Применение титана. Авиа- и ракетостроение
Применение любого конструкционного материала определяется не только его физико-механическими свойствами, но и такими характеристиками, как технологичность, дефицитность и стоимость.
По комплексу физико-механических свойств титановые сплавы являются универсальным конструкционным материалом, сочетая нехладноломкость алюминия и аустенитных сталей, высокую коррозионную стойкость лучших медноникелевых сплавов и нержавеющих сталей, немагнитность, прочность и удельную прочность более высокие, чем у большинства конструкционных материалов. Поэтому потенциально титановые сплавы эффективны как авиационные и космические материалы, материалы для химической промышленности, судостроения и др. вплоть до материалов тары для хранения ядохимикатов и удобрений в сельском хозяйстве.
Кресла-коляски, изготовленные из титана, обеспечивают легкий вес, но очень крепкие, а детские кресла-коляски можно выращивать, когда ребенок становится старше. Удивительно, но из всех минерализованных и синтетических минералов титана примерно 5% используется для производства титанового металла. Оставшиеся 95% используются для производства чистых диоксидов титана - пигмента, который усиливает яркость и непрозрачность в красках и красках, бумаге и пластмассах и даже в пищевых продуктах и косметике.
Титан спонтанно образует твердую защитную оксидную пленку при контакте с любым кислородом. Именно этот фильм дает металлический блеск и мерцание металла, с изменением толщины пленки, влияющей на цвет, который выполняет металл. Он также обладает замечательной эластичностью, что делает его предпочтительным для художественных и архитектурных сооружений. Например, 40-метровый мемориал Юрию Гагарину в Москве сделан из титана для привлекательного цвета металла и связи с ракеткой. Музей Гуггенхайма в Бильбао покрыт титановыми панелями.
Развитие вакуумной техники обеспечило возможность создания вакуумно-дуговых агрегатов для плавки слитков в промышленных условиях. Производство слитков массой до нескольких тонн давно перестало быть сложной проблемой; технически возможно изготовление слитков массой до 17,0 т, что по объему соответствует стальному слитку массой около 30 т. Существенным является и то, что при соблюдении определенных предосторожностей горячую деформацию титановых слитков возможно осуществлять на том же печном, кузнечно-прессовом и прокатном оборудовании, которое используется для обработки стали. В настоящее время промышленность ряда стран производит практически любые полуфабрикаты, необходимые для различных отраслей машиностроения. Несмотря на ряд специфических особенностей (склонность к схватыванию, повышенная химическая активность и т. п.), титановые сплавы всех классов вполне удовлетворительно обрабатываются резанием (точение, сверление, строжка и т. п.), поддаются газовой резке, резке вулканитовыми кругами и т. п., а также свариваются всеми видами аргонодуговой сварки. Это дает возможность изготавливать различные и сложные детали, узлы и агрегаты.
Он также может быть использован для структурного ремонта исторических зданий. Высокое соотношение прочности и веса титана делает его идеальным для использования в широком спектре спортивного оборудования. Титан является основным материалом в компонентах самого легкого в мире велосипеда, который весит всего 6 кг! Учитывая, что средний взрослый велосипед весит 30 фунтов. и гоночные велосипеды весом около 15 фунтов. Этот велосипед чрезвычайно легкий благодаря своей структуре титана.
Покупателем титана для спортивных товаров номер 1 является производство голов для клюшек. Титан также естественным образом устойчив к коррозии и эрозии, что делает его отличным выбором для оборудования безопасности. Однако замена нержавеющей стали длилась всего 9 месяцев, после чего у них была проблема коррозии, которая могла бы разбить болт на простой заряд массы тела. Металлурги обнаружили, что единственным металлом, которым альпинисты могли доверять своей жизнью, был титан.
Таким образом, технологичность титановых сплавов в металлургическом и машиностроительном производствах достаточна для изготовления практически любых деталей и узлов. Поэтому основными факторами, определявшими до недавнего времени сферу и объемы применения титановых сплавов, были их стоимость и дефицитность. В начальный период освоения титана, когда производство имело мелкосерийный характер, стоимость титановых полуфабрикатов была высока. Рост объемов производства и усовершенствование оборудования сопровождались естественным снижением стоимости полуфабрикатов. В соответствии с этим расширилась и сфера применения титана.
Важность титана или любого другого материала в этом отношении может быть не больше, чем использование, которое оно ставит. При выборе титана и его сплавов для любого конкретного применения инженер должен учитывать как экономическое, так и технологическое обоснование использования этого металла в конкретных компонентах.
Даже при нынешней прейскурантной цене титана многие предметы для гражданского и военного использования оправданы титаном. Во многих изделиях первоначальная высокая стоимость материала компенсируется либо преимуществами снижения веса из-за низкой плотности металла, либо увеличением срока службы компонента из-за высокой коррозионной стойкости металла.
Ниже кратко рассмотрены основные аспекты эффективного применения титановых сплавов в настоящее время.
Авиа- и ракетостроение.
Военное самолетостроение явилось пионером космического использования титана в технике. В 1950 г. небольшое количество этого металла было впервые применено в выхлопной системе самолета XA7I и хвостовой части фюзеляжа самолета F3H (США). В гражданском самолетостроении США титан впервые был применен в конструкции самолета ДС-7 в 1955 г. Из него были изготовлены противопожарные перегородки, обшивка мотогондолы, шпангоуты и другие детали. В настоящее время аэрокосмическая промышленность США потребляет 85-90% всего производимого в США титана. Особенно эффективно использование титана для обшивки самолетов сверхзвуковых скоростей. Для алюминия рабочие температуры обшивки и других деталей становятся слишком высокими, вследствие чего он теряет свое значение как основной конкурент титана.
Поскольку, как правило, предполагается, что цена на этот металл, без сомнения, будет уменьшаться с увеличением производства и улучшением обработки, здесь не предполагается полностью рассматривать любые экономические соображения. Скорее, предполагается рассмотреть технологическое обоснование, необходимое для использования титана для различных желаемых компонентов.
Следует принять во внимание два основных соображения: одно вытекает из характеристик компонента, а другое - от дизайна. Спецификации обычно требуют согласования определенных механических свойств, желательных в конечном изделии. Такие свойства могут включать одно или несколько из следующих значений: предел текучести, прочность на растяжение, удлинение, уменьшение площади, пластичность изгиба, ударная вязкость, твердость, усталостная прочность, ползучесть и повышенные температурные свойства.
Началом использования в ракетной "технике США следует считать 1957 г. Тогда на производство управляемых снарядов пошло 3% общего потребления титана в стране. В ракетной технике титан применяется для баллонов высокого давления и корпусов ракетных двигателей, работающих на твердом топливе. В ракетах «Атлас», «Титан-1», «Титан-3» и др. применены различные титановые баллоны и сварные балки для окислителя и топлива. В космос титан вышел вместе с космическим кораблем «Меркурий» (1961), в капсуле массовая доля его составляла 18% (каркас, внутренняя обшивка, контейнер антенны и парашюта и др.). На космическом корабле «Джечинай» из титана были изготовлены детали общей массой 545 кг (рама, двухслойная обшивка, емкость высокого давления). Титан применен также в конструкциях служебного отсека корабля «Апполон». Корабль для перемещения космонавтов по лунной поверхности был снабжен титановыми баками. Из титана также изготовляются корпуса искусственных спутников. Следует отметить, что в авиационной и космической технике применяется в основном сплав Ti- 6А1-4V или его аналоги. Иные сплавы используются реже и рассматриваются как перспективные.
После выбора материала инженером по материалам, который отвечает указанным основным минимальным требованиям, он становится ответственным разработчиком продукта за рассмотрение проблем изготовления, свойственных конструкции. Здесь необходимо оценить возможности материалов, которые должны пройти необходимые методы изготовления для получения желаемого конечного продукта.
Значительные изменения в свойствах, предлагаемые нелегированными марками коммерческих производителей. Даже с одним и тем же изготовителем вариация была отмечена среди теплоты того же класса. В последние несколько десятилетий произошло значительное улучшение в этом направлении.
Этот сплав успешно используется для изготовления баллонов высокого давления топливных систем (окислитель, азот, гелий) в ракетах «Титан-2», «Атлас», «Апполон», «Поларис» и т. п Одним из наиболее перспективных титановых сплавов и для изготовления сосудов высокого давления считается также сплав Ti-13V-ПСг-ЗА1. Фирмой «Budd и С0» производятся цилиндры методом спиральной намотки тавров из этого сплава, используя высокую пластичность его в закаленном состоянии.
Чтобы обеспечить легкость изготовления, совместимую с технологией нелегированного титана, инженер по материалам должен ознакомиться с загрязняющим междоузельным содержанием металла, чтобы используемый материал не превышал максимально допустимые пределы этих элементов.
В тех случаях, когда требуются более высокие прочности или когда специальные применения требуют конкретных легирующих элементов, следует учитывать сплав титана. Увеличение содержания сплава будет увеличиваться до определенной степени, обычно при сопутствующей потери пластичности. Это понижение пластичности указывает на уменьшение простоты формообразования.
В трубных системах для жидкого углерода и других сред применяются бесшовные трубы, изготовленные из ряда сплавов и, в частности, из сплава Ti-ЗА1-2,5V. Компания «Mallory- Sharon Metals» рекомендует применять для изготовления высокопрочных труб сплав Ti-16V-2,5А1, рассматривая его как свариваемый, хорошо деформируемый и коррозионностойкий материал.
Поэтому при выборе сплава обычно желательно выбирать этот сплав, который обеспечивает максимальную формуемость для требуемого уровня прочности, будь то прочность на растяжение, усталость или прочность ползучести. Если высокая прочность и твердость являются первичными требованиями, может быть желательным выбрать сплав, который проявляет хорошую реакцию на термообработку. Таким образом, материал может быть подвергнут термообработке, чтобы получить максимальную пластичность, облегчая формуемость. Впоследствии образовавшиеся продукты могут быть подвергнуты термообработке с требуемой прочностью или твердостью.
Фирмой «Т. Y. Brooks» освоено производство болтов из сплавов Ti-6А1-4V и Ti-4А1-4Мп. Считается, что титановый крепеж (по усталостной прочности) обладает большей работоспособностью, чем аналогичный крепеж из стали.
Из титановых сплавов изготавливаются столь ответственные изделия, как втулки несущего винта вертолетов типа S-65, валы шасси и т. п. Весьма широкое применение нашли титановые сплавы для изготовления компрессорной части газотурбинных двигателей. Из сплавов типа Ti-6А1-4V, Ti-8А1-10V, Ti-8A1-1Mq
-IV производят диски и лопатки компрессоров низкого и высокого давления и температур до 400° С. Для более высоких температур перспективными считаются высокоалюминистые сплавы типа Ti-20А1-2V, а также недавно разработанные многокомпонентные сплавы Ti-6А1-6V-2Sn-lCu-lFe-3Zr- lGr-IMo и тот же сплав, но без молибдена и хрома. По сообщению фирмы «Pratt and Whitney», лопатки компрессора из сплава Ti-6А1-4V эксплуатировались в течение 7 лет без поломок. Имеются сведения об изготовлении компрессорных лопаток из композиционного материала в виде порошка сплава Ti-6А1-4V, армированного молибденовой проволокой. Композиционные ме- таллокерагшческие материалы применительно к компрессорным лопаткам могут создаваться и на базе двух титановых сплавов, например на основе высокочистых порошков Ti-6А1-4V (68%) и Ti-20 Nb-7,5А1 (32%). После термообработки такой материал при 593° С имеет предел прочности выше, чем сплав Ti-6А1-4V при 427° С. Для повышения температурных характеристик сплавов применяют также покрытия, состоящие из 95% серебра и 5% алюминия.
В качестве литейных материалов в качестве литейных материалов обычно не обнаружены марганцевые и хромовые. Алюминиевые добавки к этим бинарным сплавам улучшают качество производимого литья. Было обнаружено, что многокомпонентные сплавы, содержащие алюминий в качестве основного добавок, обладают более высокими температурными свойствами. Теперь представляется, что тройные сплавы алюминия с марганцем, хромом или ванадием станут наиболее полезными титановыми материалами.
В качестве общего руководства, по возможности, используйте нелегированный титан. В тех случаях, когда требуются классы сплавов, следует выбирать материал, который обеспечивает наилучшую формуемость при требуемом уровне прочности. Там, где это возможно, следует использовать термообработку либо для получения наилучшей пластичности для удобства формования, либо для достижения максимальной прочности в конечном продукте.
Судостроение
Отмечалось, что титановые сплавы нашли широкое применение для изготовления лопаток компрессорной части авиационных двигателей. Имеются также сведения о применении титана и в морских газовых турбинах. Так, сплав Ti-6А1-4V был применен для изготовления лопаток первых ступеней ротора паровой турбины, где наблюдалась сильная питтинговая коррозия на лопатках турбин, изготовленных из сплава, содержащего 12% хрома. Титановые лопатки после 2000 ч эксплуатации не имели каких-либо признаков коррозионных и эрозионных повреждений.
Для адекватного коммерческого использования титана необходимо, чтобы конкретный компонент был оправдан как с точки зрения экономики, так и с точки зрения технологии. Дизайнеры и инженеры уже нашли широкое применение для этого легкого, высокопрочного, коррозионно-стойкого металла, охватывающего множество разнообразных применений.
Титан все более и более предпочитает алюминий и нержавеющую сталь при использовании самолетов. Алюминий быстро теряет свою силу при повышенных температурах. Преимущество замены титана для стали в самолетах связано с его сопровождающим уменьшением массы без потери прочности. Общее снижение веса и повышенная температура воздуха, обеспечиваемая использованием титана, позволяют увеличить платные нагрузки, а также увеличить дальность и маневренность. В связи с этим прилагаются усилия для использования этого металла в конструкции самолетов от двигателей и планера к шкурам и крепежам.
Титановые сплавы применяются также в морских газотурбинных двигателях. Известно, в частности, что катера оборудуются дизель-газотурбинной установкой, являющейся модификацией авиационного двигателя, в конструкции которого нержавеющая сталь 403, обычно применяемая для лопаток ротора и статора, заменена титановым сплавом Ti-6А1-4V. Эта установка применена также на торпедном катере и ряде кораблей пограничной охраны.
В реактивных двигателях титан главным образом используется в компрессорных лезвиях, турбинных дисках и многих других кованных деталях. Материалы, замененные в этих применениях, представляют собой нержавеющие и термически обработанные легированные стали.
Легкий вес металла в сочетании с коррозионной стойкостью предлагает в морских судах улучшенную маневренность, увеличенный диапазон, меньшее профилактическое обслуживание и снижение стоимости электроэнергии. Морские исследования охватывают такие приложения, как мокрые глушители для подводных дизелей, измерительные диски, тонкостенные конденсаторы и трубки теплообменника. В случае глушителей выхлопных газов титан может обеспечить больший срок службы, чем большинство материалов. Титан, применяемый к метр-дискам, должен предлагать улучшенные услуги в соленой воде, бензине или масле, где существующие материалы уступают в одной или нескольких из этих сред.
За последнее десятилетие применение газовых турбин в корабельных энергоустановках существенно возросло. Эксплуатация ГТД 1-го поколения (модернизированные авиационные двигатели) оказалась успешной, особенно когда требуется быстрое развитие полной мощности, -надежная работа и простота эксплуатации. В настоящее время в США создаются ГТД 2-го поколения, которые должны отличаться более высокой коррозионной стойкостью, экономным расходом топлива, меньшей массой, большим сроком эксплуатации и повышенной надежностью. В турбине LM2500, являющейся типичным представителем ГТД 2-го поколения, ротор и статор компрессора (16 ступеней, трехдисковый ротор) выполнены из титановых сплавов, что обеспечивает им высокую коррозионную стойкость и пониженную массу.
Также для исследования можно использовать трубы теплообменника, которые должны быть устойчивы к коррозии морской водой на внешних стенках и в то же время обеспечивать равную устойчивость к выхлопному конденсату на внутренних стенках. Также рассматриваются такие предметы, как антенны и открытые радиолокационные компоненты, которые требуют устойчивости к газам-стокам, а также к морской атмосфере.
Раннее исследование титана и его сплавов показало, что у металла были многообещающие применения брони. Испытания на ранних титановых доспехах позволили сохранить экономию в 25% за счет замены титана на стальную броню с равным сопротивлением баллистической атаке. С улучшенными сплавами замена дюйма на дюйм не кажется необоснованной. Это позволило бы экономить до 44% веса.
Опреснительные и теплообменные установки
В настоящее время в США требуется опреснительная установка мощностью 1 биллион галлонов в сутки опресненной воды, к 1980-1985 гг. Эта потребность возрастет в 20 раз. Создание высокопроизводительных опреснительных установок требует применения титановых сплавов. Применение титановых труб в теплообменных и опреснительных установках позволило увеличить выход конденсата с 2840 до 5680 м3 в сутки. Вследствие этого оказалось возможным снизить массу трубной системы теплообменных аппаратов на 75-80% по сравнению с медноникелевыми сплавами. Уменьшение толщины стенок труб из титановых сплавов позволяет улучшить теплообменные характеристики трубной системы, несмотря на их меньшую теплопроводность по сравнению с медноникелевыми или нержавеющими трубами. Опытные системы с трубами и арматурой из титановых сплавов проработали в воде свыше 39 мес при скорости потока до 6,1 м/с без признаков повреждений; при очень высоких скоростях потока (42 м/с), недопустимых для любых других материалов, отмечены незначительные коррозионно-эррозионные процессы; износ - 0,2 мм/год. Следует отметить при этом, что высокая удельная прочность титановых сплавов позволяет уменьшить размеры, массу и улучшить условия размещения систем. Если учесть, что усталостная прочность титановых сплавов не снижается в воде, то можно охарактеризовать их как идеальный материал для трубопроводов. Зарубежные специалисты отмечают, что титановые сплавы подвержены биологическому обрастанию в такой же мере, как нержавеющие стали . Однако процесс очистки титановых систем значительно проще. Кроме обычных противообрастающих красок возможно хлорирование титановых систем с промыванием теплой водой (52° С) при скорости до 1,6 м/с. После снятия обрастания не наблюдаются щелевая или питтинговая виды коррозии.
Использование титана на производственной основе позволило бы увеличить маневренность, расширить дальность передвижения и увеличить срок службы. Для воздушных перевозок преимущество легких автомобилей, изготовленных из титана, очевидно. Снижение расхода топлива или увеличение платной нагрузки и повышение усталостной прочности в поршневых штоках и трансмиссиях являются возможными преимуществами замены титана для материалов, используемых сегодня в транспортных отраслях. В приложениях железнодорожного оборудования чрезвычайно важны соображения о мертвой массе.
Автомобилестроение
В Англии организовано производство титановых шатунов для гоночных автомобилей объемом цилиндров 350 и 500 см3. При этом достигнуто уменьшение массы шатуна на 30%, что привело к снижению инерционных нагрузок кривошипно-шатунного механизма, увеличению мощности двигателя на 12 л. с. и экономии горюче-смазочных материалов. Кроме того, в гоночных автомобилях титановые сплавы применяют для изготовления коленчатых валов, клапанов, передних и задних осей, втулок, гаек, торсионйых рычагов, деталей подвески и выхлопной системы и др. Опыт использования титановых сплавов за рубежом показывает, что наиболее целесообразно применение их для деталей высоконагруженных двигателей, несущей конструкции и ходовой части автомобиля. По данным работы, применение сплавов титана для таких деталей автомобильных и дизельных двигателей, как шатуны, клапаны и глушители, позволит существенно увеличить мощность двигателя, повысить надежность и долговечность ряда деталей возвратно- поступательных систем (табл. 1).
Там, где общий вес железнодорожного вагона может быть значительно уменьшен за счет применения титана, следует, что лошадиная сила, необходимая для вытягивания этого легкого автомобиля, будет заметно уменьшена, как и размер, необходимый для журналов и журнальных коробок.
Другое приложение, в котором груз является основным фактором в грузовиках для прицепов. Здесь также повышается платная нагрузка за счет замены стали титаном на такие предметы, как оси и колеса. Технологическое оборудование, которое облегчает транспортировку агрессивных материалов, таких как кислота, щелочь и неорганические соли, является логичным применением для титана. Производственное оборудование, такое как чаны, рефлюкс-башни, фильтры и сосуды под давлением, дает дополнительные возможности для использования титана.
| Наименование детален и узлов | Применяемая марка стали | Рекомендуемая марка сплава | Обоснование технической целесообразности применения сплавов титана |
| Шатунно-поршневая группа | 45Г2, 50ХФА | ОТ4, ВТ8 | Уменьшение инерционных нагрузок кри- вошипно-шатунного механизма, усилий на болты и гайки шатуна, увеличение частоты вращения, а следовательно, и мощности двигателя |
| Болт и гайка шатуна | 45ГА | ВТЗ-1, ВТ8 | Повышение надежности и долговечности в работе при высоких скоростях |
| Поршневой палец | 12ХНЗА | ВТ8, ВТЗ-1 | |
| Механизм газораспределения, клапаны | ИХ9С2 | ВТ8 | Сокращение расхода дорогостоящих никелевых сплавов на 30%; уменьшение силы удара клапана о седло, увеличение запаса сил пружин с 1,6 до 2,1 |
| Толкатель коромысла | 40Х | ВТЗ-1, ВТ8 | Увеличение срока службы, повышение долговечности |
| Гайка распылителя | ЛХ18Н9Т, 45Г2 | ВТ8 | |
| Ось коромысла, штанга, болт регулировочный, шестерни | 45, 45Г2 | Уменьшение массы механизма, инерционных нагрузок и повышение долговечности | |
| Несущая рама | 45, СтЗ | ОТ4 | Значительное увеличение срока службы автомашины из-за лучшей коррозионной стойкости |
| Балансиры | 18ХНВА | ОТ4-1, ВТ5-1, ВТ6С | Повышение долговечности, уменьшение общей массы машины То же |
| Подвески | 18ХНВА | В18 |
Цветная металлургия
В цветной металлургии успешно используются для деталей механизмов, работающих в агрессивных средах. На Запорожском титано-магниевом комбинате замена чугунных деталей насосов, работающих на перекачке растворов хлоридов калия, натрия, магния и слабой соляной кислоты, на титановые позволила повысить срок службы их в 15-20 раз, а потери жидкости при транспортировке снизить в 2,5 ра Березниковском титано-магниевом комбинате в цехе хлорирования установлены кюбели под сухие возгоны, дроссели и переходы на вентиляторах, форсунки на скрубберах и решетки на канализационных стоках. Вентиляторы с деталями из титана не ремонтировались в течение 5 лет, тогда как срок службы вентиляторов из гуммированных углеродистых сталей не превышал одного месяца. Насосы KH3-6/30 из титана работают без ремонта несколько лет; те же насосы, изготовленные из легированных нержавеющих сталей, выходят из строя каждые 2-3 мес. На Усть- Каменогорском титано-магниевом комбинате насосы, работающие на перекачке 20% НС1, служили более 4 лет; чугунные насосы в той же среде работали не более 5-7 дней. Внедрение газоходов и вентиляторов из титана увеличило срок их службы в 12 раз по сравнению с гуммированными сталями. На Норильском горнометаллургическом комбинате титан используется на гидрометаллургическом переделе получения катодного никеля, для коммуникаций оборудования и отдельных узлов. В цехе электролиза никеля был разработан и установлен на испытание образец титанового фильтра сгустителя с полнопогружными дисками для непредельной фильтрации никелевого раствора с одновременным удалением железокобальтового осадка. Опытный образец фильтра-сгустителя заменил 10 единиц старого оборудования, дал возможность увеличить производительность передела, ликвидировать ручной труд, улучшить санитарные условия труда.
Подробный анализ качества работы деталей и механизмов из титана в этой отрасли промышленности позволил рекомендовать титан и его сплавы для изготовления следующего оборудования: насосы по перекачке агрессивных сред; трубопроводы; общезаводские и цеховые вентиляционные трубы для выброса агрессивных газов; запорная арматура на трубопроводах по перекачке агрессивных растворов; автоклавы различной емкости; трубчатые и пластинчатые теплообменники для агрессивных растворов и пара; холодильники-змеевики, холодильники - труба в трубе; валы и роторы вентиляторов и др.
Химическая промышленность
Вопрос использования титана в химическом машиностроении весьма подробно рассмотрен в монографии, где детально описаны условия работы и различные типы изделий и механизмов из титана: емкостная химическая аппаратура; теплообменная аппаратура; фильтры; колонная аппаратура, автоклавы, сушилки, роторы центрифуг, арматура, насосы, детали трубопроводов и т. д.
Авторами показана Высокая эффективность использования титана и его сплавов (главным образом, марок ОТ4) даже в тех средах, где нержавеющая сталь подвергается язвенной коррозии и коррозионному растрескиванию в условиях коррозии под напряжением. Высокая прочность титана и его сплавов позволяет применять его для изготовления деталей, испытывающих большое ускорение. По мнению американских исследователей, спрос на титановую annapaiypy будет увеличиваться с переходом к более высоким давлениям и температурам и более агрессивным средам.
Пищевая промышленность
В пищевой промышленности целесообразно использование титана в виде аппаратуры для переработки пищевых продуктов (автоклавы, реакторы, колонны, центрифуги и др.). Использование на консервных заводах одного титанового котла позволило заменить три котла из дорогостоящих никеля, монель-металла и нержавеющей стали. В США из титана изготавливают смесители, варочные котлы и резервуары для рассолов, маринадов, томатных и других острых соусов. В пищевой промышленности Японии применяют листовую сталь, плакированную титаном, для колонн реакторов, теплообменников, резервуаров в производстве глютаминовой соли и в молочной промышленности.
Основная часть титана расходуется на нужды авиационной и ракетной техникии и морского судостроения. Титан (ферротитан) используют в качестве лигирующей добавки к качественным сталям и как раскислитель. Технический титан идет на изготовление емкостей, химических реакторов, трубопроводов, арматуры, насосов, клапанов и других изделий, работающих в агрессивных средах. Из компактного титана изготавливают сетки и другие детали элетктровакуумных приборов, работающих при высоких температурах.
По использованию в качестве конструкционного материала титан находится на 4-ом месте, уступая лишь Al, Fe и Mg. Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов. Биологическая безвредность титана делает его превосходным материалом для пищевой промышленности и восстановительной хирургии.
Титан и его сплавы нашли широкое применеие в технике ввиду своей высокой мехнической прочности, которая сохраняется при высоких температурах, коррозионной стойкости, жаропрочности, удельной прочности, малой плотности и прочих полезных свойств. Высокая стоимость титана и его сплавов во многих случаях компенсируется их большей работоспособностью, а в некоторых случаях они являются единственным материалом, из которого можно изготовить оборудование или конструкции, способные работать в данных конкретных условиях.
Титановые сплавы играют большую роль в авиационной технике , где стремятся получить наиболее легкую конструкцию в сочетании с необходимой прочностью. Титан легок по сравнению с другими металлами, но в то же время может работать при высоких температурах (см. рис.2). Из титановых сплавов изготовляют обшивку, детали крепления, силовой набор, детали шасси, различные агрегаты. Также данные материалы применяются в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Это позволяет уменьшить их массу на 10-25%. Из титановых сплавов производят диски и лопатки компрессора, детали воздухозаборника и направляющего аппарата, крепеж.
Также титан и его сплавы используют в ракетостроении . Ввиду кратковременной работы двигателей и быстрого прохождения плотных слоев атмосферы в ракетостроении в значительной мере снимаются проблемы усталостной прочности, статической выносливости и отчасти ползучести.
Технический титан из-за недостаточно высокой теплопрочности не пригоден для применення в авиации, но благодаря исключительно высокому сопротивлению коррозии в ряде случаев незаменим в химической промышленности и судостроении . Так его применяют при изготовлении компрессоров и насосов для перекачки таких агрессивных сред, как серная и соляная кислота и их соли, трубопроводов, запорной арматуры, автоклав, различного рода емкостей, фильтров и т. п. Только титан обладает коррозионной стойкостью в таких средах, как влажный хлор, водные и кислые растворы хлора, поэтому из данного металла изготовляют оборудование для хлорной промышленности. Из титана делают теплообменникн, работающие в коррозионно активных средах, например в азотной кислоте (не дымящей). В судостоении титан используется для изготовления гребных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д. На титан и его сплавы не налипают ракушки, которые резко повышают сопротивление судна при его движении.
Титановые сплавы перспективны для использования во многих других применениях, но их распространение в технике сдерживается высокой стоимостью и дефицитностью титана.
Соединения титана также получили широкое применение в различных отраслях промышленности. Карбид титана обладает высокой твердостью и применяется в производстве режущих инструментов и абразивных материалов. Белый диоксид титана (TiO 2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. 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. Диборид титана - важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов. Нитрид титана применяется для покрытия инструментов.
