Титан общие сведения

Открытый в 1789 г. Клапротом титан долгое время не находил практического применения из-за его хрупкости. Полученный в 1925 г. Ван Аркелем и де Буром иодидным методом чистейший титан оказался пластичным и технологичным металлом со многими ценными свойствами, которые привлекли к нему внимание широкого круга конструкторов и инженеров. В 1940 г. Кролль предложил магниетермический способ извлечения титана из руд, который является основным и в настоящее время. Первая промышленная партия  массой 2 т была получена в 1948 г., и этот год считается началом практического применения титана. Мировое производство  (без СССР) составило 2100 т в 1953 г., 22000 т в 1966 г., 55000 т в 1981 г. и примерно 44000 т в 1988 г., 66000 т в 1996 г., 42000 т в 2002 г.
Производство титана в нашей стране началось в 1950 г. и нарастало довольно быстро. В 1960-1990 гг. в СССР было создано крупнейшее в мире производство титана . В конце 80-х годов объем промышленного производства  в СССР превышал объем его производства во всех остальных странах мира, вместе взятых. С1990 г. производство титана в нашей стране начало сокращаться и в 1993 г. общий выпуск титановой губки составил немногим более 30% выпуска 1989 г. В последующие годы производство титана в России сократилось в еще большей степени из-за уменьшения выпуска, главным образом, авиационной техники. Следует отметить, что в этот период происходило существенное снижение объема производства слитков и проката в США и Японии, хотя и не столь сильное, как у нас. Вместе с тем нет сомнений в том, что этот спад производства носит временный характер, поскольку титан и его сплавы по многим показателям превосходят другие материалы.
Титан обладает малой плотностью, большой удельной прочностью, необычайно высокой коррозионной стойкостью, значительной прочностью при повышенных температурах. Титан — ценный материал в тех отраслях техники, где выигрыш в массе играет доминирующую роль, в частности, в ракетостроении и авиации. Применение титановых сплавов в авиационной и ракетной технике наиболее целесообразно в интервале температур 250...600 °С, когда легкие алюминиевые и магниевые сплавы уже не могут работать, а стали и никелевые сплавы уступают им по удельной прочности. Благодаря высокой коррозионной стойкости во многих химически активных
средах титан имеет большие перспективы применения в химической промышленности и на предприятиях первичной металлургии.
Важное значение имеет также большая распространенность титана в природе. В земной коре содержится около 0,60% титана. Среди конструкционных металлов титан по распространенности занимает четвертое место, уступая лишь алюминию, железу и магнию.
К недостаткам титана следует отнести: 
а) высокую стоимость производства;
б) активное взаимодействие титана при высоких температурах, особенно в жидком состоянии, со всеми газами атмосферы;
в) трудности вовлечения в производство титановых отходов; 
г) невысокие антифрикционные свойства, обусловленные налипанием титана на многие материалы; 
д) высокую склонность титана и многих его сплавов к водородной хрупкости и солевой коррозии; 
е) плохую обрабатываемость титана резанием, аналогичную обрабатываемости нержавеющих сталей аустенитного класса. 
Между стружкой титана и инструментом имеется очень небольшая контактная поверхность, в результате чего в зоне резания возникают высокие удельные давления и температуры. К тому же титан обладает очень низкой теплопроводностью, что затрудняет отвод тепла из зоны резания. В результате титан легко налипает на инструмент и быстро изнашивает его.
При сварке титана возникают трудности, обусловленные его большой химической активностью, склонностью к росту зерна при высокой температуре и фазовыми превращениями при сварочном цикле. При сварке необходимо защищать от взаимодействия с газами не только расплавленный металл шва, но и все сильно нагретые части. Несмотря на эти трудности, в настоящее время успешно применяют дуговую сварку в атмосфере аргона, электроннолучевую сварку и контактные методы сварки.Титановые сплавы в промышленном масштабе впервые были использованы в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Применение титана в конструкции реактивных двигателей позволяет уменьшить их массу на 10...25%. В частности, из титановых сплавов изготавливают диски и лопатки компрессора, детали воздухо-заборника, направляющего аппарата и крепежные изделия.
Титановый прокат титановый лист титановая плита титановая труба титановый пруток титановая проволока в самолетных конструкциях применяют в двух основных направлениях: 
а) как материалы, обладающие более высокими удельными характеристиками по сравнению с алюминиевыми сплавами и сталями в обычных околозвуковых самолетах;
 б) как материалы для сверхзвуковых самолетов, когда алюминиевые сплавы становятся неработоспособными, а стали не могут конкурировать с титановыми сплавами из-за меньших удельных прочностных характеристик.
По удельным характеристикам, особенно по удельному пределу выносливости, титановые сплавы превосходят другие материалы. Поэтому замена алюминиевых сплавов и сталей на титановые сплавы позволяет уменьшить массу самолетных конструкций и получить более высокие ресурсные характеристики.
Рост скоростей полета летательных аппаратов привел к повышению температуры обшивки, в результате чего алюминиевые сплавы перестали удовлетворять требованиям, которые предъявляются авиационной техникой сверхзвуковых скоростей, у самолета, летающего на высоте 20 км при скорости, равной трем скоростям звука (3 М). Температура обшивки в этом случае достигает 246...316 °С. В этих условиях наиболее приемлемым материалом оказались титановые сплавы.
Титановый прокат ( титановый лист титановая плита титановая труба титановый пруток титановая проволока) используют для изготовления обшивки, деталей крепления, силового набора, деталей шасси, различных агрегатов. В 70-х годах XX века существенно возросло применение титановых сплавов для планера гражданских самолетов. В частности, титановые сплавы использованы в конструкции первого в мире сверхзвукового пассажирского советского лайнера ТУ-144. В настоящее врем титановые сплавы применяются в той или иной степени практически во всех самолетах гражданской и военной авиации. В самолете ИЛ-71 из титанового сплава ВТ22 изготовлена траверса шасси, шпангоут, монолитный лонжерон. Применение титанового сплава ВТ22 в шасси самолетов ИЛ-86 и ИЛ-96-300 дало экономию 250 кг при общей массе 1,2 т. В дальнемагистральном самолете ИЛ-96-300 из титановых сплавов изготовлены узлы шасси, стенки силовых шпангоутов, силовые кронштейны фюзеляжа, детали крепления и другие детали, I этом самолете масса титановых деталей составляет 5438 кг.
В среднемагистральном самолете ТУ-204 общая масса деталей и титановых сплавов составляет 2570 кг .
Применение крупногабаритных штамповок и плит из титановых сплавов для изготовления высоконагруженных деталей планера самолета ТУ-204 привело к снижению их массы на 175 кг. Использование титановых сплавов в узлах и деталях различных систем обеспечило экономию массы 600 кг. Наибольший выигрыш в массе достигается заменой деталей крепления из стали на крепеж из сплава ВТ16, и дает экономию в 688 кг. Постепенно расширяется применение титана в вертолетах, главным образом для деталей системы несущего винта, привода, а также для системы управления. Важное место занимают титановые сплавы в ракетостроении. Следует отметить, что в ракетостроении ввиду кратковременной работы двигателей и быстрого прохождения плотных слоев атмосферы в значительной мере снимаются проблемы усталостной прочности, статической выносливости и отчасти, ползучести.
Благодаря высокой коррозионной стойкости в морской воде титан титановый прокат ( титановый лист ,титановая плита ,титановая труба ,титановый пруток ,титановая проволока) находят применение в судостроении 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. Титан и его сплавы, особенно ВТ5- 1кт, применяются в криогенной технике.

Титановые сплавы отличающиеся сочетанием ряда ценных свойств, перспективны для применения во многих областях современной техники высокая стоимость тина 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 широко применяют в авиационной технике.
Титан и его сплавы применяют в химической, нефтехимической,целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности, в цветной металлургии, энергомашиностроении, электронике, ядерной технике, гальванотехнике, при производстве вооружения, для изготовления броневых плит, опреснительных установок, деталей гоночных автомобилей, спортинвентаря (клюшки для гольфа), деталей ручных часов и даже украшений. Азотирование титана приводит к образованию его поверхности золотистой пленки, по красоте не уступающей настоящему золоту.
Благодаря высокой стойкости к солнечной радиации и воздействию атмосферы, даже в условиях жаркого влажного морского климата, титан и его сплавы считают выдающимся архитектурно-строительным материалом. При этом важное значение имеет то обстоятельство, что титан обладает самым близким из «строительных» металлов коэффициентом линейного термического расширения по отношению к аналогичной характеристике стекла, бетона, кирпича и камня. Поэтому титановый прокат ( титановый лист ,титановая плита ,титановая труба, титановый пруток ,титановая проволока) применяют в строительстве и архитектуре для изготовления наружной обшивки, перегородок, покрытия крыш, облицовки колонн, козырьков, навесов, внутренней отделки зданий, а также для монументальной архитектуры. В Москве из титановых сплавов изготовлены два монументальных памятника: в честь запуска первого искусственного спутника Земли и первого космонавта Ю.А. Гагарина.
Титан является наилучшим материалом, биологически совместимым с тканями человека. Поэтому титан широко применяется в медицине для изготовления различного рода хирургических имплантантов (протезов суставов, стоматологических коронок и мостов, пластин и т.д.), а также хирургического инструмента (скальпелей, пинцетов и т.п.) и медицинской аппаратуры (центрифуг сепарации крови).