Титан: свойства и применение

Титан — серебристо-белый металл. Его коррозийная стойкость выше нержавеющей стали за счет оксидной пленки (аналогично алюминию). Абсолютно стоек в морской воде и атмосферных условиях, во многих кислотах, но реагирует с плавиковой кислотой. Легкий металл,
тугоплавкий, высоко пластичен, хорошо обрабатывается давле-нием, плохо резанием, обладает высокой прочностью.?
Сочетание высокой механической прочности, немагнитности и коррозионной стойкости при достаточной технологичности делают титан и его сплавы весьма ценными для применения в ряде областей техники и медицины. Например, в авиационной промышленности из них изготовляют обшивки самолетов и многие детали компрессоров; в судостроении — обшивку судна, теплообменники, гребные винты; в химическом и нефтяном машиностроении — резервуары, фильтры, теплообменники, трубопроводы.
Большое значение титановые сплавы приобретают в космическом аппаратостроении, судои кораблестроении, в энергетическом машиностроении. Из них изготовляют лопатки турбин низкого давления, лопатки компрессоров, бандажные кольца, крепежные и другие изделия. Нашли они также применение и в медицине для изготовления скрепляющих пластин и гвоздей при переломах костей, изготовления хирургических инструментов и аппаратуры современной медицины.
В последние годы титан широко стал применяться для изготовления бытовой техники и инструмента, однако широкое применение титана в ряде областей ограничивается его высокой стоимостью.
Титан впервые был открыт в 1791 г., в чистом виде выделен в 1925 г., а первый промышленный металл получен только в 1948 г. Ценные свойства титана как конструкционного материала привели к такому росту его производства, какого не знала даже рекордная в этом отношении алюминиевая промышленность. В 1948 г. было получено всего 2,5 т титана, а в 1957 г. мировое производство его было уже 30 000 т.
По распространенности в земной коре титан среди металлов занимает четвертое место после алюминия, железа и магния, т. е. в природе его больше, чем таких давно и широко применяемых металлов, как медь, свинец, олово, цинк, никель, серебро, золото и платина, вместе взятых.
Широкая распространенность в земной коре и прекрасное сочетание физических и химических свойств делают титан одним из лучших металлов настоящего и будущего.
Производство титана. Основными промышленными рудами, из которых получают титан, являются рутил (ТЮ2) и ильменит ^еТЮ2), содержащий 53% ТЮ2 и 47% FeO. Технология получения титана очень сложная и экологически вредная.
Краткое описание технологического процесса.
Основным материалом для получения титана являются ильменитовые руды. Полученный после электромагнитного или гравитационного обогащения руды концентрат подвергают восстановительной плавке с целью удаления оксидов железа. Для этого концентрат в смеси с коксом плавят и выдерживают в печи при 1700°С. В результате железо восстанавливается, науглероживается и образует побочный продукт — чугун, а оксид титана Ті02 переходит в шлак. Полученный шлак, состоящий из (65-85)% Ті02 и других примесей, брикетируют с коксом и подвергают хлорированию в специальных шахтных печах при температуре 600 °С. В присутствии угля титан из диоксида переходит в тетрахлорид ТіСІ4.
Тетрахлорид титана плавится при температуре23 °С и кипит при +136 °С, поэтому в условиях печи он испаряется и, увлекая за собой летучие хлориды примесей (SiCl4, МдС12, FеСlз и др.), направляется в конденсационную установку. Наличие в установке ряда секций с различным перепадом температур позволяет разделить хлориды и таким образом выделить четыреххлористый титан, который дальше подвергают очистке методом ректификации.
Малолетучие хлориды магния, кальция и других металлов образуют жидкость, из которой электролизом получают магний и хлор.
Четыреххлористый титан восстанавливают в стальных ретортах диаметром до 1,5 и высотой до 3 м. Реторта устанавливается в электропечь, которая заполняется аргоном. Затем печь нагревают до 750-800°С и в реторту заливают жидкий тетрахлорид титана и магний.
Частицы восстановленного титана спекаются в пористую массу — губку, а жидкий хлористый магний сливают и направляют на электролиз для получения магния и хлора.
Титановая губка содержит в порах до 35-45 % магния и хлористого магния, а также некоторых других примесей, поэтому ее подвергают очистке методом вакуумной дистилляции — выдержке в течение нескольких десятков часов в вакууме при температуре 900 °С. При этом часть примесей удаляется в виде расплава, другие испаряются и затем конденсируются. Плавку титановой губки осуществляют в вакуумных электродуговых печах. Одним из электродов служит стержень из прессованной титановой губки, другим — расплавленный металл. При горении дуги стержень оплавляется, капли титана стекают в тигель и затвердевают в слиток. Вакуум предохраняет металл от окисления и способствует его очистке от растворенных газов.
К титану и его сплавам применимы все виды механической обработки: точение, сверление, фрезерование, шлифование, по-лирование и др. Однако для этого требуются специальный инст-румент и разработка наиболее рациональных режимов резания.
<< | >>
Источник: Багров Н.М.. Основы отраслевых технологий. 2010

Еще по теме Титан: свойства и применение:

  1. Никель: свойства и применение.
  2. Основные виды, свойства и применение
  3. Сталь, ее свойства, производство и применение
  4. Легкоплавкие металлы: общая характеристика, свойства и применение.
  5. Основные виды термопластичных пластмасс, их свойства и применение
  6. Алюминий и его сплавы: свойства, производство и применение.
  7. Основные виды термореактивных пластмасс, их свойства и применение
  8. Основные свойства систем
  9. Свойства финансов
  10. Основные свойства строительных материалов
  11. Свойства недвижимости
  12. Марковское свойство
  13. История и свойства последовательности
  14. Свойства процесса управления
  15. 6.2. Экономическая теория о свойствах товара.
  16. Понятие и свойства группы
  17. Классификация сталей. Их свойства и примене-ние.
  18. Свойства понимания и приемы управления ими