Характеристика титана

Общая характеристика титана и титановых сплавов

Важнейшими преимуществами титановых сплавов перед другими конструкционными материалами являются их высокие удельная прочность и жаропрочность в сочетании с высокой коррозионной стойкостью. Кроме того, титан и его сплавы хорошо свариваются, парамагнитны и обладают некоторыми другими свойствами, имеющими важное значение в ряде отраслей техники. Перечисленные качества титановых сплавов открывают большие перспективы их применения в тех областях машиностроения, где требуются высокая удельная прочность и жаропрочность в сочетании с высокой коррозионной стойкостью. Это относится, в первую очередь, к таким отраслям техники как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение.

Касаясь некоторых специфических свойств титана, можно отметить, что он представляет большой интерес как конструкционный материал для космических кораблей.

Классификация

Титановые сплав целесообразно разделить на три большие группы:

• Конструкционные и высокопрочные титановые сплавы представляют собой – твердые растворы, что позволяет им обеспечивать оптимальное соотношение характеристик прочности и пластичности.
• Жаропрочные титановые сплавы представляют собой  – твердые растворы с большим или меньшим количеством химического соединения (или начальной стадии его образования), что обеспечивает им повышенную жаропрочность при минимальном снижении пластичности.
• Титановые сплавы на основе химического соединения – представляют интерес как жаропрочный материал с низкой плотностью, способный конкурировать с жаропрочными никелиевыми сплавами в определенном температурном интервале.

В настоящее время титан – один из важнейших конструкционных металлических материалов. Для этого титану в течение 200 лет пришлось пройти путь от признания его непригодным в конструкционных целях до всеобщего поклонения как перед одним из самых перспективных и вечных металлов.

В 1791 г. английский химик и минералог Вильям Грегор открыл новый элемент в минерале менакканите и назвал его «менаккин». Немецкий химик Мартин Клапрот в 1795 г. вторично открыл элемент в минерале рутиле и присвоил ему красивое имя «титан». Это название заимствовано из древнегреческой мифологии: титанами именовались сыновья Геи – богини Земли.

Спустя два года выяснилось, что Грегор и Клапрот открыли один и тот же элемент, который с тех пор носит величественное имя – титан. Многие ученые пытались получить титан в чистом виде и только в 1875 г. русский ученый Д.К. Кириллов впервые смог получить металлический титан, содержащий несколько процентов примесей. В 1910 г. американский химик Хантер сумел произвести несколько граммов чистого титана, содержащего несколько десятых долей процента примесей, которые делают его практически непригодным для обработки. И хотя соли титана уже находили применение, лишь в 1925 г., полученный голландскими учеными Ван Аркелем и де Буре титан высокой частоты продемонстрировал свои уникальные свойства: высокие пластичность, прочность, твердость, коррозионную стойкость. Титан – тугоплавкий металл, но взаимодействует со многими металлами и неметаллами.

Взаимодействие титана с большинством элементов, в одной стороны, создает значительные трудности при получении  чистого титана, но, с другой стороны, дает возможность получать большое число разнообразных по свойствам сплавов.

Титан входит в состав примерно восьмидесяти минералов, в основном, в виде диоксида титана и солей титановой кислоты. Однако вследствие необычайно высокого химического сродства титана к кислороду, получить титан прямым восстановлением его диоксида – задача почти невыполнимая.  В связи с этим промышленное распространение получил магнийтермический метод, основанный на восстановлении тетрахлорида титана, полученного путем хлорирования диоксида титана, жидким магнием. Восстановленный титан оседает в виде титановой губки на стенках реактора. Метод был предложен немецким ученым Кролем в конце 30-х годов XX в.

Первое производство титана в ограниченных масштабах было пущено в 1954 г. на Подольском химико-металлургическом заводе (ПХМЗ). Исследования, проведенные на ПХМЗ, открыли дорогу для создания отечественной титановой промышленности, были построены мощные предприятия в Запорожье (Украина), Березниках на Урале, Усть-Каменогорске (Казахстан). Созданный в Запорожье институт титана – единственный в мире научный коллектив, занимающийся исключительно проблемами металлургии, химии титана, проектирования титаново-магниевых заводов и применения титана в различных областях промышленной индустрии.