7.4 Титан и его сплавы
Титан – металл серого цвета. Имеет две аллотропические модификации. Низкотемпературная модификация Ti? , существующая до 882?С, имеет гексагональную кристаллическую решетку. При более высоких температурах Ti? перестраивается в кубическую объемно-центрированную решетку. Плотность титана 4,5 г/см?.
Содержание титана в земной коре не превышает 0,61%. Титан входит в состав более 60 минералов, основными из которых являются ильменит FeO•TiO2 и рутил TiO2.
Температура плавления титана зависит от степени его чистоты и колеблется в пределах от 1660 до 1680?С. Более существенно наличие примесей влияет на механические свойства титана.
Титан технической чистоты обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. По коррозионной стойкости он превосходит нержавеющую сталь и приближается к благородным металлам (золото, серебро, платина). Титан практически не подвергается воздействию атмосферного воздуха, пресной и морской воды. При нормальных условиях он не растворяется во многих сильных органических и минеральных кислотах, в том числе и в царской водке (смесь концентрированных азотной и соляной кислот с отношением объемов 1:3). Царская водка является самым сильным окислителем и растворяет даже золото и платину.
При температуре выше 500?С и особенно в расплавленном состоянии химическая активность титана резко возрастает. Поэтому при плавке и дуговой сварке (см. ниже) требуется применения вакуума или защитной атмосферы инертных газов (например, аргона).
Титан имеет неплохие технологические свойства. Он хорошо обрабатывается давлением. Из него изготовляют листы, трубы, проволоку, поковки.
Однако у титана как конструкционного материала имеется и ряд недостатков. Один из них уже рассмотрен – высокая химическая активность с газами, содержащимися в атмосфере, при повышенных температурах. Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, в результате чего тот быстро изнашивается. К недостаткам титана следует отнести также низкую теплопроводность (почти в 15 раз ниже, чем у алюминия) и невысокие антифрикционные свойства.
Некоторые из рассмотренных недостатков титана устраняются при помощи его легирования, т.е. получения сплавов на основе титана. В качестве легирующих добавок используют алюминий, хром, марганец, молибден, ванадий и другие элементы. Чаще всего целью легирования является повышение механических свойств и жаропрочности.
Титановые сплавы широко используются в авиации, ракетной и космической технике, в химическом машиностроении и в других отраслях, где требуется сочетание незначительной массы с высокой прочностью, коррозионной стойкостью и жаропрочностью до 500…600?С.
Титан и его сплавы применяются также в медицинской промышленности (внутренние протезы, хирургический инструмент), в судостроении (гребные винты, насосы и др.), а также в лакокрасочной промышленности для приготовления титановых белил. Карбид титана TiC используется в порошковой металлургии для получения инструментальных материалов (см. ниже).
Однако широкое применение титановых сплавов пока сдерживается сложной и дорогой технологией производства чистого титана и относительно высокой его стоимостью. Тем не менее тенденция роста мирового производства титана позволяет считать его одним из самых перспективных материалов в современной технике.
Вопросы для самопроверки:
1. Назовите основные свойства меди и области ее использования.2. С какой целью производят легирование меди? Приведите примеры наиболее распространенных конструкционных сплавов на основе меди.
3. Расскажите об основных видах сплавов на основе алюминия. В каких областях техники используются эти сплавы.
4. Назовите основные свойства магния и его сплавов.
5. В каких областях техники используются сплавы на основе титана? В чем особенность свойств этих сплавов?
Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008
