главная страница    словари    ГОСТЫ И ТУ    свойства металлов    производители металлов    о проекте

медь  бронза  латунь  алюминий  титан  никель  кобальт  цинк  магний  олово  свинец  медно-никелевые сплавы  вольфрам   молибден   ниобий   тантал

Применение титана

Хотя для производства металлического титана используется лишь примерно 5% получаемых титановых концентратов, его значение для современной промышленности очень велико. Легкость, высокие удельная прочность, вибропрочность и сопротивление разрушению, стойкость против ползучести и антикоррозионная стойкость сделали титан и его сплавы незаменимыми материала­ми в строительстве самолетов, ракет, космических аппаратов и морских судов, в химическом и энергетическом машиностроении и во многих других сферах.

Применение титана как конструкционного материала обусловлено благоприятным сочетанием его высокой механической прочности, коррозионной стойкости, жаропрочности и малой плотности. Значительно улучшает механические и коррозионные свойства титана легирование его марганцем, хромом, алюминием, молибденом, кремнием и бором.

Удельная прочность (отношение прочности и плотности) лучших титановых сплавов достигает 30-35 и более, что почти вдвое превышает удельную прочность легированных сталей. Эти свойства титана представляют особый интерес для самолето- и ракетостроения. При повышенных темпе­ратурах титановые сплавы по прочности превосходят высокопрочные сплавы алюминия и магния. Сплавы на основе титана находят все большее применение при строительстве морских судов, автомобильного и железнодорожного транспорта. Повышенная коррозионная стойкость обусловливает использование титана и его сплавов в химическом и металлургическом машиностроении, при изготовлении медицинского инструмента и в других областях.

Чистый титан применяют в электровакуумной промышленности для изготовления деталей электронного оборудования и в качестве геттера (поглотителя газов).

Опробовано применение титановых сплавов в качестве брони боевой техники, что обеспечивает повышение баллистических свойств и снижение стоимости.

В Японии титан потребляется, в основном, в отраслях, не связанных с авиакосмической и оборонной промышленностью. При общем объеме производства полуфабрикатов 13-15 тыс. т примерно половина экспортируется, остальные 7,17 тыс. т используются внутри страны. Доля технического титана составляет 93,6% от общего выпуска, легированных сплавов - только 6,4%. Структура потребления выпускаемых полуфабрикатов, %: розничная торговля - 19; химическая промышленность - 16; производство потребительских товаров (часы, очки, ножи и т.д.) - 14,3; элек­тростанции и установки опреснения морской воды - 14,3; электроды электролизных установок ~ 10; плоские теплообменники - 9,4; предметы спорта и досуга - 5,7; самолетостроение - 4,1; автомобилестроение - 1,4; судостроение - 0,5; другие - 5,3. За период 1973-1996 гг. в архитектуре и строительстве было использовано 1354 т титана, в том числе, %: на крыши - 63, на внутренние и наружные стены - 30, на монументы и другие сооружения - 7.

В Китае в 1997 г. на авиакосмическую промышленность приходилось только 10-15% суммар­ного потребления титана в стране. Китайские продуценты титана разработали не менее 22 спла­вов, причем более половины из них предназначены для работы при высоких температурах, а несколько - специально для судостроения.

Сплавы титана с железом, ферротитан (20-50% Ti), служат легирующей добавкой и раскислителем в металлургии качественных сталей и специальных сплавов.

Технический титан идет на изготовление емкостей, химических реакторов, трубопроводов, ар­матуры, насосов и других изделий, работающих в агрессивных средах, например, в химическом машиностроении. В гидрометаллургии цветных металлов применяется аппаратура из титана. Он служит для покрытия стали. Использование титана дает во многих случаях большой технико­экономический эффект не только благодаря повышению срока службы оборудования, но и воз­можности интенсификации процессов (например, в гидрометаллургии никеля). Биологическая безвредность титана делает его превосходным материалом для изготовления оборудования для пищевой промышленности и в восстановительной хирургии. В условиях глубокого холода проч­ность титана повышается при сохранении хорошей пластичности, что позволяет применять его как конструкционный материал для криогенной техники. Титан хорошо поддается полировке, цветно­му анодированию и другим методам отделки поверхности и поэтому идет на изготовление конструкций мостов, стен и крыш зданий, их внутренней отделки, различных художественных изделий, в том числе монументальной скульптуры, и т.п.

Значительный интерес представляют волокнистые композиционные материалы с матрицей из титановых сплавов и волокнами из карбида кремния. Упрочнение волокнами выполняется одно­направленным, волокна не выходят на поверхность. Прочность их достигает 5230 МПа, модуль упругости 900 ГПа. Из композиционных материалов возможно изготовление панелей (плоских или фасонной формы), плит, труб, колец, селективно (локально) упрочненных деталей. Компози­ционные материалы позволяют уменьшить массу конструкции, увеличить их жесткость, повысить рабочие температуры. Их можно использовать в качестве поршней силовых приводов агрегатов самолетов и двигателей, деталей шасси, упрочнителей критически нагруженных конструкций, роторов компрессоров, направляющих элементов сопл.

Из соединений титана практическое значение имеют оксиды титана, галогениды титана, а так­же силициды титана, используемые в технике высоких температур; бориды титана и их сплавы, применяемые в качестве замедлителей в ядерных энергетических установках благодаря их тугоплавкости и большому сечению захвата нейтронов. Карбид титана, обладающий высокой твердостью, входит в состав инструментальных твердых сплавов, используемых для изготовления режу­щих инструментов и в качестве абразивного материала. Технический диоксид титана находит широкое применение в качестве пигмента при изготовлении титановых белил и эмалей, отличающих­ся высокой кроющей способностью, коррозионной стойкостью и теплостокостью. Диоксид титана и титанат бария служат основой титановой керамики, а титанат бария - важнейший сегнетоэлектрик.

Спад в военной промышленности и гражданском авиастроении привел к снижению потребления титана до 53-56 тыс. т в 1994-1995 гг. Рост спроса на титан в последние годы обусловлен, прежде всего, улучшением конъюнктуры в гражданском самолетостроении (на каждый лайнер Боинг-747 и -777 расходуется более 40 т титана, масса деталей.из титановых сплавов составляет 7% от массы самолета), а также увеличением спроса со стороны продуцентов оборудования для энергетики, спортивного инвентаря, для покрытий крыш зданий, их внутренней отделки. В настоящее время в западном мире потребляется около 60 тыс. т титана, в том числе в США — 32-33 тыс. т, Японии — 18-20 тыс. т. В 1998 г. в США спрос на титан снизился на 9% до 21,1 тыс. т.

В западном мире в аэрокосмической промышленности используется 41% титана (24,6 тыс. т), в том числе 33% в гражданской и 8% в военной промышленности; 47% (28,2 тыс. т) — в других отраслях промышленности (химической, энергетике, опреснительных установках и др.) и 12% (7,2 тыс. т) — во вновь возникших областях (спортивные товары — 8%, броня — 2% и др.).

В США в 1996 г. 45% титана потреблялось в гражданском самолетостроении, 15% — в военной авиации и космонавтике, 40% — в других отраслях, включая химическую, нефтегазовую промышленность, судостроение, медицину.

В аэрокосмической промышленности западноевропейских стран используется около 9 тыс. т титана, из них 8 тыс. т — в гражданских самолетах, 1 тыс. т — в военных, причем 5000 т применяется в двигателях, 3500 т - в самолетах, 500 т - в ракетах и спутниках.

Среди используемых в Западной Европе сплавов преобладает сплав Ti-6A1-4V (80-85%), затем следуют сплавы Ti-10V-2Fe-3Al; Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si (вместе 10-15%) и технически чистый ти­тан (4%); алюминиды титана находятся в стадии исследования и испытаний в качестве деталей двигателей. Согласно прогнозам, в ближайшие 3-5 лет потребление титана в Западной Европе со­хранится на современном высоком уровне и может увеличиться на 10% преимущественно за счет роста потребления заготовок для дисков (до 1600 т/год) и листов для сверхпластической деформа­ции.

Ведущие страны производители и потребители титанового проката — США, Япония. 

Более 90% титанового сырья используется для получения пигментного диоксида титана. Из общего объема производимого диоксида титана (3,6 млн. т/год) примерно 60% потребляется в производстве красок, 18% (по некоторым данным - 20-22%) — пластмасс и 12% — бумаги. В не­значительных количествах диоксид титана используется также для изготовления каучука, чернил и волокон.

Мировое потребление диоксида титана составило в 1994 г. 3284 тыс. т, в 1995 г. — 3329 тыс. т (рост на 1,4%). При этом в Северной Америке оно уменьшилось с 1227 до 1214 тыс. т (на 1,06%), в Западной Европе — с 935 до 926 тыс. т (на 0,7%), а в Азии (включая АТР) увеличилось с 742 до 801 тыс. т (на 7,95%»). Главные потребители диоксида титана — США, ежегодно использующие 1000-1100 тыс. т этого продукта, а также Германия, Япония, Великобритания и Франция.

В 1997 г. мировой спрос на диоксид титана составил 3,6 млн. т, в 1998 г. он повысился пример­но на 2%. В частности, прирост спроса в Западной Европе оценивается в 3% и США — в 2,5%. Потребление диоксида титана в Азии в 1998 г. сократилось по сравнению с 1997 г. на 15-20%. В 1998 г. на мировом рынке диоксида титана наблюдалась вялая активность, в некоторых случаях - умеренный прирост, что отчасти обусловлено ситуацией в Азии.

Согласно прогнозу компании Articol (США), в 2005 г. мировой спрос на диоксид титана дос­тигнет 4,5 млн. т.