в чем находится титан

Месторождения титана

Титан применяется в металлургии, медицинской технике, ювелирной и красильной промышленности

Титан — легкий металл цвета. Элемент таблицы Менделеева с атомным номером 22.

Месторождения титана расположены на территории России, Китая, Казахстана, Украины, ЮАР, Бразилии, Индии, Японии, Австралии, Цейлона, Южной Кореи. Россия в настоящий момент обладает вторыми в мире запасами титана после Китая. базу титана России составляют 20 месторождений, рассредоточенных по территории всей страны.

Красноярский край обладает значительной сырьевой базой титана. Месторождения находятся в Восточном Саяне (Лысанская группа), на Сибирской платформе (Мадашенское) и в провинции. Балансовые запасы двуокиси титана — 57,8 млн тонн.

Более изученным является Лысанское месторождение в Восточном Саяне. На месторождении выявлено 12 рудных тел, представленных и ильменитовыми рудами. Руды комплексные и могут использоваться в металлургическом производстве с попутным извлечением титана. Балансовые запасы двуокиси титана по категории А+В+С₁ — 4,4 млн тонн, забалансовые — 3,2 млн тонн.

Наиболее перспективным для промышленного освоения из россыпных месторождений титана является Мадашенское проявление на правобережье Ангары, на водоразделе рек Нойды, Инчанбы и Мадашена. Оно было выявлено в 1963 г. при проведении поисковых работ на бокситы. Рудоносный горизонт сложен разнозернистыми песками мощностью от 1 до 32 м. Рудные минералы представлены ильменитом и лейкоксеном, сконцентрированным в естественных шлихах в виде маломощных линзовидных слоев. Прогнозные ресурсы составляют 5,7 млн тонн при среднем содержании Площадь развития песков — около 40 кв. км.

В провинции интерес представляет Гулинский массив, прогноз ресурсов двуокиси титана составляет 9 млн тонн при содержании TiO₂ — 5,92 %.

Источник

Особенности титана как металла с превосходной коррозийной стойкостью

Наиболее значимыми для народного хозяйства были и остаются сплавы и металлы, объединяющие легкость и прочность. Титан относится именно к этой категории материалов и, кроме того, обладает превосходной коррозийной стойкостью.

Что такое титан

Титан – переходный металл 4 группы 4 периода. Молекулярная масса его составляет всего 22, что указывает на легкость материала. При этом вещество отличается исключительной прочностью: среди всех конструкционных материалов именно у титана самая высокая удельная прочность. Цвет серебристо-белый.

Что такое титан, расскажет видео ниже:

Понятие и особенности

Титан довольно распространен – по содержанию в земной коре занимает 10 место. Однако выделить действительно чистый металл удалось лишь в 1875 году. До этого вещество либо получали с примесями, либо называли металлическим титаном его соединения. Эта путаница привела к тому, что соединения металла стали использоваться значительно раньше, чем сам металл.

Обусловлено это особенностью материала: самые ничтожные примеси заметно влияют на свойства вещества, порой полностью лишая присущих ему качеств.

Эта особенность сразу же разделила получаемый металл на 2 группы: технический и чистый.

Вторая особая черта вещества – анизотропность. Некоторые его физические качества изменяются в зависимости от приложения сил, что необходимо учитывать при применении.

При нормальных условиях металл инертен, не корродирует ни в морской воде, ни в морском или городском воздухе. Более того, это самое биологически инертное вещество из известных, благодаря чему в медицине широко применяются титановые протезы и имплантаты.

В то же время при повышении температуры он начинает реагировать с кислородом, азотом и даже водородом, а в жидком виде впитывает газы. Эта неприятная особенность крайне затрудняет и получение самого металла, и изготовление сплавов на его основе.

Последнее возможно только при использовании вакуумной аппаратуры. Сложнейший процесс производства превратил довольно распространенный элемент в весьма дорогостоящий.

Связь с другими металлами

Титан занимает промежуточное положение между двумя другими известнейшими конструкционными материалами – алюминием и железом, вернее говоря, сплавами железа. По многим параметрам металл превосходит «конкурентов»:

Плюсы и минусы

На деле недостатков у титана множество. Но сочетание прочности и легкости настолько востребовано, что ни сложный способ изготовления, ни необходимость исключительной чистоты не останавливают потребителей металла.

К несомненным плюсам вещества относятся:

Недостатков у металла тоже хватает:

Далее рассмотрены состав и структура титана.

Свойства и характеристики

Физические качества вещества сильно зависят от чистоты. Справочные данные описывают, конечно, чистый металл, но характеристики технического титана могут заметно отличаться.

Вещество устойчиво ко многим кислотам, включая азотную, серную в низкой концентрации и практически все органические за исключением муравьиной. Это качество обеспечивает титану востребованность в химической, нефтехимической, бумажной промышленности и так далее.

Структура и состав

Титан – хоть и переходный металл, да и удельное электросопротивление имеет низкое, все же, является металлом и проводит электрический ток, а это означает упорядоченную структуру. При нагревании до определенной температуры структура изменяется:

Эта особенность очень затрудняет работу металлурга. Растворимость водорода при охлаждении титана резко уменьшается, и в сплаве выпадает гидрид водорода – γ-фаза.

О том, где можно найти и как сделать титан, расскажем ниже.

Данное видео посвящено описанию титана как металла:

Производство и добыча

Титан весьма распространен, так что с рудами, содержащими металл, причем в довольно больших количествах, затруднений не возникает. Исходным сырьем выступает рутил, анатаз и брукит – диоксиды титана в разной модификации, ильменит, пирофанит – соединения с железом, и так далее.

А вот технология плавки титана сложна и требует дорогостоящей аппаратуры. Способы получения несколько отличаются, поскольку состав руды различен. Например, схема получения металла из ильменитовых руд выглядит так:

Чтобы получить титан в слитках, титановую губку переплавляют в вакуумной печи, чтобы предотвратить растворение водорода и азота.

Области применения

Влияние степени очистки на физико-механические качества заставляет рассматривать применение титана именно с этой точки зрения. Так, технический, то есть, не самый чистый металл обладает превосходной коррозийной стойкостью, легкостью и прочностью, что и обуславливает его применение:

Чистый металл, кроме того, является очень стойким к высоким температурам и сохраняет при этом прочность. Применение очевидно:

Титан – конструкционный материал самой высокой прочности при такой легкости и пластичности. Эти уникальные качества обеспечивают ему все более важную роль в народном хозяйстве.

О том, где взять титан для ножа, расскажет видео ниже:

Источник

ТИТАН — супермен среди металлов

Титаном назвали металл не зря. Имя принадлежит мифологическим древнегреческим божествам, олицетворявшим силу и мощь природы. Герой статьи делится своей силой с человеком.

Кто открыл суперметалл

История открытия рядовая. Химик и священник Грегор обнаружил оксид неизвестного металла, и дал ему название «менакеновая земля».

Чуть позже немецкий химик Клапрот, исследуя минерал рутил, обнаружил в нем новый элемент, который назвал титаном.

Чистый титан удалось получить талантливому исследователю Берцелиусу.

Свойства титана

Титан относится к металлам; в периодической таблице Менделеева имеет № 22; он легкий, прочный, устойчив к коррозии. Внешне (цветом) похож на алюминий или нержавеющую сталь.

Титановая пыль взрывается, а его стружка пожароопасна.

Металл образует с карбидами тугоплавкие высокотвердые соединения.

Месторождения

Титан называют редким металлом, что не совсем верно. По запасам титансодержащих руд элемент занимает 10 место.

Известно больше 100 таких руд. Среди них:

Месторождения титансодержащих руд:

Добыча и переработка

Титан получают из концентрата титансодержащих руд методами пирометаллургии или сернокислотной переработки.

Концентраты из ильменитовых руд плавят в электродуговых печах.

При необходимости черновой металл рафинируют.

Марки титана и виды изделий

Виды выпускаемых титановых изделий:

Сплавы

Титановые сплавы по областям применения делятся на деформируемые и литейные.

Плюсы и минусы металла и его сплавов

Достоинства титановых сплавов:

К недостаткам титановых сплавов можно отнести:

Применение

Область применения титановых изделий широка, хотя может ограничиваться ценовой составляющей.

Есть случаи, когда титановые сплавы — единственные, которые возможно использовать в конкретных условиях.

Стоимость металла

Цена титана в порошке ПТМ-1 7500 рублей за килограмм (на 25.07.2020).

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Источник

Применение металла титан в промышленности и строительстве

Совмещение в одном веществе прочности и легкости – параметр ценный настолько, что остальные качества и особенности материала могут совершенно игнорироваться. Титан дорог в производстве, стоек к температурам только в сверхчистом виде, сложен в использовании, но все это оказывается второстепенным по сравнению с комбинацией малого веса и высокой прочности.

Данная статья расскажет вам о применении титана в военной авиации, промышленности, медицине, авиастроении, для изготовления ювелирных изделий, о сплавах титана, их свойствах и применении в быту.

Области применения титана

Область использования металла была бы значительно шире, если бы не высокая стоимость его получения. Из-за этого применяют титан лишь в тех областях, где использование столь дорогого вещества экономически оправдано. Обуславливает применение не только прочность и легкость, но и стойкость к коррозии, сравнимая со стойкостью благородных металлов и долговечности.

Свойства металла необыкновенно сильно зависят от чистоты, поэтому применение технического и чистого титана рассматриваются как 2 отдельных вопроса.

О том, благодаря каким свойствам титан так широко используется в промышленности, расскажет это видео:

Технический металл

Технический титан может содержать разнообразные примеси, не сказывающиеся на химических свойствах вещества, однако имеющих влияние на физические. Технический титан теряет такое ценное качество, как жаропрочность и способность работать при температурах выше 500–600 С. А вот коррозийная его стойкость никак не уменьшается.

Изделия из титана (фото)

Чистый металл

Чистый металл проявляет очень высокую жаропрочность, способность работать в условиях высокой нагрузки и высокой температуры. А, учитывая его малый вес, применение металла в ракето- и авиастроении оказывается очевидным.

Источник

Титан. Свойства, применение, производство, продукция

Марки титана и сплавов

Технический титан

Сплавы титана

В настоящее время известно довольно большое число серийных титановых сплавов, отличающихся по химическому составу, механическим и технологическим свойствам. Наиболее распространенными легирующими элементами являются алюминий, ванадий, молибден, марганец, хром, кремний, олово, цирконий, железо.

Титановый сплав ВТ5 содержит помимо Ti 5% алюминия (Al). Он отличается более высокими прочностными свойствами по сравнению с титаном, но его технологичность невелика. Сплав куется, прокатывается, штампуется и хорошо сваривается. Из марки ВТ5 получают титановые прутки (круги), проволоку и трубы. Его применяют при изготовлении деталей, работающих при температуре до 400 °С.

Сплав титана ВТ5-1 помимо 5% алюминия содержит 2-3% олова (Sn). Оно улучшает технологические свойства материала. Из ВТ5-1 изготавливают все виды полуфабрикатов, получаемых обработкой давлением: титановые листы и плиты, поковки, штамповки, профили, титановые трубы и проволоку. Он предназначен для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур: от криогенных до 450 °С.

Титановые сплавы ОТ4 и ОТ4-1 помимо Ti содержат Al и Mn. Они обладают высокой технологической пластичностью (хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии) и хорошо свариваются всеми видами сварки. Титан данных марок идет в основном на изготовление плит, листов, лент и полос, а также производятся титановые круги и прутки, поковки, профили и титановые трубы. Из марок ОТ4 и ОТ4-1 изготовляют с применением сварки, штамповки и гибки детали, работающие до температуры 350 °С. Данные сплавы имеют недостатки: 1) сравнительно невысокая механическая прочность и жаропрочность; 2) большая склонность к водородной хрупкости. В марке ПТ3В марганец заменяется на ванадий (V).

Титановый сплав ВТ20 разрабатывали как более прочный материал по сравнению с ВТ5-1 для производства листов. Его упрочнение обусловлено легированием, помимо алюминия, цирконием (Zr) и небольшими количествами молибдена и ванадия. Технологическая пластичность марки ВТ20 невысока из-за большого содержания алюминия. Титан ВТ20 отличается высокой жаропрочностью. Он хорошо сваривается, прочность сварного соединения равна прочности основного металла. Сплав предназначен для изготовления изделий, работающих длительное время при температурах до 500 °С.

Применение титана и сплавов

Титан в металлургии называют металлом будущего. Такую популярность он приобрел благодаря своим уникальным качествам. Металл является отличным орудием труда для людей, принимающих инновационные решения все в тех или иных сферах промышленности.

Первыми использовать титан и его сплавы начали в производстве военной техники. Прошли годы, десятилетия, и сегодня его активно применяют в судостроении, химической промышленности, медицине, авиастроении и многих других сферах.

Авиастроение

В современном мире авиационная промышленность является лидером по оборотам использования титанового сырья. Ни в одной сфере промышленности металл не используется в таких масштабах, как в авиастроении. Инновации в этом направлении способствовали «размаху» производства титановых сплавов. Почему именно титан является ведущим сырьем в авиастроении? Дело в том, что физические и химические свойства данного металла являются наиболее подходящими для авиаконструкций.

До второй половины прошлого столетия титан использовался в основном для производства газовых турбин двигателей самолетов. Он являлся оптимальным сырьем для изготовления этих изделий, поскольку отличается повышенной прочностью. В 70-80-е годы сплавы с добавлением данного металла стали с успехом использоваться в производстве разных элементов (деталей) планерной части самолетов. Дело в том, что титан является одновременно прочным и легким по весу сырьем. Изготовленные из него детали весили намного меньше своих стальных аналогов.

Для производства одного самолета может быть использовано свыше 20 тонн данного металла. К примеру, известный Боинг-787 содержит в себе примерно 2,5 миллионов заклепок из титана. Благодаря этому общий вес авиаконструкции снижается на несколько тонн (если сравнить их со стальными вариантами).

Можно с уверенностью сказать, что на сегодняшний день на территории России и стран Содружества не имеется ни одной авиаконструкции, для изготовления которой не был бы использован титан.

Судостроение

Активно используется титан в судостроении. Он является часто применяемым материалом для обшивки судов. Из него изготавливают элементы насосов и трубопроводов.

Главным достоинство данного металла для сферы судостроения является его незначительная плотность. Изготовленные с применением титана морские корабли весят сравнительно мало, при этом легко маневрируют. У титановой судовой техники лучшая дальность хода. Поскольку данный металл стоек к влаге и коррозии, обшивка суда из него никогда не поменяет свой внешний вид и не будет нуждаться в покраске. Изготовленные из титановых сплавов детали морских судов долговечны даже при управлении техникой на больших скоростях.

Поскольку магнитные способности у данного металла слабо выражены, целесообразно его применение в производстве навигационных приборов. «Мечтой» инженеров судостроения является разработка и создание на основе титана немагнитной морской техники. Такие корабли, по их мнению, дадут большой толчок геологогеофизическим исследованиям на просторах океанов. До сих пор препятствием являлось воздействие металлических деталей судов на высокоточные устройства навигации.

Не менее широко применяется титан в качестве сырья для изготовления конденсаторных труб, двигателей турбин и паровых котлов. Поскольку данный металл стоек к коррозии, влаге, высоким и низким температурам, его активно используют в производстве глубоководного оборудования.

Машиностроение

Титановые сплавы широко применяются в производстве теплообменного оборудования, которое так необходимо для энергетической, химической и нефтехимической направлений промышленности. В частности, из этого металла изготавливают трубы для теплообменных агрегатов и конденсаторы турбин. Применение сплавов обеспечивает им долгий срок эксплуатационной службы. Соответственно, достигается ощутимая экономия денежных затрат на проведение ремонтных работ.

Сплавы этого металла обладают антикоррозийной защитой. В этом отношении они превосходят другие сплавы в десятки раз. Стойкость к коррозии позволяет изготавливать титановые трубы с более тонкими стенками. В таких конструкциях лучше проходят потоки тепла. Титан с успехом используют в тепловой и атомной энергетической промышленности во всем мире.

Нефтегазовая промышленность

Медицина

Одно из лидирующих мест по спросу на титановые сплавы занимает медицина. Сверхпрочный металл ценят практически во всех направлениях данной сферы: в ортопедии, кардиологии, стоматологии, нейрохирургии. Такой интерес к нему неудивителен. Самые прочные хирургические инструменты производятся именно с добавлением данного сырья.

С успехом применяется титан и в стоматологии. Из него изготавливают столь популярные сегодня имплантанты. Данные конструкции способны вживляться в челюсть, таким образом создавая на ранее пустующем месте основу для наращивания верхней части зуба.

А благодаря применению титановых протезов, имитирующих внутриушные косточки, стало возможным вернуть слух! Для кардиологов титан важен как материал, из которого изготавливаются корпусные части электронных стимуляторов сердца и дефибрилляторов.

Спорт

Не менее, чем в других сферах, популярны титановые сплавы в спорте. Металл успешно применяют в производстве спортивных приспособлений и оборудования. Широкий спрос на него обусловлен его низкой массой и сверхпрочностью.

Не секрет, что несколько десятков лет назад мир увидел уникальное по тем временам изобретение – велосипед. Именно тогда титан был впервые использован в качестве основного материала спортивного инвентаря. Но если в то время титановыми были корпуса велосипедов, то современные модели украшают тормоза и пружины сидения из данного металла.

Япония стала новатором в использовании титановых сплавов. В этой стране из них изготавливают клюшки для гольфа. Одновременно легкие и прочные, они отлично помогают справиться спортсмену с целью – попасть в лунку. Хотя такие клюшки имеют существенную стоимость. Титановые мячики для гольфа обойдутся также дороже обычных.

Мало кто знает, но многие приспособления альпинистов и туристов часто выполняют из титана. Даже посуда. Это, в принципе, понятно. Прочные чашки и тарелки не разобьются в походных условиях. Переносные печи, ледорубы, стойки для палаток – все это изготавливается из титана.

Другие области применения

Диоксид титана активно используется в производстве лекарственных препаратов как окрашивающее вещество. А в бьюти-индустрии с его добавлением создаются кремы, гели, шампуни и многие другие средства по уходу за кожей и волосами. Диоксид титана применяется также в производстве зубных паст. Для чего? В целях повышения отбеливающего эффекта этого средства гигиены зубов. Из диоксида титана изготавливают резину, пластмассу, тугоплавкие стекла и даже драгоценные камни. Из всего вышесказанного следует, что нельзя недооценивать несомненную пользу титана и его сплавов. Современный человек использует массу предметов и вещей, в составе которых находится этот металл.

Производство металлического титана

Получение титанового концентрата

Титан в том или ином виде содержится во многих природных минералах. Однако для промышленного применения пригодны далеко не все из них. Содержание Ti в рудах должно быть достаточным, а процесс извлечения металла не должен представлять чрезмерных трудностей.

Для титаномагнетитов применяются либо магнитная сепарация, либо металлургический передел. Если руда представляет собой механическую смесь ильменита с магнитным железняком, то в таком случае можно использовать магнитное поле для ее обогащения. В общем случае магнитная сепарация представляет собой технологию разделения материалов на основе различия их магнитных свойств и различного поведения материалов в зоне действия магнитного поля. С ее помощью, как правило, выполняется удаление из материалов нежелательных включений, например, примесей. В рассматриваемом случае данный метод позволяет извлечь из концентрата оксид железа Fe₃O₄. Если титаномагнетит представлен в виде твердого раствора Fe₃O₄ и FeO·TiO₂, то для его обогащения применяется металлургический передел, а именно плавка. В основе этого способа лежит различная восстанавливаемость углеродом (C) окислов железа и титана. Условия протекания процесса и состав шихты подбираются таким образом, чтобы в результате железо было восстановлено, а соединение титана осталось в концентрате. С помощью такого передела обогащается также ильменит.

Еще одним способом отделения железа (Fe) от титана (Ti) является дробное хлорирование. Условия процесса (как правило, температура) подбираются таким образом, чтобы с хлором (Cl) взаимодействовало только железо (Fe), а двуокись титана находилась в остатке.

Флотация и мокрое обогащение по удельному весу применяются для обработки руд россыпных месторождений, в том числе для отделения ильменита от пустой породы.

Комплексные титановые руды (содержат в своем составе несколько металлов) сложнее всего поддаются обогащению. В зависимости от их состава технология обработки в каждом конкретном случае выбирается индивидуально.

Для получения TiO₂ из богатых руд хорошо зарекомендовал себя метод сернокислого разложения. Его суть заключается в обработке минералов серной кислотой при нагревании. В результате Fe удаляется из концентрата в виде двухвалентного железа.

TiCl₄ может быть получен разными способами. Одним из них является хлорирование TiO₂. В некоторых случаях хлорированию подвергается карбид титана (TiC). Преимуществом данного способа является низкая температура процесса (около 200 °С), т.к. при температурах более 700 °С хлор начинает сильно разрушать обычные конструкционные материалы. После хлорирования выполняется очистка четыреххлористого титана от примесей, среди которых можно выделить SiCl₄, FeCl₃, HCl, Cl и другие.

Производство металлического титана

После выделения из руд титановых концентратов требуется получить чистый металл. Для этого используется реакция восстановления. Однако в виду высокой химической активности титана, особенно в расплавленном виде, данный процесс имеет ряд требований и ограничений. Титан обладает большим сродством к кислороду, азоту и углероду. Наличие данных элементов даже в небольших количествах существенно повышают хрупкость Ti, что препятствует его дальнейшей обработке давлением. При значительном содержании N и С вместо чистого металла получаются нитрид и карбид. Поэтому необходимо исключить доступ указанных элементов в реакционную среду при восстановлении титана.

В промышленном производстве наибольшее распространение получил TiCl₄, т.к. в наименьших количествах содержит неблагоприятные примеси, а процесс его переработки обладает оптимальными технико-экономическими показателями.

Тем не менее, металлический титан, полученный как из TiO₂, так и из TiCl₄, требует дальнейшего рафинирования с целью уменьшения массовой доли вредных примесей.

Восстановление четыреххлористого титана
Основным восстановителем Ti из TiCl₄ является Mg. Для проведения необходимых реакций используются специальные реакторы, в которых создана среда инертного газа аргона. Восстановление титана ведется при температуре не более 800 °С. В результате взаимодействия TiCl₄ с Mg выделяется MgCl₂ и чистый металл в виде частиц, которые под действием температуры спекаются в рыхлую массу. Эта масса помимо титана содержит избыточный магний, а также MgCl₂. Для их отделения выполняется обработка в вакууме при высокой температуре (925 °С), в результате которой Mg и MgCl₂ испаряются и остается чистая титановая губка.

Титан, полученный магниетермическим способом, содержит до 0,2% O и до 0,1% N. В настоящее время описанный метод является наиболее востребованным в промышленности для производства металлического Ti.

Схема усовершенствованного аппарата для магниетермического получения ковкого титана

Восстановление двуокиси титана
Среди потенциальных восстановителей TiO₂ можно отметить следующие: углерод, натрий, кальций, магний. Наиболее чистый металл получается при использовании Mg и Ca.

Она обеспечивает получение металлического Ti с содержанием 0,16-0,2% O; 0,05-0,07% Ca; 0,01-0,03% Mg.

Также хорошие показатели конечного продукта дает гидридный метод восстановления TiO₂. Он основывается на взаимодействии двуокиси титана с гидридом кальция (CaH₂). В результате получается окись кальция и гидрид титана, который в дальнейшем разлагается при нагревании, выделяя водород и освобождая металлический титан. Реакция проводится в атмосфере водорода или инертного газа.

Термическая диссоциация иодида титана
В этом способе используется способность титана уже при сравнительно низких температурах вступать в реакцию с парами иода, образуя TiJ₄, который при более высоких температурах диссоциирует (разлагается) на металлический титан и иод.

Для воплощения рассмотренного подхода в жизнь применяются специальные реакторы. По сути, данным способом выполняется удаление вредных примесей (O, N, C) из титана. В общем случае это называется рафинированием. Осаждение Ti выполняется на титановую нить, в результате чего получается компактный пруток, не требующий дальнейшего уплотнения плавкой или другими способами.

Описанный метод позволяет получать титан очень высокой чистоты, однако, является мало производительным и дорогим.

Схема типового реактора для рафинирования титана иодидным методом

Производство компактного титана

Металлический титан производится в виде порошка или губки. Эти формы выпуска являются промежуточными в технологической цепочке изготовления изделий из титана и титановых сплавов. Для производства круглого и плоского проката, востребованного промышленностью, к которому относятся прутки, проволока, листы, фольга, трубы и другие полуфабрикаты, материал должен обладать достаточной пластичностью и плотностью. Для приданияю титану и его сплавам указанных свойств выполняется их переработка.

Плавка
Свойства титана накладывают большое количество ограничений на данный технологический процесс. Во-первых, высокая склонность титана к взаимодействию с кислородом и азотом требует проведения плавки без доступа перечисленных газов. Во-вторых, высокая химическая активность Ti особенно в расплавленном виде сильно ограничивает выбор материалов (огнеупоров), из которых могут быть изготовлены элементы печей, имеющие контакт с расплавленным металлом.

Среди большого количества материалов, применяемых для изготовления тиглей, при плавке титана целесообразно использовать только двуокись циркония (ZrO₂), двуокись тория (ThO₂) или графит. Такие популярные огнеупоры, как Al₂O₃, CaO, BeO, которые хорошо работают в традиционном металлургическом переделе металлов, при плавке титана вступают с ним в активное химическое взаимодействие, что приводит либо к разрушению тигля, либо к серьезному загрязнению Ti.

Непосредственно плавка металла выполняется в индукционных или дуговых электрических печах. В первом случае нагрев заготовок происходит за счет токов высокой частоты, во втором нагревательными элементами являются стержни из тугоплавких металлов, например, вольфрамовые электроды, или прессованные титановые прутки. Средой, в которой протекает процесс, служит аргон. Также переплав может осуществляться в вакууме.

В качестве способов выплавки компактного титана, которые за счет изменения технологического процесса позволяют повысить чистоту производимого металла, можно выделить бестигельную, капельную и автотигельную плавку. В них предусмотрено уменьшение времени контакта расплавленного Ti с другими частями оборудования, а также его перемешивание для однородной плавки всей заготовки.

Основным достоинством рассматриваемого метода производства компактного титана (плавки) является возможность получения заготовок очень больших размеров.

Схема индукционной печи с защитной атмосферой для плавки в графитовых тиглях слитков титана весом до 300 кг

Методы порошковой металлургии
Рассматриваемый подход позволяет избегать трудностей, характерных для плавки. Однако максимальные размеры изделий, которые можно получить с помощью методов порошковой металлургии, существенно уступают размеру слитков, произведенных с помощью плавки. Еще одним плюсом данной технологии является то, что она позволяет существенно сэкономить материал при производстве продукции. Отходы в этом случае составляют в среднем 25% веса готового изделия, в то время как расход металла при изготовлении деталей из поковок превышает массу изделия в 5-10 раз.

На выходе данного технологического процесса получаются пластичные ковкие брикеты (штабики) или стержни, которые являются полуфабрикатами для дальнейшей переработки в стандартные типы продукции плоского и круглого сечения. Также существует возможность спекать непосредственно готовые детали сложной формы.

Даже при спекании титана в вакууме есть опасность его загрязнения вследствие переноса примесей со стенок сосуда, в котором выполняется операция, через газовую фазу. Основным химическим элементом, который может перейти в изделие подобным образом, является кремний (Si), так как спекание выполняется, как правило, в кварцевых трубках.

Прокатка в оболочке
Еще одним технологичным способом производства компактного титана является прокатка в оболочке. Как и в способе, описанном в предыдущем пункте, исходным сырьем является порошок титана. Только при прокатке в оболочке отсутствует фаза прессования и устраняется необходимость спекания в вакууме.

В рассматриваемом технологическом процессе титановый порошок заключается в железный контейнер (оболочку), который герметизируется сварными крышками. После выполняется нагрев контейнера до температуры 800-900 °С и выполняется его прокатка стандартным способом. Далее оболочка удаляется, и остается брикет ковкого титана.

При данном способе производства компактного Ti необходимо соблюдать ряд условий. Нагрев контейнера должен выполняться строго до определенной температуры. При ее превышении уже до 1000 °С поверхностный слой железотитанового сплава (возникает при контакте титанового порошка и железной оболочки) плавится, что затрудняет его удаление из конечной продукции. При температуре ниже 800 °С уплотнение частиц из-за малых скоростей диффузии протекает неэффективно. Также необходимо минимизировать количество остаточного воздуха, которое неизбежно заваривается вместе с порошком в контейнер, и провести откачку водорода, который всегда в растворенном виде присутствует в порошке титана. Наличие H может существенно повысить хрупкость металла.

Из достоинств данного метода можно отметить большую плотность производимого титана по сравнению с полученным методами порошковой металлургии, а также потенциально большие размеры получаемых заготовок.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Источник