Применение титана и титановых сплавов

Применение титана и титановых сплавов в различных областях и отраслях промышленности. Самолётостроение, кораблестроение, приборостроение, медицина.

      Применение титана и титановых сплавов.

Во многих отраслях промышленности, таких, как ракетостроение, авиа и судостроение, в химической промышленности и другой, используется наиболее прочный и качественный материал, с помощью которого и создаются крупные объекты, необходимые для разных видов деятельности человека - титан, твердый металл, предназначенный для крупной промышленности. В промышленности используются титановые листы и плиты, из которых создаются корпуса ракет, машин, подводных лодок. А для того, чтобы создать каркасы и формы из титановых сплавов, используется титановая проволока, являющаяся наиболее прочной и надежной.
При производстве оборудования для химической промышленности самое важное значение имеет коррозионная стойкость металла. Существенно также снизить вес и повысить прочность оборудования. Логически следует предположить, что титан мог бы дать ряд выгод при производстве из него оборудования для транспортировки кислот, щелочей и неорганических солей. Дополнительные возможности применения титана открываются в производстве такого оборудования, как баки, колонны, фильтры и всевозможные баллоны высокого давления.
Применение трубопроводов из титана способно повысить коэффициент полезного действия нагревательных змеевиков в лабораторных автоклавах и теплообменниках. О применимости титана для производства баллонов, в которых длительно хранятся газы и жидкости под давлением, свидетельствует применяемая при микроанализе продуктов сгорания вместо более тяжелой трубки из стекла. Благодаря малой толщине стенок и незначительному удельному весу эта трубка может взвешиваться на более чувствительных аналитических весах меньших размеров. Здесь сочетание легкости и коррозионной стойкости позволяет повысить точность химического анализа.
Широкое применение титан находит в производстве искусственного волокна, красителей, азотной кислоты, синтетических жирны кислот, хлорированных углеводородов, кальцинированной соды, в хлорорганическом синтезе, во многих агрессивных средах.
По объему применения титана цветная металлургия занимает второе место среди гражданских отраслей промышленности. Наибольшее распространение титановое оборудование получило на предприятиях кобальтово-никелевой и титаново-магниевой промышлености, а также в производстве меди, цинка, свинца, ртути и других металлов.
Титан применяется в качестве элемента, повышающего твердость алюминиевых сплавов, и модификатора, позволяющего получать мелкозернистую структуру металла.
Добавки титана повышают качество чугуна и стали. Отдельно или с другими элементами титан применяется как раскислитель при производстве многих низколегированых и углеродистых сталей.

Наиболее часто в промышленности применяется титановый пруток и титановый лист марки ВТ1-0, титановая проволока ВТ1-00.

Титан в самолетостроении.

Основными требованиями, предъявляемыми к материалам для самолетостроения, являются их высокие удельная прочность и жаропрочность, сопротивление усталостным нагрузкам, трещиностойкость и достаточная коррозионная стойкость.
Титановые сплавы используются в планере самолета для таких деталей и конструкций как обшивка, силовой набор, детали крепления, шасси, механизация крыла, пилоны, гидроцилиндры, различные агрегаты.
Титановые сплавы используются в вертолетах главным образом для деталей системы несущего винта и привода, а также системы управления. Из титановых сплавов изготовляют втулки несущего винта, втулки хвостового винта, цапфы, скобы, корпуса осевых шарниров, наконечники лопастей.
Для высоконагруженных вертолетных деталей используют титановые сплавы ВТ6, ВТ 5-1 и опробуют высокопрочные сплавы ВТ22.

Титан в двигателестроении.

Двигатели гражданской авиации.

Применение титана в газотурбинных двигателях, а именно в турбовентиляторных двигателях.
Титановые сплавы применяются в двигателях в основном для изготовления узлов вентилятора и компрессора, т.е. дисков, лопаток, направляющих аппаратов, промежуточных колец, корпуса двигателя, различных корпусных деталей, воздухозаборника.

Титан в ракетостроении.

Титановые сплавы широко использовались в пилотируемых ракетных комплексах «Восток» и «Союз», беспилотных «Луна», «Марс», «Венера», а также в более поздних космических системах - «Энергия» и орбитальном корабле «Буран».
Основными объектами применения титана являются твердотопливные и жидкостные ракетные двигатели, обшивки, корпуса пороховых двигателей, трубчатые конструкции стыковых отсеков, агрегаты различного назначения, в частности газовые баллоны высокого давления, детали крепления.

Основными требованиями, предъявляемыми к титановым сплавам в этих конструкциях, являются высокая удельная прочность, а в некоторых случаях - низкая хладноломкость, высокая упругость паров в глубоком вакууме и др. В ракетостроении используется практически вся номенклатура конструкционных титановых сплавов.

Титан в судостроении.

В судостроении титановые сплавы используются главным образом как коррозионно-стойкий материал в морской среде. Из титановых сплавов изготовляют обшивку судов, гребные винты, теплообменники и др. судовую аппаратуру. Как правило, используют низкопрочные и среднепрочные сплавы хорошо сваривающиеся всеми видами сварки и обладающие удовлетворительной технологической пластичностью.

Титан в машиностроении.

В отечественной промышленности титановые сплавы применяются главным образом в химическом, тяжелом, энергетическом и транспортном машиностроении, машиностроении для легкой, пищевой промышленности и в бытовых приборах.
Титановые сплавы применяются для изготовления таких деталей, как шатуны, впускные и выпускные клапаны, коромысла клапанов и глушителей.
Наиболее целесообразно использовать титановые сплавы для деталей высоконагруженных деталей; для несущей конструкции автомобилей рекомендованы сплавы средней прочности, для ходовой части - сплавы средней прочности и высокопрочные, для деталей двигателя - сплавы средней прочности и жаропрочные.

Титан в медицине.

Одним из ценных свойств титана является его биологическая совместимость с живой тканью. Титан и его сплавы (например, ВТ6 и ВТ14) является идеальным материалом для протезирования.
Сочетание высокой удельной прочности и практически идеальной совместимости титана и его сплавов с тканями человеческого организма делает из наиболее перспективным материалом для изготовления протезов (замена костей), имплантантов. Зубных металлокерамических коронок,  базисов съемных зубных протезов. Для каркасов мостовидных протезов применяется титановая проволока марки ВТ1-00.
Титан широко используется в медицине уже в течение многих лет. Преимущества - прочность, сопротивление коррозии, и главное то, что у некоторых людей возникает аллергия на никель (обязательный компонент нержавеющих сталей), в то время как ни у кого не обнаружена аллергия на титан. Используемые сплавы - коммерческичистый титан и Тi6-4Eli. Титан используется в производстве хирургического инструмента, внутренних и внешних протезов, включая такие критические, как сердечный клапан. Из титана изготовляют костыли и инвалидные коляски.

Стремительное развитие медицинской сферы применения титана в значительной мере объясняется известным прогрессом в современной хирургии в области эндопротезирования суставов. Тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности титана и его сплавов, обеспечивает полную защиту металла от коррозии во многих средах, в том числе и физиологических. В этих условиях указанные материалы стойки не только к общей, но и к различным видам локальной коррозии, чего нельзя сказать о нержавеющих сталях. Многочисленные эксперименты, а также электронно-мискроскопические наблюдения свидетельствуют о прекрасной биологической совместимости титана и основных его сплавов с живой тканью. Костные и мягкие ткани хорошо прирастают к этим материалам, аналогично тому как это делают морские микроорганизмы и ракушки, составляя в соответствующих применениях проблему "обрастания" титана. Высокая удельная прочность и низкий модуль упругости титановых сплавов являются весьма благоприятным сочетанием свойств с тоячки зрения эндопротезирования. Титановые сплавы примерно в два раза менее жестки и легче, чем стали и кобальтовые сплавы, обладают высокими вязко-пластическими характеристиками.

Все более расширяется применение титана в спортивном инвентаре (спортивные велосипеды, альпинистское снаряжение).
Еще одним потребителям титана может стать монументальная архитектура. В Москве, установлено два крупных монумента в честь запуска первого искусственного спутника Земли и первого космонавта Ю.А. Гагарина.
Титан успешно используется и как броневой материал.

Применение титана целесообразно в пищевой, нефтяной и электротехнической промышленности, а также для изготовления хирургических инструментов и в самой хирургии.
Столы для подготовки пищи, пропарочные столы, изготовленные из титана, по качествам превосходят стальные изделия.
В нефте- и газобурильной областях серьезное значение имеет борьба с коррозией, поэтому применение титана позволит реже заменять корродирующие штанги оборудования. В каталитическом производстве и для изготовления нефтепроводов желательно применять титан, сохраняющий механические свойства при высокой температуре и обладающий хорошей коррозионной устойчивостью.
В электропромышленности титан можно применить для бронирования кабелей благодаря хорошей удельной прочности, высокому электрическому сопротивлению и немагнитным свойствам.
В различных отраслях промышленности начинают применять крепежные детали той или иной формы, изготовленные из титана. Дальнейшее расширение применения титана возможно для изготовления хирургических инструментов главным образом благодаря его коррозионной стойкости. Инструменты из титана в этом отношении превосходят обычные хирургические инструменты при многократном кипячении или обработке в автоклаве.
В области хирургии титан оказался лучше виталлиума и нержавеющих сталей. Присутствие титана в организме вполне допустимо. Пластинка и винты из титана для крепления костей находились в организме животного несколько месяцев, причем имело место прорастание кости в нитки резьбы винтов и в отверстие пластинки.
Преимущество титана заключается также в том, что на пластине образуется мышечная ткань.

Источник: Титан, свойства титана