Žinių, susijusių su titano metalu, santrauka

Pirmą kartą titano metalą 1791 m. atrado britų mineralogas mėgėjas Gregoras. 1795 metais vokiečių chemikas Klaprus pavadino šią nežinomą metalinę medžiagą graikų dievo titanų vardu. Kinų-anglų kalbos vertimas yra „titanas“. Titano žemėje gausu. Yra žinoma daugiau nei 140 titano mineralų, tačiau pagrindiniai pramoniniai pritaikymai yra ilmenitas ir rutilas. Tarp jų Kinijos ilmenito atsargos sudaro 28% pasaulio atsargų ir užima pirmąją vietą pasaulyje.

Titanas yra netoksiškas elementas, pripažintas visame pasaulyje, tačiau jo gavybos ir gamybos sąnaudos yra didelės ir brangios. Kadangi jis turi daugybę kvalifikacijų, tokių kaip atsparumas aukštai ir žemai temperatūrai, atsparumas stiprioms rūgštims ir šarmams, didelis stiprumas ir mažas tankis, jis tapo specialia NASA raketų ir palydovų modelių medžiaga. Jis taip pat buvo naudojamas mano šalies Yutu, J-20, Shandong lėktuvnešio ir kituose super projektuose. Devintajame dešimtmetyje įžengęs į civilinę sritį, jis tapo „garbės metalo karaliumi“ maisto pramonėje dėl savo natūralių antibakterinių ir biofilinių savybių.
mano šalies titano pramonė prasidėjo šeštajame dešimtmetyje. Iki-1960 vidurio mano šalyje buvo pastatytos titano kempinės ir titano perdirbimo ir gamybos įmonės atitinkamai Zunyi ir Baoji, o tai reiškia, kad mano šalis tapo viena iš pasaulio titano pramonės galių. Įžengus į XXI amžių, mano šalies titano pramonė įžengė į naują spartesnės plėtros laikotarpį, o titano gamybos pajėgumai yra tarp geriausių pasaulyje.

Grynas titanas
Taip pat žinomas kaip pramoninis grynas titanas arba komercinis grynas titanas, jis klasifikuojamas pagal priemaišų elementų kiekį. Jis pasižymi puikiomis štampavimo ir suvirinimo charakteristikomis, nėra jautrus terminiam apdorojimui ir konstrukcijos tipui ir turi tam tikrą stiprumą esant patenkinamoms plastiškumo sąlygoms. Jo stiprumas daugiausia priklauso nuo intersticinių elementų deguonies ir azoto kiekio. 99,5 % pramoninio gryno titano savybės yra: tankis P=4,5g/cm3, lydymosi temperatūra 1800 laipsnių, šilumos laidumas λ=15.24W/(MK), tempiamasis stipris σb=539 MPa, pailgėjimas: δ=25%, ploto susitraukimas Greitis ψ=25%, tamprumo modulis E=1.078×105MPa ir kietumas HB195.
Titano lydinys
Titano lydinys yra titano pagrindu pagamintas lydinys, papildytas kitais elementais. Tai palyginti jaunas metalas, vos šešiasdešimt ar septyniasdešimt metų nuo jo atradimo. Titano lydinio medžiagos pasižymi lengvu svoriu, dideliu stiprumu, mažu elastingumu, atsparumu aukštai temperatūrai ir atsparumu korozijai. Jie daugiausia naudojami aviacijos ir kosmoso varikliuose, raketose, raketose ir kituose komponentuose. Titanas turi du izomorfinius kristalus. Titanas yra izomeras, kurio lydymosi temperatūra yra 1720 laipsnių. Jis turi glaudžiai supakuotą šešiakampę gardelės struktūrą, žemesnę nei 882 laipsniai ir vadinama titanu; jo struktūra yra orientuota į kūną virš 882 laipsnių. Kubinės gardelės struktūra, vadinama beta titanu, išnaudoja skirtingas pirmiau minėtų dviejų titano struktūrų charakteristikas, prideda atitinkamų legiravimo elementų ir palaipsniui keičia savo fazės transformacijos temperatūrą ir fazės turinį, kad gautų skirtingų struktūrų titano lydinius (titano lydinius).
Titano lydinio elementus galima suskirstyti į tris kategorijas pagal jų įtaką fazinio virsmo temperatūrai: ① Elementai, stabilizuojantys fazę ir didinantys fazės virsmo temperatūrą, yra stabilūs elementai, tokie kaip aliuminis, magnis, deguonis, azotas ir kt. aliuminis yra pagrindinis titano lydinio legiravimo elementas. Jis turi akivaizdų poveikį gerinant normalią ir aukštą lydinio stiprumą, sumažinant savitąjį svorį ir padidinant elastingumą. ②Elementai, stabilizuojantys fazę ir mažinantys fazės virsmo temperatūrą, yra -stabilizuojantys elementai. Jį galima suskirstyti į du tipus: izomorfinį ir eutektoidinį. Pirmiesiems priskiriamas molibdenas, niobis, vanadis ir kt.; pastarieji apima chromą, manganą, varį, silicį ir kt. ③ Elementai, kurie mažai veikia fazinio virsmo temperatūrą, yra neutralūs elementai, įskaitant cirkonį, alavą ir kt.

TA1 (amerikietiškas Gr1 standartas)
Gr1 titanas yra pirmasis iš keturių pramoniniu požiūriu gryno titano klasių. Tai minkščiausia ir kaliiausia iš šių rūšių. Jis užtikrina maksimalų formavimąsi, puikų atsparumą korozijai ir didelį atsparumą smūgiams. 1 klasė yra pasirinkta medžiaga bet kokiai paskirčiai, kuriai reikia lengvo formavimo, ir dažniausiai naudojama kaip titano plokštė ir titano vamzdis.
TA2 (Amerikos standartas Gr2) klasė
2 klasės titanas yra žinomas kaip komercinės gryno titano pramonės „darbinis arkliukas“ dėl savo universalumo ir plataus prieinamumo. Jis turi daug tų pačių savybių kaip 1 klasės titanas, tačiau yra šiek tiek stipresnis. Abu turi vienodą atsparumą korozijai. Ši klasė turi gerą suvirinamumą, stiprumą, plastiškumą ir formuojamumą. Dėl to 2 klasės titano strypai ir plokštės yra pirmasis pasirinkimas daugeliui pritaikymų, įskaitant statybos, elektros energijos gamybos ir medicinos pramonę.
TA3 (Amerikos standartas Gr3) klasė
Šioje klasėje naudojamas bent jau komerciškai grynas titanas, tačiau dėl to jis nėra mažiau vertingas. Gr3 klasė yra stipresnė už Gr1 ir Gr2 klases ir turi panašų lankstumą, tačiau tik šiek tiek formuojasi. Tačiau jis turi aukštesnes mechanines savybes nei jo pirmtakas. Gr3 klasė naudojama tais atvejais, kai reikia vidutinio stiprumo ir pirminio atsparumo korozijai, pavyzdžiui, aviacijos, chemijos apdorojimo, jūrų pramonėje ir kt.
TA4 (Amerikos standartas Gr4) klasė
Gr4 klasė laikomas stipriausiu iš keturių komerciškai gryno titano tipų. Jis taip pat žinomas dėl savo puikaus atsparumo korozijai, gero formavimo ir suvirinamumo. Naudojamas kai kuriuose lėktuvo korpuso komponentuose, kriogeniniuose induose, šilumokaičiuose ir kitose srityse, kurioms reikalinga didelė skiriamoji geba.
TA9 (Amerikos standartas Gr7) klasė
Gr7 klasė yra mechaniškai ir fiziškai identiška 2 klasei, išskyrus tai, kad buvo pridėtas intersticinis elementas paladis, kad jis būtų lydinys. 7 klasė pasižymi puikiu suvirinamumu ir našumu bei yra labiausiai atspari korozijai iš visų titano lydinių. Tiesą sakant, tai yra labiausiai atspari korozijai iš redukuojančių rūgščių. 7 lygis naudojamas cheminių procesų ir gamybos įrangos komponentams. Gr7 yra ypač atsparus korozijai, ypač sumažinant rūgštinę aplinką.
TA9-1 (Amerikos standartas Gr11) klasė
Gr11 klasė yra labai panaši į Gr1 klasę, išskyrus tai, kad, siekiant padidinti atsparumą korozijai, pridedamas nedidelis paladžio kiekis, todėl jis yra lydinys. Šis atsparumas korozijai gali būti naudojamas siekiant išvengti plyšių korozijos ir sumažinti rūgščių kiekį chloridinėje aplinkoje. Kitos naudingos savybės apima optimalų lankstumą, šaltą formavimą, naudingą stiprumą, atsparumą smūgiams ir puikų suvirinamumą. Šis lydinys gali būti naudojamas tose pačiose srityse kaip ir 1 klasės titanas, ypač ten, kur reikalinga korozija.
Ti 6Al-4V (nacionalinis standartas TC4, Amerikos standartas Gr5).
Ti6Al-4V arba 5 klasės titanas yra žinomas kaip titano lydinių „darbinis arkliukas“ ir yra dažniausiai naudojamas iš visų titano lydinių. Tai sudaro 50% viso pasaulio titano suvartojimo. Jo naudingumas slypi daugelyje jo privalumų. Ti6Al-4V gali būti termiškai apdorotas, kad padidėtų jo stiprumas. Jis gali būti naudojamas suvirintoms konstrukcijoms, kurių darbinė temperatūra yra iki 600 laipsnių F. Lydinys sujungia didelį stiprumą, lengvą svorį, gerą formuojamumą ir didelį atsparumą korozijai. Dėl „Ti6AI-4V“ jis yra geriausias lydinys kelioms pramonės šakoms, įskaitant aviacijos, medicinos, jūrų ir chemijos perdirbimo pramonę. Jis gali būti naudojamas kuriant techninį turinį, pavyzdžiui:

lėktuvo turbina
variklio dalys
orlaivių konstrukcijų dalys
Orlaivių erdvės tvirtinimo detalės
Aukštos kokybės automatikos dalys
Jūrų programos
Sporto įranga
Ti 6AL-4V ELI (nacionalinis standartas TC4ELI, amerikietiškas standartas Gr23) lygis
Ti 6AL-4V ELI arba Gr23 klasė yra aukštesnio grynumo Ti 6Al-4V forma. Jis gali būti pagamintas iš ritinių, sruogų, vielos arba plokščios vielos. Tai pirmasis pasirinkimas bet kokiai progai, kai reikia didelio stiprumo, lengvo svorio, gero atsparumo korozijai ir didelio tvirtumo. Jis puikiai toleruoja žalą kitiems lydiniams. Dėl šių privalumų Gr23 klasė yra geriausia odontologinė ir medicininė titano klasė. Dėl savo biologinio suderinamumo, gero atsparumo nuovargiui ir mažo modulio jis gali būti naudojamas biomedicinoje, pavyzdžiui, implantuojamuose komponentuose. Jis taip pat gali būti naudojamas atliekant išsamias chirurgines procedūras, tokias kaip:
Ortopedinis kabelis
Ortopediniai kaiščiai ir varžtai
perrišimas
atliekant sąnarių keitimo operaciją
kriogeninis konteineris
Ortodontiniai prietaisai
chirurginiai implantai
kaulo fiksavimo prietaisas
TA10 (Amerikos standartas Gr12) klasė
Gr12 klasės titano lydiniai gauna „Puikus“ įvertinimą dėl aukštos kokybės suvirinamumo. Tai labai patvarus lydinys, užtikrinantis didelį stiprumą aukštoje temperatūroje. Gr12 klasės titanas turi panašias savybes kaip 300 serijos nerūdijantis plienas. Lydinys gali būti formuojamas karštai arba šaltai, naudojant presavimo, hidroformavimo, tempimo formavimo arba lašo svorio metodą. Dėl galimybės formuotis įvairiais būdais jis yra naudingas daugelyje programų. Dėl didelio lydinio atsparumo korozijai jis taip pat yra neįkainojamas gaminant įrangą, kurioje plyšinė korozija kelia susirūpinimą. Gr12 klasė gali būti naudojama šiose pramonės šakose ir programose:
Korpusas ir šilumokaitis
Hidrometalurgijos taikymas
Aukštos temperatūros cheminių medžiagų gamyba
Jūrų ir aviacijos komponentai
Titanas 5Al-2.5Sn
Ti 5Al-2.5Sn yra termiškai neapdorojamas lydinys, užtikrinantis gerą suvirinamumą ir stabilumą. Jis taip pat turi aukštą temperatūros stabilumą, didelį stiprumą, gerą atsparumą korozijai ir gerą atsparumą šliaužimui. Šliaužimas yra plastinės deformacijos reiškinys, kuris ilgą laiką vyksta aukštoje temperatūroje. Ti 5Al-2.5Sn daugiausia naudojamas orlaiviuose ir lėktuvų korpusuose, taip pat kriogeniniuose įrenginiuose.

Nors titano ir titano lydinių medžiagų atsargose gausu, jos yra labai brangios. Taip yra todėl, kad titanas turi labai mažą cheminį aktyvumą esant aukštai temperatūrai, o jo lydymo technologija ir veikimo aplinka yra labai atšiaurios. Jis turi būti lydomas aukštoje temperatūroje ir vakuume, o temperatūra dažnai siekia virš 800 laipsnių, o tai yra daug sunkiau lydyti nei plieną. Todėl, kai kalbama apie titano lydinį, žmonės mano, kad tai yra aukščiausios klasės metalo medžiaga, turinti mažą našumą, didelę kainą ir nedaug pritaikymo.
Šiuo metu dėl puikių titano lydinių savybių, tokių kaip lengvas svoris, didelis stiprumas ir atsparumas aukštai temperatūrai, titano ir titano lydinių medžiagos yra plačiai naudojamos pažangiausių ginklų ir nacionalinių ginklų gamyboje įvairiose šalyse ir yra ypač svarbios. tinkamas naudoti aviacijos ir kosmoso srityje. Taikymo sričių pavyzdžiai:

chemijos pramonė
⑴ Sodos pelenų pramonė
Titano šaldytuvų atsiradimas šarmų gamybos pramonėje gali veiksmingai išspręsti nekvalifikuotų chloro dujų problemą, kurią sukelia nepagrįsti tradiciniai aušinimo procesai. Kartu tai pakeitė chloro ir šarmų pramonės gamybos veidą. Investuoto titano lydinio šaldytuvo tarnavimo laikas gali siekti net 20 metų.
⑵ Druskos pramonė
Šiuo metu pažangesnis druskos gamybos procesas yra vakuuminė druskos gamyba. Šio proceso metu pagamintas aukštos temperatūros koncentruotas sūrymas rimtai sugadins anglinio plieno konstrukciją ir sukels įrangos lašėjimą. Šildymo kameroje ir garinimo kameroje yra titano plieno kompozicinė struktūra, kuri gali veiksmingai užkirsti kelią druskos nuosėdoms ir pagerinti druskos gamybos kokybę. Tuo pačiu metu jis gali sumažinti didelės koncentracijos sūraus vandens koroziją ant vamzdžio sienelės garinimo proceso metu ir pratęsti priežiūros ciklą.
Oro erdvės laukas
⑴Aviacijos pramonė
Titano lydinių panaudojimas aviacijoje skirstomas į titano lydinius orlaivių konstrukcijoms ir titano lydinius variklių konstrukcijoms. Pagrindinės orlaivių titano lydinio konstrukcinių dalių dalys yra važiuoklės dalys, rėmai, sijos, fiuzeliažo apvalkalai, šilumos skydai ir tt komponentai, tokie kaip važiuoklė ir apkrovą laikanti sija; „Boeing 747“ pagrindinės važiuoklės perdavimo pluošto medžiaga yra Ti-6Al-4V. Kaltinys yra 6,20 metro ilgio, 0,95 metro pločio, o masė – 1545 kilogramus; pagrindinės C-17 orlaivio horizontalaus stabilizatoriaus veleno dalys yra pagamintos iš didelio stiprumo ir labai tvirto Ti-62222S titano lydinio. Orlaivių ir erdvėlaivių varikliuose titano lydiniai naudojami kompresorių diskuose, mentėse, būgnuose, aukšto slėgio kompresorių rotoriuose, kompresoriaus korpusuose ir kt. Boeing 747-8GENX variklio ventiliatoriaus menčių priekiniuose kraštuose ir antgaliuose naudojami titano lydinio apsauginiai apvalkalai, kurį galima pakeisti tik tris kartus per 10-metų tarnavimo laiką.
⑵ Aviacijos ir kosmoso pramonė
Orlaivių ir erdvėlaivių darbo sąlygos yra labai ekstremalios. Be puikios technologijos, reikalingos medžiagų konstrukciniam projektavimui, taip pat svarbu ir puikus pačių medžiagų veikimas bei funkcijos. Todėl tarp daugelio medžiagų išsiskiria titano lydiniai. Kalbant apie aviacijos ir kosmoso įrangą, septintajame dešimtmetyje JAV „Apollo“ programos dvigubos kabinos ir sandarios kabinos sparnų dalys ir briaunelės buvo pagamintos iš Ti-5Al-2.5Sn, o vidinis pamušalas – iš grynas titanas; parengė Vokietijos MT Aerospace Company Didelio stiprumo Ti-15V-3Cr lydinio varomosios sistemos kuro bakas naudojamas Europos Alpha ryšių palydovų milžinų platformoje; Rusijos titano lydiniai turi daug pritaikymų kosmoso inžinerijoje. Pavyzdžiui, energetinėje nešančiojoje raketoje naudojami BT23 titano lydinio dideli kaltiniai, sveriantys 3,5 t, ir kaltiniai. Be to, titano lydiniai taip pat naudojami skystojo kuro raketinių variklių kuro bakuose, kriogeninių skysčių laikymo rezervuaruose, skysto vandenilio perdavimo siurblio sparnuotėse ir kt.
Be to, sparčiai vystantis vietinei aviacijos ir kosmoso inžinerijai, titano lydiniai taip pat buvo plačiai naudojami. Nuo 1970 m. Vostok{0}} palydovo iki dabartinės Shenzhou serijos erdvėlaivio, Chang'e zondo ir kt. buvo naudojami titano lydiniai. Be to, titano lydiniai naudojami mūsų šalyje sukurtoje skysto vandenilio aplinkoje. Žemos temperatūros Ti-5Al-2.5Sn ELI titano lydinio dujų balionai buvo naudojami paleidimo raketų serijoje „Long March“; Harbino technologijos institutas naudoja Gr5 titano lydinį Mėnulio roverio ratlankiams ruošti; Be to, mano šalyje taip pat naudojami didelio stiprumo titano lydiniai, tokie kaip BT20, gaminti raketų variklių korpusus ir purkštukus, vamzdžius ir kitus komponentus.
Laivo laukas
Titanas ir titano lydiniai plačiai naudojami branduoliniuose povandeniniuose laivuose, giluminiuose povandeniniuose laivuose, atominiuose ledlaužiuose, povandeniniuose laivuose, laivuose su oro pagalve, minosvaidžiais, sraigtais, vytinių antenomis, jūros vandens vamzdynuose, kondensatoriuose, šilumokaičiuose, akustiniuose įrenginiuose, gaisro gesinimo įrangoje ir kt. Pavyzdžiui, amerikietiškame giluminiame povandeniniame laive „Haiya“ įrengta titano lydinio stebėjimo kabina ir valdymo kabina, kurios nardymo gylis siekia iki 6100 m; Japonijos Toho Titanium Company ir Fuji New Shipbuilding kartu pastatytas viso titano greitaeigis kateris „Morris Sky 2“ jau kurį laiką buvo labai populiarus JAV; Mano šalyje pirmasis savarankiškai sukurtas ir integruotas pilotuojamas povandeninis laivas „Jiaolong“ taip pat naudojo titano lydinį. „Jiaolong“ veiklos sritis apima 99,8% pasaulio jūros ploto.

Nors titanas ir titano lydiniai padarė didelę pažangą, taip pat buvo atskleistos esamos problemos, o titano lydinių kūrimas taip pat susiduria su dideliais iššūkiais. Daugiausia atsispindi šiuose trijuose aspektuose:
1) Iš produkcijos perspektyvos
Nors mūsų šalis yra didelė titano pramonės šalis, joje nėra daug kokybiškų gaminių, o titano gaminių, pasižyminčių ypatingomis savybėmis, rūšių yra mažiau. Antra, mano šalis vis dar negali stabiliai masiškai gaminti titano juostelių ir titano ekstruzinių profilių, o tai riboja titano ir titano lydinių naudojimą aviacijos ir kosmoso srityje. , plėtra ir panaudojimas jūrų ir kitose srityse. Vis dar labai sunku dar labiau padidinti titano suvartojimą aviavarikliuose iki maždaug 50%.
2) Atlikimas
Kadangi titano metalas yra labai chemiškai aktyvus ir lengvai užterštas kitais elementais, titano lydinių apdirbimo ir gamybos technologija yra labai reikli. Tuo pačiu metu apdorojami didelio našumo produktai turi visapusiškai atsižvelgti į jų mechanines, fizines, chemines ir proceso savybes. Kai esamų titano lydinių temperatūra viršija 600 laipsnių, jų atsparumas šliaužimui ir atsparumas oksidacijai aukštoje temperatūroje smarkiai sumažėja, o tai yra dvi pagrindinės kliūtys, ribojančios išplėstinį titano lydinių naudojimą.
3) Išlaidų aspektas
Šiuo metu įvairios šalys sunkiai dirba siekdamos sumažinti titano lydinių panaudojimo išlaidas ir pasiekė daug rezultatų. Bet sprendžiant iš dabartinės situacijos mūsų šalyje, mūsų šalies vadyba ir techninis lygis dar nepasiekė idealaus lygio. Vidaus titano lydinio gaminių kainos yra palyginti konkurencingos tarptautiniu mastu. Prastas ir nepalankus tolesniam naudojimui.
Šiuo metu pagrindinės titano lydinių taikymo sritys yra aviacijos ir kitos karinės sritys. Naujų pritaikymo sričių, pvz., automobilių, traukinių, greitųjų geležinkelių ir civilių, dažniausiai naudojamų kasdieniame gyvenime, kūrimas vis dar turi plačias taikymo perspektyvas. Be to, brangių lydinio elementų keitimas pigesniais elementais ir titano lydinio dalių kainos sumažinimas techninėmis priemonėmis yra svarbios temos būsimame titano lydinio tyrimų darbe. Po to, kai ateityje bus pasiekta pigių titano lydinių, skirtų aukščiausios klasės reikmėms, gamyba, titano lydiniai bus naudojami įvairiose srityse.