Systemy inżynieryjne 

Tytanowa wiki. Metal tytanowy. Właściwości fizyczne metalu

Tytan został pierwotnie nazwany „Gregorite” przez brytyjskiego chemika wielebnego Williama Gregora, który odkrył go w 1791 roku. Tytan został następnie niezależnie odkryty przez niemieckiego chemika MH Klaprotha w 1793 roku. Nazwał go tytanem na cześć tytanów z mitologii greckiej – „ucieleśnieniem naturalnej mocy”. Dopiero w 1797 Klaproth odkrył, że jego tytan był pierwiastkiem wcześniej odkrytym przez Gregora.

Charakterystyka i właściwości

Tytan to pierwiastek chemiczny o symbolu Ti i liczbie atomowej 22. Jest to błyszczący metal o srebrzystym kolorze, niskiej gęstości i wysokiej wytrzymałości. Jest odporny na korozję w wodzie morskiej i chlorze.

Element spotyka się w szeregu złóż mineralnych, głównie rutylu i ilmenitu, które są szeroko rozpowszechnione w skorupie ziemskiej i litosferze.

Tytan jest używany do produkcji twardych stopów lekkich. Dwie najbardziej użyteczne właściwości metalu to odporność na korozję i stosunek twardości do gęstości, najwyższy ze wszystkich elementów metalowych. W stanie niestopowym metal ten jest tak samo wytrzymały jak niektóre stale, ale mniej gęsty.

Właściwości fizyczne metalu

Jest to trwały metal niska gęstość, dość giętka (szczególnie w środowisku beztlenowym), błyszcząca i metaloidalna biel. Jego stosunkowo wysoka temperatura topnienia powyżej 1650 ° C (lub 3000 ° F) sprawia, że ​​jest przydatny jako metal ogniotrwały. Jest paramagnetyczny i ma raczej niską przewodność elektryczną i cieplną.

W skali Mohsa twardość tytanu wynosi 6. Według tego wskaźnika jest nieco gorszy od stali hartowanej i wolframu.

Komercyjnie czysty (99,2%) tytan ma ostateczną wytrzymałość na rozciąganie około 434 MPa, co jest zgodne z konwencjonalnymi stopami stali o niskiej jakości, ale tytan jest znacznie lżejszy.

Właściwości chemiczne tytanu

Podobnie jak aluminium i magnez, tytan i jego stopy natychmiast utleniają się pod wpływem powietrza. Powoli reaguje z wodą i powietrzem w temperaturze otoczenia, ponieważ tworzy pasywną powłokę tlenkową co chroni masywny metal przed dalszym utlenianiem.

Pasywacja atmosferyczna zapewnia tytanowi doskonałą odporność na korozję, prawie równą platynie. Tytan jest w stanie wytrzymać atak rozcieńczonych kwasów siarkowego i chlorowodorowego, roztworów chlorków i większości kwasów organicznych.

Tytan jest jednym z niewielu pierwiastków, który spala się w czystym azocie, reagując w temperaturze 800°C (1470 °F) tworząc azotek tytanu. Ze względu na wysoką reaktywność z tlenem, azotem i niektórymi innymi gazami, włókna tytanowe są stosowane w pompach do sublimacji tytanu jako absorbery tych gazów. Pompy te są niedrogie i niezawodnie wytwarzają ekstremalnie niskie ciśnienia w systemach ultrawysokiej próżni.

Powszechnymi minerałami zawierającymi tytan są anataz, brukit, ilmenit, perowskit, rutyl i tytanit (sfen). Z tych minerałów tylko rutyl i ilmenit mają znaczenie gospodarcze, ale nawet je trudno znaleźć w wysokich stężeniach.

Tytan znajduje się w meteorytach i na Słońcu i gwiazdach typu M o temperaturze powierzchni 3200 ° C (5790 ° F).

Znane obecnie sposoby ekstrakcji tytanu z różnych rud są pracochłonne i kosztowne.

Produkcja i produkcja

Obecnie opracowano i zastosowano około 50 gatunków tytanu i stopów tytanu. Obecnie rozpoznawanych jest 31 gatunków metalu i stopów tytanu, z których gatunki 1-4 są komercyjnie czyste (niestopowe). Różnią się wytrzymałością na rozciąganie w zależności od zawartości tlenu, przy czym klasa 1 jest najbardziej ciągliwa (najniższa wytrzymałość na rozciąganie przy zawartości tlenu 0,18%), a klasa 4 najmniej ciągliwa (maksymalna wytrzymałość na rozciąganie przy zawartości tlenu 0,40%). .

Pozostałe klasy to stopy, każdy o określonych właściwościach:

  • Plastikowy;
  • siła;
  • twardość;
  • opór elektryczny;
  • specyficzna odporność na korozję i ich kombinacje.

Oprócz tych specyfikacji, stopy tytanu są również produkowane w celu spełnienia wymagań lotniczych i wojskowych (SAE-AMS, MIL-T), norm ISO i specyfikacji krajowych oraz wymagań użytkowników końcowych w zastosowaniach lotniczych, wojskowych, medycznych i przemysłowych.

Komercyjnie czysty produkt płaski (blacha, płyta) można łatwo formować, ale przetwarzanie musi uwzględniać fakt, że metal ma „pamięć” i tendencję do powracania. Dotyczy to szczególnie niektórych stopów o wysokiej wytrzymałości.

Tytan jest często używany do produkcji stopów:

  • z aluminium;
  • z wanadem;
  • z miedzią (do hartowania);
  • z żelazem;
  • z manganem;
  • z molibdenem i innymi metalami.

Obszary zastosowania

Stopy tytanu w postaci blach, płyt, prętów, drutów, odlewów znajdują zastosowanie na rynkach przemysłowych, lotniczych, rekreacyjnych i wschodzących. Sproszkowany tytan jest używany w pirotechnice jako źródło jasnych, palących się cząstek.

Ponieważ stopy tytanu mają wysoki stosunek wytrzymałości na rozciąganie do gęstości, wysoką odporność na korozję, wytrzymałość zmęczeniową, wysoką odporność na pękanie i odporność na umiarkowanie wysokie temperatury, są one stosowane w samolotach, zbrojach, okrętach wojennych, statkach kosmicznych i rakietach.

W tych zastosowaniach tytan jest stapiany z aluminium, cyrkonem, niklem, wanadem i innymi pierwiastkami w celu produkcji różnych elementów, w tym krytycznych elementów konstrukcyjnych, ścian ogniowych, podwozi, rur wydechowych (helikopterów) i układów hydraulicznych. W rzeczywistości około dwie trzecie wyprodukowanego tytanu jest wykorzystywane w silnikach lotniczych i ramach.

Ponieważ stopy tytanu są odporne na korozję powodowaną przez wodę morską, stosuje się je w wałach śrubowych, oprzyrządowaniu do wymienników ciepła itp. Stopy te są wykorzystywane w kadłubach i elementach urządzeń do obserwacji i monitorowania oceanów dla nauki i wojska.

Specjalne stopy są stosowane w odwiertach wiertniczych i naftowych oraz hydrometalurgii niklu ze względu na ich wysoką wytrzymałość. Przemysł celulozowo-papierniczy wykorzystuje tytan w urządzeniach procesowych narażonych na działanie agresywnych mediów, takich jak podchloryn sodu lub mokry gazowy chlor (podczas bielenia). Inne zastosowania obejmują zgrzewanie ultradźwiękowe, lutowanie na fali.

Ponadto stopy te są stosowane w samochodach, zwłaszcza w wyścigach samochodowych i motocyklowych, gdzie istotna jest niska waga, wysoka wytrzymałość i sztywność.

Tytan jest używany w wielu artykułach sportowych: rakietach tenisowych, kijach golfowych, trzonkach do lacrosse; kaski do krykieta, hokeja na lodzie, lacrosse i piłki nożnej oraz ramy i komponenty rowerowe.

Ze względu na swoją trwałość, tytan stał się bardziej popularny w biżuterii projektantów (w szczególności pierścionkach z tytanu). Jego bezwładność sprawia, że ​​jest dobrym wyborem dla alergików lub osób, które będą nosić biżuterię w miejscach takich jak baseny. Tytan jest również stapiany ze złotem, aby wytworzyć stop, który może być sprzedawany jako złoto 24K, ponieważ 1% Ti nie wystarcza, aby wymagać niższej klasy. Powstały stop ma mniej więcej twardość 14-karatowego złota i jest trwalszy niż czyste 24-karatowe złoto.

Środki ostrożności

Tytan jest nietoksyczny nawet w wysokich dawkach... W postaci proszku lub w postaci wiórów metalowych stanowi poważne zagrożenie pożarowe, a po podgrzaniu w powietrzu grozi wybuchem.

Właściwości i zastosowania stopów tytanu

Poniżej znajduje się przegląd najczęściej spotykanych stopów tytanu z podziałem na gatunki, właściwości, zalety i zastosowania przemysłowe.

7 klasa

Grade 7 jest mechanicznie i fizycznie odpowiednikiem czystego tytanu Grade 2, z wyjątkiem dodatku pośredniego palladu, który czyni go stopem. Posiada doskonałą spawalność i elastyczność, największą odporność na korozję ze wszystkich stopów tego typu.

Klasa 7 jest stosowana w procesach chemicznych i produkcji elementów wyposażenia.

Klasa 11

Grade 11 jest bardzo podobny do Grade 1, z wyjątkiem dodatku palladu w celu poprawy odporności na korozję, dzięki czemu jest stopem.

Inne korzystne właściwości obejmują optymalną ciągliwość, wytrzymałość, ciągliwość i doskonałą spawalność. Ten stop może być stosowany zwłaszcza tam, gdzie problemem jest korozja:

  • obróbka chemiczna;
  • produkcja chloranu;
  • odsolenie;
  • zastosowania morskie.

Ti 6Al-4V, klasa 5

Najczęściej stosowanym stopem jest Ti 6Al-4V, czyli tytan klasy 5. Odpowiada za 50% całkowitego zużycia tytanu na świecie.

Łatwość użytkowania tkwi w jego wielu zaletach. Ti 6Al-4V można poddać obróbce cieplnej w celu zwiększenia jego wytrzymałości. Ten stop ma wysoką wytrzymałość i niską wagę.

To najlepszy stop do użycia w kilku branżach takich jak przemysł lotniczy, medyczny, morski i chemiczny. Może być używany przy tworzeniu:

  • turbiny lotnicze;
  • elementy silnika;
  • elementy konstrukcyjne samolotu;
  • elementy złączne lotnicze;
  • wysokowydajne części automatyczne;
  • Wyposażenie sportowe.

Ti 6AL-4V ELI, klasa 23

Klasa 23 - Tytan chirurgiczny. Ti 6AL-4V ELI lub Grade 23 to wersja Ti 6Al-4V o wyższej czystości. Może być wykonany z rolek, pasm, drutów lub drutów płaskich. Jest to najlepszy wybór w każdej sytuacji, w której wymagana jest kombinacja wysokiej wytrzymałości, niewielkiej wagi, dobrej odporności na korozję i wysokiej wytrzymałości. Posiada doskonałą odporność na uszkodzenia.

Może być stosowany w zastosowaniach biomedycznych, takich jak elementy wszczepialne, ze względu na jego biokompatybilność, dobrą wytrzymałość zmęczeniową. Może być również stosowany w zabiegach chirurgicznych do wykonywania takich konstrukcji:

  • szpilki i śruby ortopedyczne;
  • zaciski do ligatur;
  • zszywki chirurgiczne;
  • sprężyny;
  • aparaty ortodontyczne;
  • naczynia kriogeniczne;
  • urządzenia do stabilizacji kości.

Stopień 12

Gatunek tytanu 12 ma doskonałą spawalność wysokiej jakości. Jest to stop o wysokiej wytrzymałości, który zapewnia dobrą wytrzymałość w wysokich temperaturach. Tytan klasy 12 ma podobne właściwości do stali nierdzewnych serii 300.

Jego zdolność do kształtowania na różne sposoby sprawia, że ​​jest przydatny w wielu zastosowaniach. Wysoka odporność na korozję tego stopu sprawia, że ​​jest on również nieoceniony w urządzeniach produkcyjnych. Klasa 12 może być stosowana w następujących branżach:

  • wymienniki ciepła;
  • zastosowania hydrometalurgiczne;
  • produkcja chemiczna w wysokiej temperaturze;
  • komponenty morskie i powietrzne.

Ti 5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2.5Sn to stop, który może zapewnić dobrą spawalność i ciągliwość. Charakteryzuje się również wysoką stabilnością temperaturową i wysoką wytrzymałością.

Ti 5Al-2,5Sn jest stosowany głównie w lotnictwie oraz w instalacjach kriogenicznych.

DEFINICJA

Tytan znajduje się w czwartym okresie IV grupy drugorzędowej (B) podgrupy układu okresowego.

Odnosi się do elementów rodziny d -. Metal. Oznaczenie - Ti. Numer seryjny - 22. Względna masa atomowa - 47,956 amu.

Elektroniczna struktura atomu tytanu

Atom tytanu składa się z dodatnio naładowanego jądra (+22), wewnątrz którego znajdują się 22 protony i 26 neutronów, a dookoła, po czterech orbitach, poruszają się 22 elektrony.

Rys. 1. Schematyczna budowa atomu tytanu.

Orbitalny rozkład elektronów jest następujący:

1s 2 2s 2 2P 6 3s 2 3P 6 3D 2 4s 2 .

Zewnętrzny poziom energetyczny atomu tytanu zawiera 4 elektrony, które są wartościowością. Stan utlenienia wapnia wynosi +4. Wykres energetyczny stanu podstawowego przyjmuje postać:

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Zadanie Pokaż rozkład elektronów według poziomów energetycznych w atomach następujących pierwiastków: a) azot; b) tytan; c) gal; d) cez; e) wolfram.
Odpowiedź a) 7 N1s 2 2s 2 2p 3.

b) 22 Ti1 s 2 2s 2 2P 6 3s 2 3P 6 3D 2 4s 2 .

c) 31 Ga 1 s 2 2s 2 2P 6 3s 2 3P 6 3D 10 4s 2 4P 1 .

d) 55 Cs 1 s 2 2s 2 2P 6 3s 2 3P 6 3D 10 4s 2 4P 6 4D 10 5s 2 5P 6 6s 1 .

e) 74 W 1 s 2 2s 2 2P 6 3s 2 3P 6 3D 10 4s 2 4P 6 4D 10 5s 2 5P 6 5D 6 6s 2 .

DEFINICJA

Tytan- dwudziesty drugi element układu okresowego. Oznaczenie - Ti od łacińskiego „tytanu”. Znajduje się w czwartym okresie, grupa IVB. Odnosi się do metali. Ładunek jądrowy wynosi 22.

Tytan jest bardzo powszechny w przyrodzie; zawartość tytanu w skorupie ziemskiej wynosi 0,6% (wag.), tj. wyższa niż zawartość metali szeroko stosowanych w technologii, takich jak miedź, ołów i cynk.

Jako prosta substancja tytan jest srebrzystobiałym metalem (ryc. 1). Odnosi się do metali lekkich. Oporny. Gęstość - 4,50 g/cm3. Temperatura topnienia i wrzenia to odpowiednio 1668 o C i 3330 o C. Odporny na korozję w powietrzu w zwykłych temperaturach, co tłumaczy się obecnością warstwy ochronnej kompozycji TiO 2 na jej powierzchni.

Ryż. 1. Tytan. Wygląd zewnętrzny.

Masa atomowa i cząsteczkowa tytanu

Względna masa cząsteczkowa substancji(M r) to liczba pokazująca, ile razy masa danej cząsteczki jest większa niż 1/12 masy atomu węgla, oraz względna masa atomowa pierwiastka(A r) - ile razy średnia masa atomów pierwiastka chemicznego jest większa niż 1/12 masy atomu węgla.

Ponieważ tytan w stanie wolnym istnieje w postaci jednoatomowych cząsteczek Ti, wartości jego mas atomowych i cząsteczkowych pokrywają się. Są równe 47,867.

Izotopy tytanu

Wiadomo, że w naturze tytan może występować w postaci pięciu stabilnych izotopów 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti i 50 Ti. Ich liczby masowe to odpowiednio 46, 47, 48, 49 i 50. Jądro izotopu tytanu 46Ti zawiera dwadzieścia dwa protony i dwadzieścia cztery neutrony, a pozostałe izotopy różnią się od niego jedynie liczbą neutronów.

Istnieją sztuczne izotopy tytanu o liczbach masowych od 38 do 64, wśród których najbardziej stabilny jest 44 Ti o okresie półtrwania 60 lat, a także dwa izotopy jądrowe.

Jony tytanu

Na zewnętrznym poziomie energetycznym atomu tytanu znajdują się cztery elektrony, które są wartościowością:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2.

W wyniku oddziaływania chemicznego tytan oddaje swoje elektrony walencyjne, tj. jest ich dawcą i zamienia się w dodatnio naładowany jon:

Ti 0 -2e → Ti 2+;

Ti 0 -3e → Ti 3+;

Ti 0 -4e → Ti 4+.

Cząsteczka i atom tytanu

W stanie wolnym tytan występuje w postaci jednoatomowych cząsteczek Ti. Oto kilka właściwości charakteryzujących atom i cząsteczkę tytanu:

Stopy tytanu

Główną właściwością tytanu, przyczyniającą się do jego szerokiego zastosowania w nowoczesnej technologii, jest wysoka odporność cieplna zarówno samego tytanu, jak i jego stopów z aluminium i innymi metalami. Ponadto stopy te są żaroodporne – odporne na zachowanie wysokich właściwości mechanicznych w podwyższonych temperaturach. Wszystko to sprawia, że ​​stopy tytanu są bardzo cennymi materiałami dla samolotów i rakiet.

W wysokich temperaturach tytan łączy się z halogenami, tlenem, siarką, azotem i innymi pierwiastkami. Stanowi to podstawę do stosowania stopów tytan-żelazo (ferrotittan) jako dodatku do stali.

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

PRZYKŁAD 2

Zadanie Oblicz ilość ciepła uwolnionego podczas redukcji chlorku tytanu (IV) o masie 47,5 g z magnezem. Równanie termochemiczne reakcji jest następujące:
Rozwiązanie Napiszmy jeszcze raz termochemiczne równanie reakcji:

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 = 477 kJ.

Zgodnie z równaniem reakcji wszedł do niego 1 mol chlorku tytanu (IV) i 2 mole magnezu. Obliczmy masę chlorku tytanu (IV) zgodnie z równaniem, tj. masa teoretyczna (masa molowa - 190 g/mol):

m teorie (TiCl 4) = n (TiCl 4) x M (TiCl 4);

teoria m (TiCl 4) = 1 × 190 = 190 g.

Zróbmy proporcję:

m prac (TiCl 4) / m teoria (TiCl 4) = Q prac / Q teoria.

Wówczas ilość ciepła uwalnianego podczas redukcji chlorku tytanu(IV) magnezem wynosi:

Q prac = Q teorię × m prac (TiCl 4) / m teorię;

Qprac = 477 × 47,5 / 190 = 119,25 kJ.
Odpowiedź Ilość ciepła to 119,25 kJ.

Najistotniejsze dla gospodarki narodowej były i pozostają stopy i metale łączące w sobie lekkość i wytrzymałość. Tytan należy do tej kategorii materiałów, a ponadto ma doskonałą odporność na korozję.

Tytan jest metalem przejściowym czwartej grupy czwartego okresu. Jego masa cząsteczkowa wynosi tylko 22, co świadczy o lekkości materiału. Jednocześnie substancja wyróżnia się wyjątkową wytrzymałością: spośród wszystkich materiałów konstrukcyjnych to właśnie tytan ma najwyższą wytrzymałość właściwą. Kolor jest srebrzystobiały.

Co to jest tytan, poniższy film powie:

Koncepcja i cechy

Tytan jest dość powszechny – pod względem zawartości w skorupie ziemskiej zajmuje 10. miejsce. Jednak naprawdę czysty metal udało się wyizolować dopiero w 1875 roku. Wcześniej substancja była albo otrzymywana z zanieczyszczeniami, albo jej związki nazywano metalicznym tytanem. To zamieszanie doprowadziło do tego, że związki metali zaczęto stosować znacznie wcześniej niż sam metal.

Wynika to ze specyfiki materiału: najmniejsze zanieczyszczenia zauważalnie wpływają na właściwości substancji, czasami całkowicie pozbawiając ją jej nieodłącznych właściwości.

Tak więc najmniejszy ułamek innych metali pozbawia tytan żaroodporności, która jest jedną z jego cennych właściwości. Niewielki dodatek niemetalu sprawia, że ​​mocny materiał staje się kruchy i bezużyteczny.

Ta cecha natychmiast podzieliła powstały metal na 2 grupy: techniczną i czystą.

  • Najpierw stosowany w przypadkach, w których wytrzymałość, lekkość i odporność na korozję są najbardziej potrzebne, ponieważ tytan nigdy nie traci tej drugiej jakości.
  • Materiał o wysokiej czystości znajduje zastosowanie tam, gdzie potrzebny jest materiał, który pracuje pod bardzo dużymi obciążeniami i wysokimi temperaturami, a jednocześnie wyróżnia się lekkością. To oczywiście lotnictwo i rakiety.

Drugą szczególną cechą substancji jest jej anizotropia. Niektóre z jego właściwości fizycznych zmieniają się w zależności od przyłożenia sił, co należy wziąć pod uwagę podczas stosowania.

W normalnych warunkach metal jest obojętny, nie koroduje ani w wodzie morskiej, ani w powietrzu morskim lub miejskim. Ponadto jest to najbardziej obojętna biologicznie znana substancja, dzięki czemu protezy i implanty tytanowe znajdują szerokie zastosowanie w medycynie.

Jednocześnie wraz ze wzrostem temperatury zaczyna reagować z tlenem, azotem, a nawet wodorem iw postaci płynnej pochłania gazy. Ta nieprzyjemna cecha bardzo utrudnia zarówno pozyskiwanie samego metalu, jak i wytwarzanie na jego bazie stopów.

To ostatnie jest możliwe tylko przy użyciu sprzętu próżniowego. Złożony proces produkcyjny sprawił, że dość powszechny element stał się bardzo kosztowny.

Wiązanie z innymi metalami

Tytan zajmuje pozycję pośrednią między dwoma innymi dobrze znanymi materiałami konstrukcyjnymi - aluminium i żelazem, a raczej stopami żelaza. Pod wieloma względami metal przewyższa swoich „konkurentów”:

  • wytrzymałość mechaniczna tytanu jest 2 razy wyższa niż żelaza i 6 razy wyższa niż aluminium. W tym przypadku siła wzrasta wraz ze spadkiem temperatury;
  • odporność na korozję jest znacznie wyższa niż w przypadku żelaza, a nawet aluminium;
  • tytan jest obojętny w normalnych temperaturach. Jednak gdy podnosi się do 250 C, zaczyna wchłaniać wodór, co wpływa na właściwości. Pod względem aktywności chemicznej jest gorszy od magnezu, ale niestety przewyższa żelazo i aluminium;
  • metal przewodzi prąd o wiele słabiej: jego rezystywność elektryczna jest 5 razy większa niż żelaza, 20 razy większa niż aluminium i 10 razy większa niż magnezu;
  • przewodność cieplna jest również znacznie niższa: mniej niż 1 żelazo 3 razy i mniej niż aluminium 12 razy. Jednak ta właściwość skutkuje bardzo niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej.

Plusy i minusy

W rzeczywistości tytan ma wiele wad. Ale połączenie wytrzymałości i lekkości jest tak pożądane, że ani skomplikowana metoda produkcji, ani potrzeba wyjątkowej czystości nie powstrzymają konsumentów metali.

Do niewątpliwych zalet substancji należą:

  • niska gęstość, co oznacza bardzo niską wagę;
  • wyjątkowa wytrzymałość mechaniczna zarówno samego tytanu, jak i jego stopów. Wraz ze wzrostem temperatury stopy tytanu przewyższają wszystkie stopy aluminium i magnezu;
  • stosunek wytrzymałości i gęstości - wytrzymałość właściwa osiąga 30-35, czyli prawie 2 razy więcej niż w przypadku najlepszych stali konstrukcyjnych;
  • Pod wpływem powietrza tytan pokryty jest cienką warstwą tlenku, co zapewnia doskonałą odporność na korozję.

Jest też wystarczająco dużo wad metalu:

  • odporność na korozję i obojętność dotyczy tylko produktów o nieaktywnej powierzchni. Na przykład pył lub wióry tytanowe ulegają samozapłonowi i palą się w temperaturze 400 C;
  • bardzo złożona metoda wytwarzania metalicznego tytanu zapewnia bardzo wysoki koszt. Materiał jest znacznie droższy niż żelazo lub;
  • zdolność do pochłaniania gazów atmosferycznych przy wzroście temperatury wymaga zastosowania urządzeń próżniowych w topieniu i otrzymywaniu stopów, co również znacznie podnosi koszty;
  • tytan ma słabe właściwości przeciwcierne - nie działa na tarcie;
  • metal i jego stopy są podatne na korozję wodorową, której trudno jest zapobiec;
  • tytan jest trudny do cięcia. Spawanie jest również trudne ze względu na przejście fazowe podczas ogrzewania.

Blacha tytanowa (zdjęcie)

Właściwości i cechy

Wysoce zależny od czystości. Dane referencyjne opisują oczywiście czysty metal, ale właściwości tytanu technicznego mogą się znacznie różnić.

  • Gęstość metalu zmniejsza się po podgrzaniu z 4,41 do 4,25 g / cm3 Przejście fazowe zmienia gęstość tylko o 0,15%.
  • Temperatura topnienia metalu wynosi 1668 C. Temperatura wrzenia wynosi 3227 C. Tytan jest substancją ogniotrwałą.
  • Średnio wytrzymałość na rozciąganie wynosi 300-450 MPa, ale wskaźnik ten można zwiększyć do 2000 MPa, uciekając się do hartowania i starzenia, a także wprowadzając dodatkowe elementy.
  • W skali HB twardość wynosi 103 i to nie jest granica.
  • Pojemność cieplna tytanu jest niska - 0,523 kJ / (kg K).
  • Rezystancja elektryczna właściwa - 42,1 · 10 -6 omów · cm.
  • Tytan jest paramagnetykiem. Wraz ze spadkiem temperatury zmniejsza się jego podatność magnetyczna.
  • Metal jako całość charakteryzuje się ciągliwością i ciągliwością. Jednak na te właściwości silnie wpływa tlen i azot w stopie. Oba elementy nadają materiałowi kruchość.

Substancja jest odporna na wiele kwasów, w tym azotowy, siarkowy w niskich stężeniach oraz prawie wszystkie kwasy organiczne z wyjątkiem mrówkowego. Ta jakość gwarantuje, że tytan jest poszukiwany w przemyśle chemicznym, petrochemicznym, papierniczym i tak dalej.

Struktura i skład

Tytan - choć jest metalem przejściowym, a rezystywność elektryczna jest niska, to nadal jest metalem i przewodzi prąd elektryczny, co oznacza uporządkowaną strukturę. Po podgrzaniu do określonej temperatury struktura zmienia się:

  • do 883 C faza α o gęstości 4,55 g/cm3 jest stabilna. zobacz Ma gęstą sześciokątną siatkę. Tlen rozpuszcza się w tej fazie z tworzeniem roztworów międzywęzłowych i stabilizuje α-modyfikację - przesuwa granicę temperatury;
  • powyżej 883 C faza β z sześcienną siecią skupioną wokół ciała jest stabilna. Jego gęstość jest nieco mniejsza – 4,22 g/metr sześcienny. zobacz Ta struktura jest stabilizowana przez wodór - gdy rozpuszcza się w tytanie, tworzą się również roztwory międzywęzłowe i wodorki.

Ta cecha bardzo utrudnia pracę metalurga. Gdy tytan jest schładzany, rozpuszczalność wodoru gwałtownie spada, a wodorotlenek, faza γ, wytrąca się w stopie.

Powoduje pękanie na zimno podczas spawania, więc producenci muszą zastosować dodatkową siłę po stopieniu metalu, aby oczyścić go z wodoru.

Poniżej opiszemy, gdzie można znaleźć i jak wykonać tytan.

Ten film opisuje tytan jako metal:

Produkcja i wydobycie

Tytan jest bardzo powszechny, więc nie ma trudności z rudami zawierającymi metal i w dość dużych ilościach. Surowce wyjściowe to rutyl, anataz i brukit - dwutlenki tytanu w różnych odmianach, ilmenit, pirofanit - związki z żelazem i tak dalej.

Ale jest złożony i wymaga drogiego sprzętu. Metody produkcji są nieco inne, ponieważ skład rudy jest inny. Na przykład schemat pozyskiwania metalu z rud ilmenitu wygląda następująco:

  • pozyskiwanie żużla tytanowego – skała jest ładowana do elektrycznego pieca łukowego wraz ze środkiem redukującym – antracytem, ​​węglem drzewnym i podgrzewana do 1650 C. Jednocześnie następuje oddzielenie żelaza, które służy do uzyskania żeliwa i dwutlenku tytanu w żużlu ;
  • żużel jest chlorowany w chloratorach kopalnianych lub solnych. Istotą procesu jest przekształcenie stałego dwutlenku w gazowy czterochlorek tytanu;
  • w piecach oporowych w specjalnych kolbach metal jest redukowany sodem lub magnezem z chlorku. W rezultacie uzyskuje się prostą masę - gąbkę tytanową. Ten techniczny tytan nadaje się na przykład do produkcji sprzętu chemicznego;
  • jeśli wymagany jest czystszy metal, uciekają się do rafinacji - w tym przypadku metal reaguje z jodem w celu uzyskania gazowego jodku, a ten ostatni pod wpływem temperatury - 1300-1400 C i prądu elektrycznego rozkłada się, uwalniając czysty tytan. Prąd elektryczny podawany jest przez drut tytanowy rozciągnięty w retorcie, na której osadza się czysta substancja.

Aby uzyskać tytan we wlewkach, gąbkę tytanową przetapia się w piecu próżniowym, aby zapobiec rozpuszczaniu się wodoru i azotu.

Cena tytanu za 1 kg jest bardzo wysoka: w zależności od stopnia czystości metal kosztuje od 25 do 40 USD za kg. Z kolei korpus ze stali nierdzewnej kwasoodpornej będzie kosztował 150 rubli. i potrwa nie dłużej niż 6 miesięcy. Tytanowy będzie kosztował około 600 rubli, ale będzie działał przez 10 lat. W Rosji istnieje wiele zakładów produkcji tytanu.

Obszary zastosowania

Wpływ stopnia oczyszczenia na właściwości fizyczne i mechaniczne powoduje konieczność rozważenia go z tego punktu widzenia. Tak więc techniczny, czyli nie najczystszy metal, ma doskonałą odporność na korozję, lekkość i wytrzymałość, co decyduje o jego zastosowaniu:

  • przemysł chemiczny- wymienniki ciepła, rury, obudowy, części pomp, armatura i tak dalej. Materiał jest niezbędny w miejscach, gdzie wymagana jest odporność na kwasy i wytrzymałość;
  • branża transportowa- substancja jest używana do produkcji pojazdów, od pociągów po rowery. W pierwszym przypadku metal zapewnia mniejszą masę związków, co sprawia, że ​​trakcja jest bardziej wydajna, w drugim daje lekkość i wytrzymałość, nie bez powodu tytanowa rama rowerowa jest uważana za najlepszą;
  • sprawy morskie- wymienniki ciepła, tłumiki wydechu do łodzi podwodnych, zawory, śmigła itp. wykonane są z tytanu;
  • w budowa szeroko stosowany - tytan - doskonały materiał do wykańczania elewacji i dachów. Wraz ze swoją wytrzymałością, stop zapewnia kolejną ważną dla architektury zaletę - możliwość nadawania produktom najdziwniejszych konfiguracji, możliwość kształtowania stopu jest nieograniczona.

Czysty metal jest ponadto bardzo odporny na wysokie temperatury przy zachowaniu wytrzymałości. Aplikacja jest oczywista:

  • konstrukcja rakietowa i samolotowa - z niej wykonuje się poszycie. Części silnika, elementy złączne, części podwozia i tak dalej;
  • medycyna – biologiczna bezwładność i lekkość sprawiają, że tytan jest znacznie bardziej obiecującym materiałem w protetyce, aż po zastawki serca;
  • technologia kriogeniczna – tytan jest jedną z nielicznych substancji, które wraz ze spadkiem temperatury stają się tylko mocniejsze i nie tracą plastyczności.

Tytan to materiał konstrukcyjny o najwyższej wytrzymałości przy takiej lekkości i plastyczności. Te wyjątkowe cechy zapewniają mu coraz ważniejszą rolę w gospodarce narodowej.

Poniższy film powie Ci, skąd wziąć tytan na nóż:

Właściwości fizyczne i chemiczne tytanu, produkcja tytanu

Zastosowanie tytanu w czystej postaci oraz w postaci stopów, zastosowanie tytanu w postaci związków, fizjologiczne działanie tytanu

Sekcja 1. Historia i natura tytanu.

Tytan -Ten pierwiastek bocznej podgrupy czwartej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych DI Mendelejewa, o liczbie atomowej 22. Prosta substancja tytan (numer CAS: 7440-32-6) jest lekkim srebrno-białym metalem . Występuje w dwóch krystalicznych modyfikacjach: α-Ti z heksagonalną ciasno upakowaną siatką, β-Ti z sześciennym upakowaniem skupionym wokół ciała, temperatura przemiany polimorficznej α↔β wynosi 883 °C. Temperatura topnienia 1660 ± 20 ° C.

Historia i natura tytanu

Titan został nazwany na cześć starożytnych greckich postaci Tytanów. Został tak nazwany przez niemieckiego chemika Martina Klaprotha z własnych powodów, w przeciwieństwie do Francuzów, którzy próbowali nadawać nazwy zgodne z charakterystyką chemiczną pierwiastka, ale od tego czasu właściwości pierwiastka były nieznane, taka nazwa była wybrany.

Tytan to 10 pierwiastków według ilości na naszej planecie. Ilość tytanu w skorupie ziemskiej wynosi 0,57% masy i 0,001 miligrama na 1 litr wody morskiej. Złoża tytanu znajdują się na terenie RPA, Ukrainy, Rosji, Kazachstanu, Japonii, Australii, Indii, Cejlonu, Brazylii i Korei Południowej.


Pod względem właściwości fizycznych tytan jest metalem lekko srebrzystym, dodatkowo charakteryzuje się dużą lepkością podczas obróbki i ma skłonność do przyklejania się do narzędzia skrawającego, dlatego stosuje się specjalne smary lub natryski, aby wyeliminować ten efekt. W temperaturze pokojowej pokryty jest warstwą lassywującą tlenku TiO2, dzięki czemu jest odporny na korozję w większości agresywnych środowisk, z wyjątkiem alkaliów. Pył tytanowy ma tendencję do wybuchania, a temperatura zapłonu wynosi 400 ° C. Wióry tytanowe są niebezpieczne dla pożaru.

Do produkcji tytanu w czystej postaci lub jego stopów w większości przypadków stosuje się dwutlenek tytanu z niewielką liczbą zawartych w nim związków. Na przykład koncentrat rutylowy uzyskany podczas wzbogacania rud tytanu. Ale rezerwy rutylu są niezwykle małe i pod tym względem wykorzystuje się tzw. syntetyczny rutyl lub żużel tytanowy uzyskany podczas przetwarzania koncentratów ilmenitu.

Za odkrywcę tytanu uważa się 28-letniego angielskiego mnicha Williama Gregora. W 1790 roku, prowadząc badania mineralogiczne w swojej parafii, zwrócił uwagę na występowanie i niezwykłe właściwości czarnego piasku w dolinie Menacan w południowo-zachodniej Anglii i zaczął go badać. W piasku ksiądz odkrył ziarna czarnego, błyszczącego minerału, który przyciąga zwykły magnes. Najczystszy tytan uzyskany w 1925 roku przez Van Arkela i de Boera metodą jodkową okazał się plastycznym i podatnym na obróbkę metalem o wielu cennych właściwościach, co przyciągnęło uwagę szerokiego grona projektantów i inżynierów. W 1940 roku Kroll zaproponował termiczną metodę magnezowo-termiczną ekstrakcji tytanu z rud, która do dziś jest najważniejsza. W 1947 wyprodukowano pierwsze 45 kg komercyjnie czystego tytanu.


W układzie okresowym pierwiastków Mendelejewa tytan ma numer seryjny 22. Masa atomowa naturalnego tytanu, obliczona na podstawie wyników badań jego izotopów, wynosi 47,926. Tak więc jądro obojętnego atomu tytanu zawiera 22 protony. Liczba neutronów, czyli obojętnych nienaładowanych cząstek, jest inna: częściej 26, ale może wynosić od 24 do 28. Dlatego liczba izotopów tytanu jest inna. W sumie znanych jest obecnie 13 izotopów pierwiastka nr 22. Naturalny tytan składa się z mieszaniny pięciu stabilnych izotopów, najszerzej reprezentowany jest tytan-48, jego udział w naturalnych rudach wynosi 73,99%. Tytan i inne pierwiastki podgrupy IVB są bardzo zbliżone właściwościami do pierwiastków podgrupy IIIB (grupa skandowa), chociaż różnią się od tej ostatniej zdolnością do wykazywania wysokiej wartościowości. Podobieństwo tytanu do skandu, itru, a także pierwiastków podgrupy VB - wanadu i niobu, wyraża się również w tym, że tytan często występuje w naturalnych minerałach wraz z tymi pierwiastkami. Z jednowartościowymi halogenami (fluor, brom, chlor i jod) może tworzyć związki di-tri- i tetra, z siarką i pierwiastkami z jej grupy (selen, tellur) - mono- i disiarczki, z tlenem - tlenki, dwutlenki i trójtlenki .


Tytan tworzy również związki z wodorem (wodorki), azotem (azotki), węglem (węgliki), fosforem (fosforki), arsenem (arsydy), a także związki z wieloma metalami - związki międzymetaliczne. Tytan tworzy nie tylko proste, ale także liczne związki złożone, wiele jego związków z substancjami organicznymi jest znanych. Jak widać z listy związków, w których może uczestniczyć tytan, jest on bardzo aktywny chemicznie. A jednocześnie tytan jest jednym z nielicznych metali o wyjątkowo wysokiej odporności na korozję: praktycznie wieczny w atmosferze powietrza, w zimnej i wrzącej wodzie, bardzo stabilny w wodzie morskiej, w roztworach wielu soli nieorganicznych i kwasy organiczne. Pod względem odporności na korozję w wodzie morskiej przewyższa wszystkie metale, z wyjątkiem metali szlachetnych - złota, platyny itp., większości rodzajów stali nierdzewnej, niklu, miedzi i innych stopów. Czysty tytan nie koroduje w wodzie w wielu środowiskach korozyjnych. Odporny na korozję tytanu i erozję wynikającą z połączenia chemicznego i mechanicznego oddziaływania na metal. Pod tym względem nie ustępuje najlepszym gatunkom stali nierdzewnych, stopów na bazie miedzi i innych materiałów konstrukcyjnych. Jest odporny na korozję tytanową i zmęczeniową, która często objawia się naruszeniem integralności i wytrzymałości metalu (pękanie, miejscowe ogniska korozji itp.). Zachowanie tytanu w wielu agresywnych środowiskach, takich jak azotowy, chlorowodorowy, siarkowy, woda królewska i inne kwasy i zasady, wywołuje zaskoczenie i podziw dla tego metalu.


Tytan jest metalem wysoce ogniotrwałym. Przez długi czas wierzono, że topi się w 1800 ° C, ale w połowie lat 50-tych. Brytyjscy naukowcy Diardorf i Hayes ustalili temperaturę topnienia czystego pierwiastkowego tytanu. Było to 1668 ± 3 ° С. Pod względem ogniotrwałości tytan ustępuje tylko takim metalom jak wolfram, tantal, niob, ren, molibden, platynoidy, cyrkon i zajmuje pierwsze miejsce wśród głównych metali strukturalnych. Najważniejszą cechą tytanu jako metalu są jego unikalne właściwości fizyczne i chemiczne: niska gęstość, wysoka wytrzymałość, twardość itp. Najważniejsze jest to, że właściwości te nie zmieniają się znacząco w wysokich temperaturach.

Tytan jest metalem lekkim, jego gęstość w temperaturze 0 ° С wynosi tylko 4,517 g / cm8, a przy 100 ° С - 4,506 g / cm3. Tytan należy do grupy metali o ciężarze właściwym poniżej 5 g/cm3. Obejmuje to wszystkie metale alkaliczne (sód, kad, lit, rubid, cez) o ciężarze właściwym 0,9-1,5 g / cm3, magnez (1,7 g / cm3), aluminium (2,7 g / cm3) itp. Tytan to więcej niż 1,5 razy cięższy od aluminium i w tym to oczywiście z nim traci, ale jest 1,5 razy lżejszy od żelaza (7,8 g/cm3). Jednak zajmując pozycję pośrednią między aluminium i żelazem pod względem ciężaru właściwego, tytan pod względem właściwości mechanicznych jest wielokrotnie lepszy od nich.). Tytan ma znaczną twardość: jest 12 razy twardszy niż aluminium, 4 razy twardszy niż żelazo i miedź. Inną ważną cechą metalu jest jego granica plastyczności. Im jest wyższy, tym lepiej części wykonane z tego metalu wytrzymują obciążenia eksploatacyjne. Granica plastyczności tytanu jest prawie 18 razy wyższa niż aluminium. Wytrzymałość właściwą stopów tytanu można zwiększyć 1,5–2 razy. Jego wysokie właściwości mechaniczne dobrze utrzymują się w temperaturach do kilkuset stopni. Czysty tytan nadaje się do wszystkich rodzajów obróbki na gorąco i na zimno: może być kuty jak żelazo, ciągniony, a nawet przerabiany na drut, zwijany w arkusze, paski, folię o grubości do 0,01 mm.


W przeciwieństwie do większości metali tytan ma znaczną oporność elektryczną: jeśli przewodność elektryczna srebra przyjmie się jako 100, to przewodność elektryczna miedzi wynosi 94, aluminium - 60, żelazo i platyna -15, a tytan - tylko 3,8. Tytan jest metalem paramagnetycznym, nie jest namagnesowany jak żelazo w polu magnetycznym, ale nie jest z niego wypychany jak miedź. Jego podatność magnetyczna jest bardzo słaba, właściwość ta może być wykorzystana w budownictwie. Tytan ma stosunkowo niską przewodność cieplną, tylko 22,07 W/(mK), która jest około 3 razy niższa niż przewodność cieplna żelaza, 7 razy niższa niż magnez, 17–20 razy niższa niż aluminium i miedź. W związku z tym współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej tytanu jest niższy niż innych materiałów konstrukcyjnych: w temperaturze 20 ° C jest 1,5 razy niższy niż żelaza, 2 razy niższy dla miedzi i prawie 3 razy niższy dla aluminium. Tak więc tytan jest słabym przewodnikiem elektryczności i ciepła.


Obecnie stopy tytanu są szeroko stosowane w technice lotniczej. Stopy tytanu zostały po raz pierwszy zastosowane na skalę przemysłową do projektowania silników odrzutowych samolotów. Zastosowanie tytanu w konstrukcji silników odrzutowych umożliwia zmniejszenie ich masy o 10 ... 25%. W szczególności stopy tytanu są wykorzystywane do produkcji tarcz i łopatek sprężarek, części wlotu powietrza, łopatek kierujących i elementów złącznych. Stopy tytanu są niezbędne w samolotach naddźwiękowych. Wzrost prędkości lotu samolotów doprowadził do wzrostu temperatury skóry, w wyniku czego stopy aluminium przestały spełniać wymagania narzucane przez technikę lotniczą przy prędkościach naddźwiękowych. W tym przypadku temperatura poszycia osiąga 246 ... 316 ° С. W tych warunkach stopy tytanu okazały się najbardziej akceptowalnym materiałem. W latach 70. znacznie wzrosło zastosowanie stopów tytanu do budowy płatowca samolotów cywilnych. W średniodystansowym samolocie TU-204 łączna masa części ze stopu tytanu wynosi 2570 kg. Zastosowanie tytanu w śmigłowcach stopniowo się rozszerza, głównie na części układu wirnika głównego, napęd i układ sterowania. Stopy tytanu odgrywają ważną rolę w rakietach.

Ze względu na wysoką odporność na korozję w wodzie morskiej tytan i jego stopy są wykorzystywane w przemyśle stoczniowym do produkcji śrub napędowych, kadłubów statków, łodzi podwodnych, torped itp. Pociski nie przylegają do tytanu i jego stopów, co znacznie zwiększa wytrzymałość naczynia podczas jego ruchu. Stopniowo rozszerzają się obszary zastosowań tytanu. Tytan i jego stopy wykorzystywane są w przemyśle chemicznym, petrochemicznym, papierniczym, spożywczym, metalurgii metali nieżelaznych, energetyce, elektronice, technice jądrowej, galwanotechnice, w produkcji broni, do produkcji płyt pancernych, narzędzi chirurgicznych, implantów chirurgicznych , odsalarki, części do samochodów wyścigowych, sprzęt sportowy (kije golfowe, sprzęt alpinistyczny), części do zegarków, a nawet biżuterii. Azotowanie tytanu prowadzi do powstania na jego powierzchni złotego filmu, który nie ustępuje pięknemu prawdziwemu złotemu.

Odkrycia TiO2 dokonali niemal jednocześnie i niezależnie od siebie Anglik W. Gregor i niemiecki chemik MG Klaproth. W. Gregor, badając skład magnetycznego piasku żelaznego (Creed, Cornwall, Anglia, 1791), zidentyfikował nową „ziemię” (tlenek) nieznanego metalu, który nazwał Menakenova. W 1795 r. niemiecki chemik Klaproth odkrył nowy pierwiastek w minerale rutylowym i nazwał go tytanem. Dwa lata później Klaproth ustalił, że rutyl i ziemia menakeńska są tlenkami tego samego pierwiastka, za którym pozostała proponowana przez Klaprotha nazwa „tytan”. Dziesięć lat później tytan odkryto po raz trzeci. Francuski naukowiec L. Vauquelin odkrył tytan w anatazie i udowodnił, że rutyl i anataz są identycznymi tlenkami tytanu.

Pierwszą próbkę metalicznego tytanu uzyskał w 1825 roku JJ Berzelius. Ze względu na wysoką aktywność chemiczną tytanu i złożoność jego oczyszczania, w 1925 r. Holendrzy A. van Arkel i I. de Boer otrzymali próbkę czystego Ti poprzez rozkład termiczny par jodku tytanu TiI4.

Tytan jest dziesiątym najbogatszym gatunkiem w przyrodzie. Zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 0,57% wagowo, w wodzie morskiej 0,001 mg/l. W skałach ultrazasadowych 300 g/t, w skałach zasadowych – 9 kg/t, w skałach kwaśnych 2,3 kg/t, w iłach i łupkach 4,5 kg/t. W skorupie ziemskiej tytan jest prawie zawsze czterowartościowy i występuje tylko w związkach tlenu. Nie znaleziono w wolnej formie. Tytan w warunkach wietrzenia i sedymentacji wykazuje powinowactwo geochemiczne do Al2O3. Jest skoncentrowany w boksycie skorupy wietrzenia oraz w morskich osadach ilastych. Tytan przenoszony jest w postaci mechanicznych fragmentów minerałów oraz w postaci koloidów. W niektórych glinach gromadzi się do 30% wagowo TiO2. Minerały tytanu są odporne na warunki atmosferyczne i tworzą duże stężenia w placerach. Znanych jest ponad 100 minerałów zawierających tytan. Najważniejsze z nich to rutyl TiO2, ilmenit FeTiO3, tytanomagnetyt FeTiO3 + Fe3O4, perowskit CaTiO3, tytanit CaTiSiO5. Istnieją rudy tytanu pierwotne - ilmenit-tytanomagnetyt oraz rudy placerowe - rutyl-ilmenit-cyrkon.

Główne rudy to ilmenit (FeTiO3), rutyl (TiO2), tytanit (CaTiSiO5).


W 2002 roku 90% wydobytego tytanu wykorzystano do produkcji dwutlenku tytanu TiO2. Światowa produkcja dwutlenku tytanu wyniosła 4,5 miliona ton rocznie. Udokumentowane zasoby dwutlenku tytanu (bez Rosji) wynoszą około 800 mln t. Według US Geological Survey w 2006 r., w przeliczeniu na dwutlenek tytanu i bez Rosji, zasoby rud ilmenitu wynoszą 603-673 mln ton, a rudy rutylu - 49,7-52,7 mln t. Tak więc przy obecnym tempie wydobycia udowodnione światowe zasoby tytanu (bez Rosji) wystarczą na ponad 150 lat.

Rosja ma drugie co do wielkości rezerwy tytanu na świecie po Chinach. Baza surowców mineralnych tytanu w Rosji składa się z 20 złóż (z czego 11 to złoża pierwotne, a 9 to złoża pośrednie), które są dość równomiernie rozproszone w całym kraju. Największy ze zbadanych złóż (Jaregskoje) znajduje się 25 km od miasta Uchta (Republika Komi). Zasoby złoża szacowane są na 2 mld ton rudy o średniej zawartości dwutlenku tytanu około 10%.

Największym producentem tytanu na świecie jest rosyjska firma VSMPO-AVISMA.

Z reguły materiałem wyjściowym do produkcji tytanu i jego związków jest dwutlenek tytanu ze stosunkowo niewielką ilością zanieczyszczeń. W szczególności może to być koncentrat rutylowy uzyskany podczas wzbogacania rud tytanu. Zasoby rutylu na świecie są jednak bardzo ograniczone i często stosuje się tzw. syntetyczny żużel rutylowy lub tytanowy otrzymywany podczas przerobu koncentratów ilmenitu. W celu uzyskania żużla tytanowego koncentrat ilmenitu jest redukowany w elektrycznym piecu łukowym, natomiast żelazo jest rozdzielane na fazę metaliczną (żeliwo), a niezredukowane tlenki tytanu i zanieczyszczenia tworzą fazę żużla. Bogaty żużel przetwarzany jest metodą chlorkową lub kwasem siarkowym.

W czystej postaci i w postaci stopów

Tytanowy pomnik Gagarina na Prospekcie Leninskiego w Moskwie

Metal znajduje zastosowanie w: przemyśle chemicznym (reaktory, rurociągi, pompy, armatura rurociągów), przemyśle wojskowym (kamizelki kuloodporne, pancerze i zapory ogniowe w lotnictwie, kadłuby okrętów podwodnych), procesach przemysłowych (odsalanie, procesy celulozowo-papiernicze), przemysł motoryzacyjny, rolniczy, spożywczy, piercing biżuterii, przemysł medyczny (protezy, osteoprotezy), instrumenty dentystyczne i endodontyczne, implanty dentystyczne, artykuły sportowe, biżuteria (Aleksander Chomow), telefony komórkowe, stopy lekkie itp. materiał w samolotach, rakietach, przemyśle stoczniowym.

Odlewanie tytanu odbywa się w piecach próżniowych do form grafitowych. Stosowane jest również odlewanie próżniowe. Ze względu na trudności technologiczne w ograniczonym stopniu jest wykorzystywany w odlewach artystycznych. Pierwszą monumentalną rzeźbą odlewaną z tytanu na świecie jest pomnik Jurija Gagarina na placu jego imienia w Moskwie.

Tytan jest dodatkiem stopowym w wielu stalach stopowych i większości specjalnych stopów.

Nitinol (nikiel-tytan) to stop z pamięcią kształtu stosowany w medycynie i technologii.

Aluminiki tytanu charakteryzują się wysoką odpornością na utlenianie i wysoką temperaturą, co z kolei przesądziło o ich zastosowaniu w lotnictwie i przemyśle motoryzacyjnym jako materiałów konstrukcyjnych.

Tytan jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów getterowych stosowanych w pompach wysokiej próżni.

Biały dwutlenek tytanu (TiO2) jest stosowany w farbach (np. biel tytanowa), a także w papierze i tworzywach sztucznych. Suplement diety E171.

Związki tytanoorganiczne (np. tetrabutoksytytan) są stosowane jako katalizator i utwardzacz w przemyśle chemicznym i farbiarskim.

Nieorganiczne związki tytanu są stosowane w przemyśle chemicznym elektronicznym i włókien szklanych jako dodatki lub powłoki.

Węglik tytanu, dwuborek tytanu, węgloazotek tytanu są ważnymi składnikami supertwardych materiałów do obróbki metali.

Azotek tytanu jest używany do powlekania narzędzi, kopuł kościelnych oraz do produkcji biżuterii. ma kolor zbliżony do złota.


Tytanian baru BaTiO3, tytanian ołowiu PbTiO3 oraz szereg innych tytanianów - ferroelektryki.

Istnieje wiele stopów tytanu z różnymi metalami. Pierwiastki stopowe dzielą się na trzy grupy w zależności od ich wpływu na temperaturę przemian polimorficznych: na beta-stabilizatory, alfa-stabilizatory i utwardzacze obojętne. Te pierwsze obniżają temperaturę przemiany, drugie podwyższają, trzecie nie wpływają na nią, ale prowadzą do utwardzenia osnowy w roztworze. Przykłady stabilizatorów alfa: glin, tlen, węgiel, azot. Stabilizatory beta: molibden, wanad, żelazo, chrom, nikiel. Utwardzacze neutralne: cyrkon, cyna, silikon. Z kolei beta-stabilizatory dzielą się na beta-izomorficzne i beta-eutektoidalne. Najpopularniejszym stopem tytanu jest Ti-6Al-4V (w klasyfikacji rosyjskiej - VT6).

60% farby;

20% - plastik;

13% - papier;

7% - inżynieria mechaniczna.

15-25 USD za kilogram, w zależności od czystości.

O czystości i gatunku szorstkiego tytanu (gąbki tytanowej) decyduje zazwyczaj jego twardość, która zależy od zawartości zanieczyszczeń. Najpopularniejsze marki to TG100 i TG110.

Cena ferrotytanu (minimum 70% tytanu) na dzień 22.12.2010 wynosi 6,82 USD za kilogram. W dniu 01.01.2010 cena utrzymywała się na poziomie 5,00 USD za kilogram.

W Rosji ceny tytanu na początku 2012 roku wynosiły 1200-1500 rubli / kg.

Zalety:

niska gęstość (4500 kg / m3) pomaga zmniejszyć masę użytego materiału;

wysoka wytrzymałość mechaniczna. Należy zauważyć, że w podwyższonych temperaturach (250-500 ° C) stopy tytanu mają wyższą wytrzymałość niż wysokowytrzymałe stopy aluminium i magnezu;

niezwykle wysoka odporność na korozję dzięki zdolności tytanu do tworzenia na powierzchni cienkich (5-15 μm) ciągłych warstw tlenku TiO2, trwale związanych z masą metalu;

wytrzymałość właściwa (stosunek wytrzymałości do gęstości) najlepszych stopów tytanu sięga 30-35 i więcej, co stanowi prawie dwukrotność wytrzymałości właściwej stali stopowych.


Wady:

wysoki koszt produkcji, tytan jest znacznie droższy niż żelazo, aluminium, miedź, magnez;

aktywne oddziaływanie w wysokich temperaturach, zwłaszcza w stanie ciekłym, ze wszystkimi gazami tworzącymi atmosferę, w wyniku czego tytan i jego stopy mogą być topione tylko w próżni lub w środowisku gazu obojętnego;

trudności związane z produkcją odpadów tytanowych;

słabe właściwości przeciwcierne ze względu na adhezję tytanu do wielu materiałów, tytan w połączeniu z tytanem nie może działać na tarcie;

wysoka skłonność tytanu i wielu jego stopów do kruchości wodorowej i korozji solnej;

słaba skrawalność, podobna do austenitycznych stali nierdzewnych;

wysoka aktywność chemiczna, tendencja do rozrostu ziaren w wysokich temperaturach oraz przemian fazowych podczas cyklu spawania powodują trudności przy spawaniu tytanu.


Główną część tytanu przeznacza się na potrzeby technologii lotniczej i rakietowej oraz budowy statków morskich. Tytan (ferrotitanium) jest stosowany jako dodatek stopowy do stali wysokiej jakości oraz jako odtleniacz. Tytan techniczny jest używany do produkcji zbiorników, reaktorów chemicznych, rurociągów, armatury, pomp, zaworów i innych produktów pracujących w środowiskach korozyjnych. Siatki i inne części urządzeń elektropróżniowych pracujących w wysokich temperaturach wykonane są ze zwartego tytanu.

Tytan plasuje się na 4 miejscu pod względem wykorzystania jako materiał konstrukcyjny, ustępując jedynie Al, Fe i Mg. Aluminiki tytanu charakteryzują się wysoką odpornością na utlenianie i wysoką temperaturą, co z kolei przesądziło o ich zastosowaniu w lotnictwie i przemyśle motoryzacyjnym jako materiałów konstrukcyjnych. Bezpieczeństwo biologiczne tytanu sprawia, że ​​jest to doskonały materiał dla przemysłu spożywczego i chirurgii rekonstrukcyjnej.

Tytan i jego stopy znalazły szerokie zastosowanie w technologii ze względu na ich wysoką wytrzymałość mechaniczną, która jest utrzymywana w wysokich temperaturach, odporność na korozję, odporność na ciepło, wytrzymałość właściwą, niską gęstość i inne użyteczne właściwości. Wysoki koszt tytanu i jego stopów w wielu przypadkach rekompensowany jest ich większą wydajnością, a w niektórych przypadkach są one jedynym materiałem, z którego można wykonać urządzenia lub konstrukcje mogące pracować w tych specyficznych warunkach.

Stopy tytanu odgrywają ważną rolę w inżynierii lotniczej, gdzie celem jest uzyskanie najlżejszej konstrukcji w połączeniu z wymaganą wytrzymałością. Tytan jest lekki w porównaniu z innymi metalami, ale jednocześnie może pracować w wysokich temperaturach. Stopy tytanu są używane do produkcji okładzin, elementów mocujących, zespołu napędowego, części podwozia i różnych jednostek. Materiały te są również wykorzystywane w konstrukcjach lotniczych silników odrzutowych. Pozwala to zmniejszyć ich wagę o 10-25%. Stopy tytanu są używane do produkcji tarcz i łopatek sprężarek, części wlotu powietrza i łopatek kierujących oraz elementów złącznych.

W rakietach wykorzystuje się również tytan i jego stopy. Dzięki krótkotrwałej pracy silników i szybkiemu przechodzeniu gęstych warstw atmosfery w rakietach, problemy wytrzymałości zmęczeniowej, wytrzymałości statycznej i częściowo pełzania są w dużej mierze wyeliminowane.

Ze względu na niewystarczająco wysoką wytrzymałość termiczną tytan techniczny nie nadaje się do stosowania w lotnictwie, jednak ze względu na niezwykle wysoką odporność na korozję w niektórych przypadkach jest niezbędny w przemyśle chemicznym i stoczniowym. Stosuje się więc do produkcji sprężarek i pomp do pompowania mediów agresywnych takich jak kwas siarkowy i solny oraz ich sole, rurociągi, zawory, autoklawy, różnego rodzaju zbiorniki, filtry itp. Tylko tytan jest odporny na korozję w mediach takich jak np. mokry chlor, wodne i kwaśne roztwory chloru, dlatego z tego metalu wykonuje się urządzenia dla przemysłu chlorowego. Wymienniki ciepła wykonane są z tytanu, pracujące w środowiskach korozyjnych np. w kwasie azotowym (nie dymiącym). Tytan jest używany w przemyśle stoczniowym do produkcji śrub napędowych, poszycia statków morskich, okrętów podwodnych, torped itp. Pociski nie przylegają do tytanu i jego stopów, co znacznie zwiększa wytrzymałość naczynia podczas jego ruchu.

Stopy tytanu są obiecujące w wielu innych zastosowaniach, ale ich rozpowszechnienie w technologii jest ograniczone przez wysoki koszt i niedobór tytanu.

Związki tytanu są również szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Węglik tytanu ma wysoką twardość i jest używany do produkcji narzędzi skrawających oraz materiałów ściernych. Biały dwutlenek tytanu (TiO2) jest stosowany w farbach (np. biel tytanowa), a także w papierze i tworzywach sztucznych. Związki tytanoorganiczne (np. tetrabutoksytytan) są stosowane jako katalizator i utwardzacz w przemyśle chemicznym i farbiarskim. Nieorganiczne związki tytanu są stosowane w przemyśle chemicznym elektronicznym i włókien szklanych jako dodatek. Diborek tytanu jest ważnym składnikiem supertwardych materiałów do obróbki metali. Do powlekania narzędzi stosuje się azotek tytanu.

Przy istniejących wysokich cenach tytanu stosuje się go głównie do produkcji sprzętu wojskowego, gdzie główną rolę odgrywa nie koszt, ale parametry techniczne. Niemniej jednak zdarzają się przypadki wykorzystania unikalnych właściwości tytanu na potrzeby cywilne. Wraz ze spadkiem ceny tytanu i wzrostem jego produkcji, wykorzystanie tego metalu do celów wojskowych i cywilnych będzie rosło.


Lotnictwo. Niski ciężar właściwy i wysoka wytrzymałość (szczególnie w podwyższonych temperaturach) tytanu i jego stopów czynią je bardzo cennymi materiałami lotniczymi. Tytan coraz częściej zastępuje aluminium i stal nierdzewną w produkcji samolotów i silników lotniczych. Wraz ze wzrostem temperatury aluminium szybko traci swoją wytrzymałość. Z drugiej strony tytan ma wyraźną przewagę wytrzymałościową do 430°C, a podwyższone temperatury tego rzędu występują przy dużych prędkościach dzięki nagrzewaniu aerodynamicznemu. Zaletą zastąpienia stali tytanem w lotnictwie jest zmniejszenie masy bez poświęcania wytrzymałości. Ogólna redukcja masy przy zwiększonej wydajności w podwyższonych temperaturach pozwala na zwiększenie ładowności, zasięgu i zwrotności samolotu. Wyjaśnia to wysiłki zmierzające do rozszerzenia zastosowania tytanu w produkcji samolotów w produkcji silników, konstrukcji kadłuba, poszycia, a nawet elementów złącznych.

W konstrukcji silników odrzutowych tytan wykorzystywany jest przede wszystkim do produkcji łopatek sprężarek, tarcz turbin i wielu innych elementów tłoczonych. Tutaj tytan wypiera stale nierdzewne i stale stopowe do obróbki cieplnej. Zmniejszenie masy silnika o jeden kilogram pozwala zaoszczędzić do 10 kg całkowitej masy samolotu dzięki odciążeniu kadłuba. W przyszłości planuje się wykorzystanie blachy tytanowej do produkcji obudów komór spalania silnika.

Tytan jest szeroko stosowany w budowie samolotów na części kadłuba pracujące w podwyższonych temperaturach. Blacha tytanowa wykorzystywana jest do produkcji wszelkiego rodzaju osłon, osłon ochronnych kabli oraz prowadnic do pocisków. Różne usztywnienia, ramy kadłuba, żebra itp. są wykonane ze stopowych blach tytanowych.

Osłony, klapki, osłony kabli i prowadnice pocisków wykonane są z niestopowego tytanu. Stop tytanowy jest używany do produkcji ramy kadłuba, ram, rurociągów i ścian ogniowych.


Tytan jest coraz częściej wykorzystywany do budowy samolotów F-86 i F-100. W przyszłości tytan będzie wykorzystywany do produkcji drzwi podwozia, rurociągów hydraulicznych, rur wydechowych i dysz, dźwigarów, klap, rozpórek składanych itp.

Tytan może być używany do produkcji płyt pancernych, łopat śmigieł i skrzynek na pociski.

Obecnie tytan wykorzystywany jest do budowy samolotów wojskowych Douglas X-3 dla skóry, republikańskich F-84F, Curtiss-Wright J-65 i Boeinga B-52.

Tytan wykorzystywany jest również do budowy samolotów cywilnych DC-7. Zastępując stopy aluminium i stal nierdzewną tytanem w produkcji gondoli silnikowych i ścian ogniowych, firma Douglas osiągnęła już oszczędności w masie konstrukcji samolotu o około 90 kg. Obecnie masa części tytanowych w tym samolocie wynosi 2%, a liczba ta ma zostać zwiększona do 20% całkowitej masy samolotu.

Zastosowanie tytanu pozwala na zmniejszenie masy śmigłowców. Blacha tytanowa jest używana do podłóg i drzwi. Znaczącą redukcję masy śmigłowca (ok. 30 kg) osiągnięto w wyniku zastąpienia stali stopowej tytanem do poszycia łopat wirnika głównego.

Marynarka wojenna. Odporność na korozję tytanu i jego stopów sprawia, że ​​są one bardzo cenne na morzu. Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych intensywnie bada odporność tytanu na korozję w stosunku do gazów spalinowych, pary, oleju i wody morskiej. Wysoka wytrzymałość właściwa tytanu ma prawie takie samo znaczenie w sprawach morskich.

Niski ciężar właściwy metalu w połączeniu z odpornością na korozję zwiększa zwrotność i zasięg statków, a także obniża koszty konserwacji części materiałowej i jej naprawy.


Morskie zastosowania tytanu obejmują tłumiki wydechowe do podwodnych silników Diesla, tarcze pomiarowe, cienkościenne rury do skraplaczy i wymienników ciepła. Według ekspertów tytan, jak żaden inny metal, jest w stanie wydłużyć żywotność tłumików wydechu na okrętach podwodnych. Tytan zapewni lepszą odporność tarczom pomiarowym wystawionym na działanie słonej wody, benzyny lub oleju. Badana jest możliwość zastosowania tytanu do produkcji rur wymienników ciepła, które muszą być odporne na korozję w wodzie morskiej myjącej rury z zewnątrz, a jednocześnie opierać się działaniu spływającego w nich kondensatu spalin. Rozważa się możliwość wykonania anten i zespołów instalacji radarowych z tytanu, od którego wymagana jest odporność na działanie spalin i wody morskiej. Tytan może być również wykorzystany do produkcji części takich jak zawory, śmigła, części turbin itp.

Artyleria. Podobno największym potencjalnym konsumentem tytanu może być artyleria, gdzie obecnie trwają intensywne badania nad różnymi prototypami. Jednak w tym obszarze standaryzowana jest produkcja tylko pojedynczych części i części z tytanu. Bardzo ograniczone wykorzystanie tytanu w artylerii o dużym zakresie badań tłumaczy się jego wysokim kosztem.

Przebadano różne części wyposażenia artyleryjskiego pod kątem możliwości zastąpienia konwencjonalnych materiałów tytanem, pod warunkiem obniżenia cen tytanu. Nacisk położono na części, w przypadku których nastąpiła znaczna redukcja masy (części przenoszone ręcznie i przenoszone powietrzem).

Podstawa zaprawy wykonana z tytanu zamiast stali. Dzięki takiej wymianie i po pewnych przeróbkach zamiast stalowej płyty udało się stworzyć jedną sztukę o wadze 11 kg z dwóch połówek o łącznej wadze 22 kg. Dzięki tej wymianie możliwe jest zmniejszenie liczby personelu utrzymania ruchu z trzech do dwóch. Rozważa się możliwość wykorzystania tytanu do produkcji przerywaczy ognia do broni palnej.

Testowane są wykonane z tytanu mocowania dział, wózki dział i cylindry odrzutu. Tytan może być szeroko stosowany w produkcji pocisków kierowanych i pocisków.

Pierwsze badania tytanu i jego stopów wykazały możliwość wykonania z nich płyt pancernych. Zastąpienie pancerza stalowego (grubość 12,7 mm) pancerzem tytanowym o tej samej odporności na pocisk (16 mm grubości) pozwala uzyskać, zgodnie z tymi badaniami, oszczędność masy nawet do 25%.


Stopy tytanu wyższej jakości pozwalają nam liczyć na możliwość zastąpienia blach stalowych tytanem o jednakowej grubości, co daje oszczędność masy nawet do 44%. Przemysłowe zastosowanie tytanu zapewni większą zwrotność, zwiększy zasięg transportu i trwałość broni. Obecny poziom rozwoju transportu lotniczego uwidacznia zalety lekkich samochodów pancernych i innych pojazdów wykonanych z tytanu. Dział artylerii zamierza w przyszłości wyposażyć piechotę w hełmy, bagnety, granatniki i ręczne miotacze ognia wykonane z tytanu. Pierwszym zastosowaniem w artylerii stopu tytanu była produkcja tłoków niektórych broni automatycznej.

Transport. Wiele korzyści wynikających z zastosowania tytanu w produkcji materiałów opancerzonych dotyczy również pojazdów.

Zastąpienie tytanem materiałów konstrukcyjnych obecnie zużywanych przez przedsiębiorstwa transportowe powinno prowadzić do zmniejszenia zużycia paliwa, zwiększenia ładowności, zwiększenia granicy zmęczenia części mechanizmu korbowego itp. Na kolei niezwykle ważne jest zmniejszenie martwych waga. Znaczne zmniejszenie całkowitej masy taboru dzięki zastosowaniu tytanu pozwoli zaoszczędzić na przyczepności, zmniejszy wymiary czopów i maźnic.

Waga ma również znaczenie w przypadku pojazdów ciągniętych. Tutaj zastąpienie stali tytanem w produkcji osi i kół również zwiększyłoby ładowność.

Wszystkie te możliwości można zrealizować poprzez obniżenie ceny tytanu z 15 do 2-3 dolarów za funt półfabrykatów tytanowych.

Przemysł chemiczny. W produkcji urządzeń dla przemysłu chemicznego najważniejsza jest odporność metalu na korozję. Istotne jest również zmniejszenie wagi i zwiększenie wytrzymałości sprzętu. Logiczne jest założenie, że tytan mógłby zapewnić szereg korzyści w produkcji urządzeń do transportu z niego kwasów, zasad i soli nieorganicznych. Dodatkowe możliwości zastosowania tytanu otwierają się w produkcji urządzeń takich jak zbiorniki, kolumny, filtry oraz wszelkiego rodzaju butle wysokociśnieniowe.

Zastosowanie orurowania tytanowego może zwiększyć sprawność wężownic grzewczych w autoklawach laboratoryjnych i wymiennikach ciepła. O przydatności tytanu do produkcji cylindrów, w których gazy i ciecze pod ciśnieniem przechowywane są przez długi czas, świadczy zastosowane w mikroanalizie produktów spalania zamiast cięższej szklanej rurki (pokazanej w górnej części zdjęcia) . Ze względu na małą grubość ścianki i mały ciężar właściwy rura ta może być ważona na bardziej czułych wagach analitycznych o mniejszych wymiarach. Tutaj połączenie lekkości i odporności na korozję poprawia dokładność analizy chemicznej.

Inne obszary zastosowania. Stosowanie tytanu jest wskazane w przemyśle spożywczym, naftowym i elektrycznym, a także w produkcji narzędzi chirurgicznych oraz w samej chirurgii.

Stoły do ​​przygotowywania żywności, stoły parowe wykonane z tytanu przewyższają jakością produkty stalowe.

W branży wiertniczej nafty i gazu walka z korozją ma ogromne znaczenie, dlatego zastosowanie tytanu pozwoli na rzadszą wymianę korozyjnych prętów sprzętu. W produkcji katalitycznej i do produkcji rurociągów naftowych pożądane jest stosowanie tytanu, który zachowuje swoje właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach i ma dobrą odporność na korozję.

W przemyśle elektrycznym tytan może być stosowany do zbrojeń kabli ze względu na dobrą wytrzymałość właściwą, wysoką oporność elektryczną i właściwości niemagnetyczne.

Różne branże zaczynają używać elementów złącznych w takiej czy innej formie, wykonanych z tytanu. Dalsze rozszerzenie zastosowania tytanu do produkcji narzędzi chirurgicznych jest możliwe głównie ze względu na jego odporność na korozję. Pod tym względem narzędzia tytanowe przewyższają konwencjonalne narzędzia chirurgiczne, gdy są wielokrotnie gotowane lub autoklawowane.

W dziedzinie chirurgii tytan przewyższa stal witalną i nierdzewną. Obecność tytanu w ciele jest całkiem do przyjęcia. Płytka i śruby wykonane z tytanu do mocowania kości znajdowały się w ciele zwierzęcia przez kilka miesięcy, a kość wrosła w gwinty śrub i w otwór płytki.

Tytan ma również tę zaletę, że na płytce tworzy się tkanka mięśniowa.

Około połowa światowej produkcji tytanu kierowana jest zwykle do cywilnego przemysłu lotniczego, jednak jej upadek po znanych tragicznych wydarzeniach zmusza wielu uczestników przemysłu do poszukiwania nowych obszarów zastosowania tytanu. Materiał ten stanowi pierwszą część wyboru publikacji w zagranicznej prasie metalurgicznej poświęconych perspektywom tytanu we współczesnych warunkach. Według szacunków jednego z czołowych amerykańskich producentów tytanu RT1, o łącznym wolumenie produkcji tytanu w skali światowej na poziomie 50-60 tys. ton rocznie, na segment lotniczy przypada do 40 zużycia, zastosowań przemysłowych i zastosowań stanowią 34, a sektor wojskowy 16 , a około 10 pochodzi z zastosowania tytanu w produktach konsumenckich. Przemysłowe zastosowania tytanu obejmują procesy chemiczne, energetykę, ropę i gaz, zakłady odsalania. Zastosowania wojskowe poza lotnictwem obejmują przede wszystkim zastosowanie w pojazdach artyleryjskich i bojowych. Sektory o znaczącym zużyciu tytanu to motoryzacja, architektura i budownictwo, artykuły sportowe, biżuteria. Prawie cały tytan we wlewkach jest produkowany w USA, Japonii i WNP – Europa stanowi tylko 3,6 globalnego wolumenu. Regionalne rynki końcowego zastosowania tytanu są bardzo różne – najbardziej uderzającym przykładem wyjątkowości jest Japonia, gdzie cywilny sektor lotniczy odpowiada jedynie za 2-3, gdy zużywa 30 % całkowitego zużycia tytanu w sprzęcie i elementach konstrukcyjnych zakładów chemicznych. Elektrownie jądrowe i elektrownie na paliwo stałe stanowią około 20 całkowitego zapotrzebowania Japonii, a pozostała część pochodzi z architektury, medycyny i sportu. Odwrotny obraz obserwujemy w Stanach Zjednoczonych i Europie, gdzie konsumpcja w sektorze lotniczym jest niezwykle ważna – odpowiednio 60-75 i 50-60 dla każdego regionu. W Stanach Zjednoczonych tradycyjnie mocnymi rynkami końcowymi jest przemysł chemiczny, sprzęt medyczny, sprzęt przemysłowy, podczas gdy w Europie największy udział ma przemysł naftowo-gazowy i budowlany. Duże uzależnienie od przemysłu lotniczego jest od dawna przedmiotem troski przemysłu tytanowego, który stara się poszerzyć zastosowania tytanu, co jest szczególnie widoczne w obecnej dekoniunkturze w lotnictwie cywilnym na skalę światową. Według US Geological Survey w pierwszym kwartale 2003 roku nastąpił znaczny spadek importu gąbek tytanowych – tylko 1319 ton, czyli o 62 mniej niż 3431 ton w analogicznym okresie 2002 roku. Według Johna Barbera, dyrektora ds. rozwoju rynku dla giganta amerykańskiego producenta tytanu i dostawcy produktów tytanowych, Type John Barber, sektor lotniczy zawsze będzie jednym z wiodących rynków dla tytanu, ale my, przemysł tytanowy, musimy podjąć wyzwanie i to zrobić. wszystko po to, aby nasza branża nie nadążała za cyklami rozwoju i recesji w sektorze lotniczym. Niektórzy z wiodących producentów w przemyśle tytanowym dostrzegają możliwości rozwoju na istniejących rynkach, z których jednym jest rynek sprzętu i materiałów podmorskich. Według Martina Proco, Kierownika Sprzedaży i Dystrybucji RT1, tytan jest używany od wczesnych lat 80-tych w operacjach energetycznych i podmorskich, ale dopiero w ciągu ostatnich pięciu lat obszary te stale się rozwijają z odpowiednim wzrostem niszę rynkową. Jeśli chodzi o operacje podmorskie, wzrost jest tutaj spowodowany przede wszystkim wierceniem na większych głębokościach, gdzie tytan jest najbardziej odpowiednim materiałem. Jego, że tak powiem, podwodny cykl życia wynosi pięćdziesiąt lat, co odpowiada zwykłemu czasowi trwania projektów podwodnych. Wymieniono już powyższe obszary, w których prawdopodobny jest wzrost wykorzystania tytanu. Według Boba Funnella, kierownika sprzedaży amerykańskiej firmy Howmet Ti-Cast, obecny stan rynku można postrzegać jako rosnące możliwości w nowych obszarach, takich jak obrotowe turbosprężarki w ciężarówkach, rakiety i pompy.


Jednym z naszych bieżących projektów jest opracowanie lekkich systemów artyleryjskich BAE Howitzer XM777 kal. 155 mm. Nawmet dostarczy 17 z 28 konstrukcyjnych elementów odlewanych z tytanu dla każdego uchwytu działa, których wysyłka do Korpusu Piechoty Morskiej USA ma rozpocząć się w sierpniu 2004 roku. Przy całkowitej wadze 9800 funtów około 4,44 tony, tytan stanowi około 2600 funtów około 1,18 tony w konstrukcji - przy użyciu stopu 6A14U z dużą liczbą odlewów, mówi Frank Hrster, szef systemów wsparcia ogniowego BAE 8u81et8. Ten system XM777 powinien zastąpić obecny system M198 Howitzer, który waży około 17 000 funtów, około 7,71 tony. Produkcja seryjna planowana jest na okres od 2006 do 2010 roku – początkowo planowana jest dostawa do USA, Wielkiej Brytanii i Włoch, ale istnieje możliwość rozszerzenia programu o dostawy do krajów członkowskich NATO. John Barber z Timet wskazuje, że przykładami sprzętu wojskowego, które wykorzystują znaczne ilości tytanu, są czołg Abraham i wóz bojowy Bradley. Od dwóch lat realizowany jest wspólny program NATO, Stanów Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii, którego celem jest zintensyfikowanie wykorzystania tytanu w uzbrojeniu i systemach obronnych. Jak już niejednokrotnie zauważono, tytan bardzo dobrze nadaje się do zastosowania w motoryzacji, choć udział tego kierunku jest dość skromny – według Włoch około 1 w całkowitej ilości zużytego tytanu, czyli 500 ton rocznie. firma Rogipolini, producent tytanowych podzespołów i części do motocykli Formuły 1 i wyścigowych. Daniele Stoppolini, szef działu badawczo-rozwojowego tej firmy uważa, że ​​obecne zapotrzebowanie na tytan w tym segmencie rynku na poziomie 500 ton przy masowym wykorzystaniu tego materiału w konstrukcjach zaworów, sprężyn, układów wydechowych, wały napędowe, śruby mogą potencjalnie wzrosnąć do poziomu prawie nie 16 000 ton rocznie. Dodał, że jego firma dopiero zaczyna rozwijać zautomatyzowaną produkcję śrub tytanowych w celu obniżenia kosztów produkcji. Jego zdaniem, czynnikami ograniczającymi, przez które zastosowanie tytanu nie rozwija się znacząco w motoryzacji, są nieprzewidywalność popytu i niepewność podaży surowców. Jednocześnie duża potencjalna nisza dla tytanu pozostaje w przemyśle motoryzacyjnym, łącząc optymalne właściwości wagowe i wytrzymałościowe dla sprężyn śrubowych i układów wydechowych. Niestety, na rynku amerykańskim szerokie zastosowanie tytanu w tych układach odnotowuje się tylko w dość ekskluzywnym półsportowym modelu Chevrolet-Corvette Z06, który w żaden sposób nie może pretendować do miana samochodu masowego. Jednak ze względu na ciągłe wyzwania związane z oszczędnością paliwa i odpornością na korozję, perspektywy dla tytanu w tym obszarze pozostają. W celu uzyskania aprobaty na rynkach zastosowań innych niż lotnicze i niemilitarne niedawno utworzono joint venture UNITI w jego nazwie, słowo jedność - jedność i Тi - oznaczenie tytanu w układzie okresowym jako część wiodących światowych producentów tytanu - Amerykańskie Allegheny Technologies i rosyjskie VSMPO-Avisma. Rynki te zostały celowo wykluczone – powiedział Karl Multon, prezes nowej spółki – zamierzamy uczynić z nowej spółki czołowego dostawcę części i podzespołów tytanowych, przede wszystkim petrochemicznych i energetycznych. Ponadto zamierzamy aktywnie wprowadzać na rynek urządzenia do odsalania, pojazdy, produkty konsumenckie i elektronikę. Wierzę, że nasze zakłady produkcyjne dobrze się uzupełniają – VSMPO ma wybitne możliwości wytwarzania wyrobów finalnych, Allegheny ma doskonałe tradycje w produkcji wyrobów walcowanych na zimno i na gorąco z tytanu. Oczekuje się, że udział UNITI w światowym rynku tytanu wyniesie 45 milionów funtów, czyli około 20.411 ton. Rynek sprzętu medycznego można uznać za rynek stale rozwijający się – według British Titanium International Group roczna zawartość tytanu na całym świecie w różnych implantach i protezach wynosi około 1000 ton, a liczba ta będzie rosła w miarę możliwości chirurgii zastępującej człowieka. stawy po wypadkach lub urazach. Oprócz oczywistych zalet elastyczności, wytrzymałości i lekkości, tytan jest wysoce biokompatybilny z ciałem ze względu na brak korozji tkanek i płynów w ludzkim ciele. W stomatologii gwałtownie rośnie również zastosowanie protez i implantów – według Amerykańskiego Towarzystwa Stomatologicznego potroiło się w ciągu ostatniej dekady, w dużej mierze dzięki właściwościom tytanu. Chociaż tytan jest stosowany w architekturze od ponad 25 lat, jego szerokie zastosowanie w tej dziedzinie rozpoczęło się dopiero w ostatnich latach. Rozbudowa lotniska w Abu Dhabi w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, której zakończenie zaplanowano na 2006 rok, pochłonie do 1,5 miliona funtów z około 680 ton tytanu. Sporo różnych projektów architektoniczno-budowlanych z wykorzystaniem tytanu planuje się zrealizować nie tylko w rozwiniętych krajach USA, Kanadzie, Wielkiej Brytanii, Niemczech, Szwajcarii, Belgii, Singapurze, ale także w Egipcie i Peru.


Segment rynku konsumenckiego jest obecnie najszybciej rozwijającym się segmentem rynku tytanu. Podczas gdy 10 lat temu ten segment był tylko 1-2 rynkiem tytanu, dziś urósł do 8-10 rynku. Ogólnie rzecz biorąc, zużycie tytanu w produkcji dóbr konsumpcyjnych wzrosło około dwukrotnie szybciej niż cały rynek tytanu. Zastosowanie tytanu w sporcie jest najdłużej trwające i ma największy udział w wykorzystaniu tytanu w produktach konsumenckich. Powód popularności tytanu w sprzęcie sportowym jest prosty - pozwala uzyskać stosunek wagi i wytrzymałości lepszy niż jakikolwiek inny metal. Zastosowanie tytanu w rowerach rozpoczęło się około 25-30 lat temu i było pierwszym zastosowaniem tytanu w sprzęcie sportowym. Rury to głównie Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9. Inne części ze stopu tytanu to hamulce, koła zębate i sprężyny gniazd. Zastosowanie tytanu w produkcji kijów golfowych po raz pierwszy rozpoczęło się pod koniec lat 80. i na początku lat 90. przez producentów kijów golfowych w Japonii. Do 1994-1995 takie zastosowanie tytanu było praktycznie nieznane w Stanach Zjednoczonych i Europie. To się zmieniło, gdy Callaway wprowadził swój tytanowy kij golfowy, wyprodukowany przez Ruger Titanium, zwany Great Big Bertha. Ze względu na oczywiste korzyści i przemyślany marketing Callaway, tytanowe kije golfowe natychmiast stały się niezwykle popularne. W krótkim czasie tytanowe kije z ekskluzywnego i drogiego asortymentu dla niewielkiej grupy golfistów stały się powszechnie używane przez większość golfistów, a jednocześnie są droższe od stali. Chciałbym przytoczyć główne, moim zdaniem, trendy w rozwoju rynku golfowego, który w krótkim okresie 4-5 lat przeszedł od high-tech do masowej produkcji, podążając ścieżką innych branż o wysokich kosztach pracy, takich jak produkcja odzieży, zabawek i elektroniki użytkowej, produkcja kijów golfowych trafiła do krajów o najtańszej sile roboczej, najpierw do Tajwanu, potem do Chin, a teraz fabryki budowane są w krajach o jeszcze tańszej sile roboczej, takich jak Wietnam i Tytan tajlandzki jest zdecydowanie stosowany dla kierowców kierowców, gdzie jego doskonałe właściwości dają wyraźną przewagę i uzasadniają wyższą cenę ... Jednak tytan nie znalazł jeszcze zbyt szerokiego zastosowania w kolejnych kijach golfowych, ponieważ znacznemu wzrostowi kosztów nie towarzyszy odpowiednia poprawa gry; obecnie sterowniki są produkowane głównie z kutymi powierzchniami uderzeniowymi, kutymi lub odlewanymi wierzchołkami i odlewanymi dnami. Stowarzyszenie ROA Professional Golf Association zatwierdziło podwyższenie górnej granicy tzw. stopy zwrotu, w związku z czym wszyscy producenci klubów będą starali się zwiększyć sprężyste właściwości powierzchni uderzania. W tym celu konieczne jest zmniejszenie grubości powierzchni bicia i zastosowanie do niej bardziej wytrzymałych stopów, takich jak SP700, 15-3-3-3 i VT-23. Zastanówmy się teraz nad zastosowaniem tytanu i jego stopów w innym sprzęcie sportowym. Rury do rowerów wyścigowych i innych części wykonane są ze stopu ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V. Zaskakująco duża ilość blachy tytanowej jest wykorzystywana do produkcji noży nurkowych. Większość producentów stosuje Ti6Al-4V, ale ten stop nie zapewnia trwałości ostrza jak inne twardsze stopy. Niektórzy producenci przechodzą na stosowanie stopu VT23.


Cena detaliczna tytanowych noży nurkowych wynosi około 70-80 USD. Podkowy odlewane z tytanu zapewniają znaczną redukcję wagi w porównaniu do stali, zapewniając jednocześnie niezbędną wytrzymałość. Niestety, to zastosowanie tytanu nie ożyło, ponieważ tytanowe podkowy błyszczały i przerażały konie. Niewielu zgodzi się na użycie podków tytanowych po pierwszych złych doświadczeniach. Firma Titanium Beach z Newport Beach, Kalifornia Newport Beach, Kalifornia, opracowała deski do rolek Ti6Al-4V. Niestety jest to znowu problem trwałości krawędzi ostrza. Myślę, że ten produkt ma szansę na życie, pod warunkiem, że producenci użyją mocniejszych stopów, takich jak 15-3-3-3 czy VT-23. Tytan jest bardzo szeroko stosowany w alpinizmie i turystyce, do prawie wszystkich przedmiotów, które wspinacze i turyści noszą w swoich plecakach, butelkach, kubkach detalicznych za 20-30 USD, zestawy do gotowania detaliczne za około 50 USD, zastawa stołowa wykonana głównie z komercyjnie czystego tytanu klasy 1 oraz 2. Innymi przykładami sprzętu wspinaczkowego i kempingowego są kompaktowe piece, tyczki i maszty namiotowe, czekany i śruby lodowe. Producenci broni rozpoczęli ostatnio produkcję tytanowych pistoletów zarówno dla strzelectwa sportowego, jak i organów ścigania.

Elektronika użytkowa to dość nowy i szybko rozwijający się rynek tytanu. W wielu przypadkach zastosowanie tytanu w elektronice użytkowej wynika nie tylko z jego doskonałych właściwości, ale także z atrakcyjnego wyglądu produktów. Komercyjnie czysty tytan klasy 1 jest używany do produkcji obudów do laptopów, telefonów komórkowych, telewizorów plazmowych z płaskim ekranem i innego sprzętu elektronicznego. Zastosowanie tytanu w konstrukcji głośników zapewnia lepsze właściwości akustyczne ze względu na lekkość tytanu w porównaniu ze stalą, co skutkuje zwiększoną wrażliwością akustyczną. Zegarki tytanowe, zapoczątkowane przez japońskich producentów, są obecnie jednym z najbardziej przystępnych cenowo i rozpoznawalnych produktów tytanowych dla konsumentów. Światowe zużycie tytanu w produkcji tradycyjnej i tak zwanej biżuterii do noszenia mierzone jest w kilkudziesięciu tonach. Coraz częściej można spotkać obrączki z tytanu i oczywiście osoby noszące biżuterię na ciele są po prostu zobligowane do używania tytanu. Tytan znajduje szerokie zastosowanie w produkcji elementów złącznych i armatury morskiej, gdzie bardzo ważne jest połączenie wysokiej odporności na korozję i wytrzymałości. Atlas Ti, z siedzibą w Los Angeles, produkuje szeroką gamę produktów ze stopu VTZ-1. Zastosowanie tytanu do produkcji narzędzi po raz pierwszy rozpoczęło się w Związku Radzieckim na początku lat 80., kiedy na polecenie rządu wyprodukowano lekkie i wygodne narzędzia ułatwiające pracę robotnikom. Radziecki gigant produkcji tytanu, Stowarzyszenie Produkcji Metali Verkhne-Salda, produkował w tym czasie tytanowe łopaty, ściągacze gwoździ, łom, toporki i klucze.


Później japońscy i amerykańscy producenci narzędzi zaczęli używać tytanu w swoich produktach. Nie tak dawno VSMPO podpisało umowę z Boeingiem na dostawę płyt tytanowych. Ten kontrakt niewątpliwie miał bardzo korzystny wpływ na rozwój produkcji tytanu w Rosji. Tytan od wielu lat jest szeroko stosowany w medycynie. Zaletami są wytrzymałość, odporność na korozję, a co najważniejsze, niektórzy ludzie są uczuleni na nikiel, niezbędny składnik stali nierdzewnych, podczas gdy nikt nie jest uczulony na tytan. Stosowane stopy to komercyjnie czysty tytan i Ti6-4Eli. Tytan wykorzystywany jest do produkcji narzędzi chirurgicznych, protez wewnętrznych i zewnętrznych, w tym krytycznych, takich jak zastawka serca. Kule i wózki inwalidzkie wykonane są z tytanu. Zastosowanie tytanu w sztuce datuje się na rok 1967, kiedy w Moskwie wzniesiono pierwszy tytanowy pomnik.

W chwili obecnej na niemal wszystkich kontynentach wzniesiono znaczną liczbę pomników i budowli z tytanu, w tym tak znanych jak Muzeum Guggenheima, zbudowane przez architekta Franka Gehry'ego w Bilbao. Materiał jest bardzo popularny wśród ludzi sztuki ze względu na swój kolor, wygląd, wytrzymałość i odporność na korozję. Z tych powodów tytan jest wykorzystywany w pamiątkach oraz biżuterii i biżuterii, gdzie z powodzeniem konkuruje z takimi metalami szlachetnymi jak srebro, a nawet złoto. Jak już wspomniano w jednej z publikacji na temat tytanu, jednym z głównych powodów powstrzymywania przełomu tytanu szerokie rynki to jego wysoki koszt.... Jak zauważył Martin Proco z RTi, średnia cena gąbki tytanowej w Stanach Zjednoczonych wynosi 3,80 za funt, w Rosji 3,20 za funt. Ponadto cena metalu w dużym stopniu zależy od cyklicznego charakteru komercyjnego przemysłu lotniczego. Rozwój wielu projektów może znacznie przyspieszyć, jeśli uda się znaleźć sposoby na obniżenie kosztów procesów pozyskiwania i przetwarzania tytanu, technologii przerobu złomu i wytapiania – mówi Markus Holz, dyrektor zarządzający Deutshe Titan w Niemczech. Rzecznik British Titanium zgadza się, że ekspansja produkcji tytanu jest ograniczana przez wysokie koszty produkcji, a wiele ulepszeń w nowoczesnej technologii jest potrzebnych, zanim tytan będzie mógł być produkowany masowo.


Jednym z kroków w tym kierunku jest opracowanie tak zwanego procesu FFC, który jest nowym procesem elektrolitycznym otrzymywania metalicznego tytanu i jego stopów, którego koszt jest znacznie niższy. Według Daniele Stoppolini ogólna strategia w przemyśle tytanowym wymaga opracowania stopów najbardziej odpowiednich, technologii produkcji dla każdego nowego rynku oraz zastosowania tytanu.

Źródła

Wikipedia - Wolna encyklopedia, WikiPedia

metotech.ru - Metotechnika

housetop.ru - Dom Top

atomsteel.com - Technologia atomowa

domremstroy.ru - DomRemStroy