Титан
Титан – это легкий переходный металл серебристо-белого цвета, который обладает высокой коррозионной стойкостью.
Титан по распространенности в природе находится на девятом месте. В земной коре его доля составляет 0,57 % по массе, а в морской воде около 0,001 миллиграмма на один литр. В земной коре титан практически всегда четырехвалентен и водит в состав кислородных соединений, в свободном виде титан не встречается. В условиях осаждения и выветривания титан имеет геохимическое сродство с оксидом алюминия. Титан концентрируется в морских глинистых осадках и бокситах коры выветривания. Перемещение титана осуществляется механическим способом - в виде коллоидов и механических обломков. Около 30 % оксида титана накапливается в некоторых глинах. На сегодняшний день известно около 100 минералов, в которых содержится титан. Самыми распространенными из данных минералам являются: ильменит, сфен, перовскит, рутил и титаномагнетит.
Коллоиды – это дисперсные системы, являющиеся промежуточными между грубодисперсными системами и истинными растворами.
Самые крупные коренные месторождения титана находятся на территории Украины, Индии, Швеции, Египта, Австралии, Южной Кореи, Казахстана, ЮАР, Канады, Китая и Российской Федерации. Россыпные месторождения титана имеются в Соединенных Штатах Америки, Бразилии, Австралии, Индии и Сьерра-Леоне.
Титановые сплавы и область их применения
Титановые сплавы делятся на три группы:
- Сплавы на основе химического соединения, которые составляют конкуренцию никелевым сплавам в определенном интервале температур.
- Высокопрочные конструкционные сплавы титана, которые представляют собой твердые растворы, с оптимальным соотношением пластичности и прочностных характеристик.
- Жаропрочные титановые сплавы, которые представляют собой твердые растворы с требуемым количеством присадок. Присадки необходимы для обеспечения стойкости в определенных зонах с высокими температурами и незначительной потерей пластичности.
Одним из самых распространенных высокопрочных титановых сплавов является ВТ-22. Данный сплав является свариваемым и обладает хорошей прокаливаемостью и высокими прочностными характеристиками. Сплав ВТ-22И был получен посредством изотермического деформирования в условиях сверхпластичности. Стабильный и высокий уровень механических свойств достигается за счет мелкозернистой однородной структуры, что способствует снижению трудоемкости механической обработки на 35 - 40 %.
Титановые сплавы ВТ8-1 и ВТ8М-1 отличаются высокой жаропрочностью, трещиностойкостью и стабильностью при температуре 400 - 550 градусов по Цельсию. Данные сплавы также обладают низкой чувствительностью. Прочностной показатель сплава ВТ-25 составляет около 1150 мегапаскаль, у него самые высокие свойства при температуре до 550 градусов по Цельсию.
Химические титановые сплавы основаны на интерметаллической фазе. К данным сплавам относятся TiAl, Ti3Al, Ti2AlNb, Al3Ti. TiAl являются жаропрочными сплавами, которые демонстрируют высокую жаропрочность, хорошую стойкость по отношению к окислению и ползучести, высокую усталостную прочность и низкую плотность. Однако, они также обладают низкой пластичностью, что необходимо учитывать при проектировании.
По фазовому составу титановые сплавы делятся на:
- Низколегированные и коммерчески чистые. Данные сплавы состоят из зерен фазы и дисперсных частиц бета фазы в виде сферы.
- Титановые альфа сплавы. Данные сплавы состоят только из альфа фазы, в них содержится алюминий, который предназначен для стабилизации альфа фазы.
- Титановые альфа бета сплавы. Данные сплавы содержат от 4 до 6 % стабилизаторов бета-фазы.
- Титановые бета сплавы, богатые бета-фазой. Данные сплавы содержат существенное количество бета-фазных стабилизаторов.
Титановые сплавы с высокой прочностью, высокой коррозионной стойкостью и хорошей термостойкостью используются при производстве частей космических кораблей, в том числе крыльев и наружной оболочки топливного бака. Небольшой вес и высокая прочность титана позволяет усиливать планеры и увеличивать производительность реактивных двигателей. В самолетостроении титановые сплавы используются для укрепления каркасной конструкции. Титан и сплавы на его основе также используются:
- при производстве установок опреснения морской воды,
- при производстве установок для природного сжиженного газа,
- при производстве оборудования для атомных станций,
- при производстве оборудования нефтеперерабатывающих заводов,
- при производстве теплообменников, которые используются в экстремальных условиях - высокие температура и давление,
- при производстве автоцистерн для химических реагентов,
- в биомедицинских приложениях.
