реакцию с кислородом воздуха с образованием плотной оксидной пленки на поверхности. Этот слой оксидной пленки очень устойчив и трудно растворяется. Он противостоит эрозии различными агрессивными средами и может решить проблему коррозии, которую трудно решить для клапанов из нержавеющей стали, меди или алюминия.

Характеристики титановых клапанов

Клапаны из титана и титанового сплава (далее — клапаны из титана) в основном имеют следующие характеристики:

1. Они не только обладают хорошей коррозионной стойкостью, но также имеют легкий вес и высокую механическую прочность.

2. Они не подвержены коррозии в атмосфере, пресной воде, морской воде и высокотемпературном водяном паре.

3. Они обладают хорошей коррозионной стойкостью в царской водке, хлорированной воде, хлорноватистой кислоте, влажном хлоре и других средах.

4. Они также очень устойчивы к коррозии в щелочных средах.

5. Они обладают очень сильной антихлоридной способностью (ХИ) и отличной стойкостью к антихлоридной ионной коррозии.

6. Коррозионная стойкость титановых клапанов в органических кислотах зависит от восстановительных или окислительных свойств кислоты.

7. Коррозионная стойкость титановых клапанов в восстанавливающих кислотах зависит от наличия в среде ингибиторов коррозии.

Применение титановых клапанов

1.Аэрокосмическая промышленность

Высокая удельная прочность и коррозионная стойкость клапанов из титана и титановых сплавов открывает широкие возможности для их применения в аэрокосмической области. Титановые клапаны широко используются в различных трубопроводах на самолетах, включая регулирующие клапаны, запорные клапаны, обратные клапаны, игольчатые клапаны, пробковые клапаны, шаровые краны, дроссельные клапаны и т. Д.

Чистый титан и титановый сплав Ti-6Al-4V — наиболее распространенные титановые материалы, используемые в клапанах.

2. Химическая промышленность

При производстве солей, синтетического аммиака, азотной кислоты, уксусной кислоты и других проектах, связанных с сильными коррозионными средами и средами, коррозионная стойкость обычных металлов трудно удовлетворить требованиям использования, поэтому необходимо использовать титановые сплавы с лучшей коррозионной стойкостью, а контроль. А в регулирующих деталях конвейерного трубопровода должно использоваться большое количество титановых клапанов.

3. Судостроительная промышленность

Советский Союз был первой страной в мире, разработавшей титановые сплавы для кораблей, и провел углубленные исследования титановых сплавов для кораблей.

В 1960-х и 1980-х годах Советский Союз произвел серию ударных подводных лодок, в том числе подводную лодку класса «Альфа» с использованием титанового сплава 3000 тонн и подводную лодку класса «Тайфун» с использованием титана 9000 тонн. В системе морской воды этих подводных лодок используется большое количество трубопроводов из титанового сплава и клапанов из титанового сплава.

4. Атомная энергетика

Поскольку атомные электростанции строятся вдоль побережья, титановые клапаны используются в проектах атомной энергетики из-за их превосходной устойчивости к коррозии в морской воде.Типы включают предохранительные клапаны, редукционные клапаны, запорные клапаны, мембранные клапаны, шаровые краны и т. Д.

Кроме того, титановые клапаны, необходимые для контроля жидкости в особых средах и средах, также широко используются в бумажной промышленности, пищевой и фармацевтической промышленности и других областях, и рынок будущего будет очень широк.

Заключение

Спасибо, что прочитали наши статьи, и надеемся, что вам понравилось. Если вы хотите узнать больше о металлическом титане, мы хотели бы порекомендовать вам посетить Advanced Refractory Metals (ARM) для получения дополнительной информации.

со штаб-квартирой в Лейк-Форест, Калифорния, США, Advanced Refractory Metals ( ARM) является ведущим производителем и поставщиком тугоплавких металлов во всем мире. Он предоставляет клиентам высококачественные тугоплавкие металлы, такие как титан , вольфрам , молибден, тантал, рений, и цирконий по очень конкурентоспособной цене.

Характеристики Титан || КОБЕ СТАЛЬ, ООО.

Характеристики	Примеры	Типичные приложения
Отличная коррозионная стойкость	Отличная устойчивость к морской воде	Теплообменники, строительные материалы
Легкий	Легкий эквивалент 60% нержавеющей стали	Авиационные двигатели
Высокая прочность	Предел прочности при растяжении 275-735 МПа для технически чистого титана и 620-1800 МПа для титановых сплавов
Отличная эластичность	Модуль продольной упругости (модуль Юнга) эквивалентен примерно 50% нержавеющей стали	Головки клюшек, пружины
Превосходная устойчивость к низким температурам	Как технически чистый титан, так и титановые сплавы не становятся хрупкими при экстремально низких температурах.	Баллоны для сжиженного кислорода
Низкая теплопроводность	Теплопроводность эквивалентна примерно 8% алюминия, соответствует нержавеющей стали	Приспособление и инструмент для расплавленного металла
Легкое повышение температуры	Теплоемкость эквивалентна примерно 60% нержавеющей стали	Кастрюли и сковороды
Высокая устойчивость к термоусадке	Степень теплового расширения эквивалентна примерно 50% нержавеющей стали	Строительные материалы, полупроводники, производственное оборудование
Высокое электрическое сопротивление	Электрическое сопротивление в 30 раз выше, чем у меди, отличное сопротивление Сварочные характеристики	Шовная сварка элементов кровли и т. Д.
Чрезвычайно низкий магнетизм	Магнитная проницаемость 1.00005	Электронные устройства (шаговые и др.)
Сверхпроводимость	Проявление в сплаве на основе Ti-Nb	Супер индукционные двигатели, магнитные поплавковые передачи
Отличная биосовместимость	Меньше ионов в организме. Меньшая токсичность	Искусственные суставы, корни зубов и сердечные клапаны
Бережно для кожи	Превосходный контроль против аллергии на металлы	Часы, шнурки на шею
Водородная окклюзия	Проявление в сплаве на основе Ti-Fe	Питатели газообразного водорода
Короткий период полупериода радиоактивности	Период полураспада короче, чем у железа, никеля и хрома	Сосуды для захоронения и хранения радиоактивных отходов
Негорючие	Зарегистрирован как негорючий материал (Авторизованный No.НМ-8596)	Строительный материал
Имидж высокого класса	Используется как кожухи для фотоаппаратов высокого класса и персональных компьютеров	Корпуса фотоаппаратов и персональных компьютеров высокого класса
Превосходные конструктивные свойства	Возможна окраска катодно-окислительной обработкой	Памятники

Применение титановых листов в современном строительстве

[1] Р.Бойер Р. Обзор использования титана в аэрокосмической промышленности // Мат. Sci. Англ. A213 (1996) 103-114.

[2] ЧАС.Фуджи, К. Такахаши, Ю. Ямасита, Применение титана и его сплавов в автомобильных деталях, Технический отчет Nippon Steel № 88, июль (2003 г.).

[3] Я.Горынин, Титановые сплавы для морского применения, Матем. Sci. Англ. А263 (1999) 112-116.

[4] С.Т.Ф. Росс, Концептуальный проект подводной ракетной установки, Ocean Eng. 32 (2005) 85-99.

[5] С.Т.Ф. Росс, Концептуальный проект подводного аппарата, Ocean Eng. 33 (2006) 2087-2104.

[6] С.Цуй, Б. Ху, Л. Чжао, С. Лю, Технология производства титановых сплавов, перспективы рынка и развитие отрасли, Матер. Проект 32 (2011) 1684-1691.

DOI: 10.1016 / j.matdes.2010.09.011

[7] Ю.Косака, С. П. Фокс, К. Фаллер, Новые листы из титанового сплава для изношенных систем мотоциклов и автомобилей. JOM, 56/11 ноября (2004) 32-34.

DOI: 10.1007 / s11837-004-0249-5

[8] В.Яблоков, Б. Драммонд, Н. Хоскисон, Обработка и свойства Allvac Ti-38-644 для титановых пружин автомобильной подвески. Алюминий, изд. Субодх К. Дас TMS, (2004).

DOI: 10.4271 / 2002-01-2129

[9] Дж.Адамус, П. Лацки, Возможность повышения волатильности титановых листов. Key Eng. Мат. 549 (2013) 31-38.

DOI: 10.4028 / www.scientific.net / kem.549.31

[10] Дж.Адамус, П. Лацки, М. Мотыка, К. Кубяк, Исследование способности листового титана к вытяжке. Ti 2011 — Материалы 12-й Всемирной конференции по титану 1 (2012) 337-341.

[11] П.Лацки, Я. Адамус, В. Венцковский, Я. Виновецка, Оценка способности к вытяжке сварных титановых листов. Arch. Металл. Mater. 58 (1) (2013) 139-143.

DOI: 10.2478 / v10172-012-0164-7

[12] Дж.Адамус, П. Лацки, Формирование титановых элементов изгибанием, Comp. Mater. Sci. 50/4 (2011) 1305-1309.

DOI: 10.1016 / j.commatsci.2010.03.011

[13] Дж.Адамус, П. Лацки, Исследование формования листового титана с помощью гибкого инструмента — эксперимент и моделирование, Arch. Металл. Mater. 57/4 (2012) 1247-1252.

[14] Дж.Adamus, P. Lacki, W. Wiȩckowski, Численное моделирование процесса чистовой вырубки листового титана, Arch. Металл. Mater. 56 (2) (2011) 431-438.

DOI: 10.2478 / v10172-011-0046-4

[15] П.Лацки, Моделирование формования сварных заготовок из листового титана, Труды 12-й Международной конференции по вычислительной пластичности — основы и приложения, COMPLAS’2013, Барселона, Испания, (2013) 854-861.

[16] П.Лацки, Дж. Адамус, М. Мотыка, Дж. Сенявски, Теоретический и экспериментальный анализ испытания на сжатие кольца для титанового сплава Ti-6Al-4V, Ti 2011 — Труды 12-й Всемирной конференции по титану 1 (2012) 333-336 .

DOI: 10.1002 / 9781119296126.ch69

[17] П.Лацки, К. Адамус, Численное моделирование сварки тонких листов титана, Key Eng. Мат. 549 (2013) 407-414.

DOI: 10.4028 / www.scientific.net / kem.549.407

[18] А.Bylica, J. Sieniawski, Титан и его сплавы (на польском языке: Tytan i jego stopy), PWN, Варшава-Польша, (1985).

[19] К.Kutzsche, W. Hennig, Umformfestigkeit von Titan. Neue Hütte 35 (1990) 149-15.

[20] Р.Melechov, K. Tubielewicz, W. Błaszczuk, Титан и его сплавы (на польском языке: Tytan i jego stopy), Wyd. Политехники Ченстоховской, Ченстохова-Польша (2004).

[21] Р.Boyer, G. Welsch, E. W. Collings: Справочник по свойствам материалов: Титановые сплавы. ASM International, Парк материалов, Огайо (1994).

[22] Дж.Ред. Р. Дэвиса: Справочник по металлам, т. 2 — Свойства и выбор: цветные сплавы и материалы специального назначения. ASM International, 10-е изд., (1990).

[23] Т.Одзаки, Х. Мацумото, С. Ватанабе, С. Ханада, Бета-титановые сплавы с низким модулем Юнга, Mater. Пер. 45/8 (2004) 2776-2779.

DOI: 10.2320 / matertrans.45.2776

[24] Т.Wierzchoń, E. Czarnowska, D. Krupa, Технологии поверхностей в производстве титановых биоматериалов (на польском языке: Inżynieria powierzchni wytwarzaniu biomateriałów tytanowych), Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Варшава-Польша (2004).

[25] W.Хан, К. Чжан, Г. Ван, Сверхпластическое формование и диффузионное соединение сотовой структуры сплава Ti6Al4V. J. Mater. Обработать. Tech. 183 (2007) 450-454.

DOI: 10.1016 / j.jmatprotec.2006.10.041

[26] Дж.Адамус, Штамповка титановых листов. Key Eng. Мат. 410-411 (2009) 279-288.

DOI: 10.4028 / www.scientific.net / kem.410-411.279

[27] С.Накамура, К. Хомма, Долговечность стальных пластин с титановым покрытием, используемых в качестве антикоррозионной системы, Structural Engineering International, 10/4 (2000) 262-265.

DOI: 10.2749 / 101686600780481338

Свойства и применение титана

Титан — странный материал, не в последнюю очередь из-за окружающих его мифов.Его часто описывают как невероятно жесткий или невероятно сильный, хотя на самом деле это не так. Он может быть впечатляюще прочным по сравнению с его плотностью, но в этом отношении ничем не выделяется. Это было очень дорого, и обывателям казалось, что это недоступно. Однако на единицу массы он не дороже, чем многие марки стали или алюминия. Он широко используется в автоспорте, но реже — в производстве автомобилей и мотоциклов.

Если оставить в стороне плохо информированное мнение и сосредоточиться на механических и физических аспектах титановых сплавов, это все еще странный материал.Несмотря на то, что сплавы, используемые для компонентов автоспорта, относительно прочны, их поведение при воздействии даже умеренных уровней поверхностных напряжений крайне неудовлетворительно. Например, титан невозможно использовать практически в любом приложении, где есть скольжение. Несмотря на его прочность при растяжении или изгибе, мы не можем использовать титан или его сплавы для скольжения, если не примем меры для улучшения поверхности за счет использования твердых инженерных покрытий, таких как нитрид хрома (CrN), нитрид титана (TiN), алмаз -подобный углерод (DLC) или металлическое покрытие, такое как молибден.

Титан также имеет очень низкую теплопроводность, а его способность изолировать компоненты от воздействия тепла дает ему возможность применения в двигателях, где этот материал разрешен. Поскольку титан (на мой взгляд, ошибочно) рассматривается как экзотический материал, он запрещен в правилах многих руководящих органов для гоночных двигателей. Его можно использовать в качестве изолирующей «прокладки» для некоторых применений, а титановые крепежные детали уменьшают теплопередачу через соединения по сравнению со сталью и другими материалами.Несмотря на то, что мы можем видеть крепежные детали как имеющие небольшую площадь поперечного сечения по сравнению с остальной частью соединения, теплопередача может быть значительной, и измеримое снижение температуры компонентов может быть измерено путем перехода от стальных крепежных элементов к титановым.

Сочетание теплопроводности, плотности и удельной теплоемкости означает, что титан имеет очень низкий коэффициент температуропроводности, который является мерой способности материала проводить тепло, деленной на его способность сохранять тепло.Материалы с низким коэффициентом температуропроводности демонстрируют высокие температурные градиенты в ответ на местный нагрев, поскольку передача тепла от «горячих точек» к более холодным областям плохая. Температуропроводность титана составляет менее 50% от стали и около 10% от алюминия.

Титан, ничем не примечательный с точки зрения прочности и жесткости, имеет низкое отношение жесткости к прочности. В некоторых случаях, особенно в случае застежек, это очень привлекательная комбинация. При заданной рабочей нагрузке на соединение снижение жесткости застежки приводит к уменьшению циклической нагрузки, воспринимаемой застежкой.Вот почему в сильно нагруженных крепежных изделиях, таких как шпильки головки блока цилиндров или болты шатуна, хвостовики имеют перегиб. В некоторых случаях переход со стальных крепежных изделий на титановые также может сопровождаться уменьшением размеров крепежных элементов без потери прочности.

Плотность титана по сравнению со сталью означает, что для эквивалентной массы компонента можно использовать больше титана. Для такого компонента, как шатун, это дает возможность улучшить жесткость на изгиб и кручение.Фактический прогиб при нормальной работе может не вызывать беспокойства, но жесткость имеет важное влияние на вибрацию и резонанс, и повышенная жесткость титанового компонента может иметь значение в этом отношении.