Титан його сплави
Титан - тугоплавкий метал з невисокою щільністю. Питома міцність титану вище, ніж у багатьох легованих конструкційних сталей, тому при заміні сталей титановими сплавами можна при рівній міцності зменшити масу деталі на 40%. Титан добре обробляється тиском, зварюється, з нього можна виготовити складні виливки, але обробка різанням скрутна. Для отримання сплавів з поліпшеними властивостями його легують алюмінієм, хромом, молібденом. Титан і його сплави маркують літерами "ВТ" і порядковим номером:
ВТ1-00, ВТЗ-1, ВТ4, ВТ8, ВТ14.
П'ять титанових сплавів позначені інакше:
0Т4-0, 0Т4, 0Т4-1, ПТ-7М, ПТ-3В.
Титан працює
Роль титану як конструкційний матеріал, основи високоміцних сплавів для авіації, суднобудування і ракетної техніки, швидко зростає. Саме в сплави йде велика частина виплавленого в світі титану. Широко відомий сплав для авіаційної промисловості, що складається з 90% титану, 6% алюмінію і 4% ванадію. У 1976 р в американській пресі з'явилися повідомлення про новий сплаві того ж призначення: 85% титану, 10% ванадію, 3% алюмінію і 2% заліза. Стверджують, що цей сплав не тільки краще, але і економічніше.
А взагалі в титанові сплави входять дуже багато елементів, аж до платини і паладію. Останні (в кількості 0,1 - 0,2%) підвищують і без того високу хімічну стійкість титанових сплавів.
Незважаючи що титан доріг, заміна їм більш дешевих матеріалів у багатьох випадках виявляється економічно вигідною. Ось характерний приклад. Корпус хімічного апарату, виготовлений з нержавіючої сталі, коштує 150 рублів, а з титанового сплаву - 600 рублів. Але при цьому сталевий реактор служить лише 6 місяців, а титановий - 10 років. Додайте витрати на заміну сталевих реакторів, вимушені простої устаткування - і стане очевидно, що застосовувати дорогий титан буває вигідніше, ніж сталь.
Значні кількості титану використовує металургія. Існують сотні марок сталей та інших сплавів, до складу яких титан входить як легирующая добавка. Його вводять для поліпшення структури металів, збільшення міцності і корозійної стійкості.
Деякі ядерні реакції повинні відбуватися в майже абсолютній порожнечі. Ртутними насосами розрідження може бути доведено до кількох мільярдних часток атмосфери. Але цього не достатньо, а ртутні насоси на більше не здатні. Подальша відкачування повітря здійснюється вже особливими титановими насосами. Крім того, для досягнення ще більшого розрідження по внутрішній поверхні камери, де протікають реакції, розпилюють мелкодісперсний титан.
Титан часто називають металом майбутнього. Факти, якими вже зараз мають наука і техніка, переконують, що це не зовсім так - титан вже став металом сьогодення.
Мінерали титану.
Відомо близько 70 мінералів титану, в яких він знаходиться у вигляді двоокису і солей титанової кислоти. Найбільше практичне значення мають ільменіт, рутил, перовскит і Стено.
Ільменіт - метатітанат заліза FeTiO3 - містить 52,65% TiO2. Назва цього мінералу пов'язано з тим, що він був знайдений на Уралі в Ільменських горах. Найбільші розсипи ільменітових пісків є в Індії. Інший найважливіший матеріал - рутил є двоокис титану. Промислове значення мають також титаномагнетиту - природна суміш ільменіту з мінералами заліза. Багаті родовища титанових руд є вУкаіни, США, Індії Норвегії, Канаді, Австралії та інших країнах.
Не так давно геологи в Північному Прибайкалля новий титановмістних мінерал, який був названий ландауітом в честь радянського фізика Л. Д. Ландау.
Всього на земній кулі відомо понад 150 значних рудних і розсипних родовищ титану.
Розроблено матеріали, які будучи сильно деформованими на холоді, при нагріванні знову приймають первісну форму. Один з таких «пам'ятливих» матеріалів є интерметаллические з'єднання титану та нікелю, що відрізняється високою міцністю. пластичністю і корозійною стійкістю.
Дроті з цього матеріалу можна надати форму радіоантени і стиснути її в невеликий куля. Після нагрівання цю кулю знову перетвориться в антену
Приємно вважати, що титан піддається механічній обробці подібно нержавіючим сталям. Це означає, що обробляти титан в 4-5 разів важче, ніж звичайну сталь, але це все-таки не становить нерозв'язною проблеми.
Основні проблеми при обробки титану - це велика схильність його до налипання і задиранням, низька теплопровідність, а також та обставина, що практично всі метали і вогнетривкі розчиняються в титані, в результаті чого є сплав титану і твердого матеріалу ріжучого інструменту. Така обробка викликає швидкий знос різця.
Для зменшення налипання і задирания і для відводу великої кількості тепла, яке виділяється при різанні, застосовують охолоджуючі рідини. Точіння заготовки виробляють спомощью різців з твердих сплавів причому швидкість обробки, як правило, нижче, ніж при точінні нержавіючої сталі.
Якщо необхідно розрізати листи з титану, то цю операцію здійснюють на гільйотинних ножицях. Сортовий прокат великих діаметрів ріжуть механічними пилами, пріменяяножовочние полотна з великим зубом. Менш товсті прутки розрізають на токарних верстатах.
При фрезеруванні титан залишається вірним собі і налипає на зуби фрези. Фрези теж виготовляють з твердих сплавів, а для охолодження застосовують мастила, що відрізняються великою в'язкістю.
При свердлінні титану основну увагу звертають на те, щоб стружка не накопичувалася в відвідних канавках, так як це швидко пошкоджує свердло. Як матеріал для свердління титану застосовують швидкорізальної сталь.
При використанні титану як конструкційний матеріал титанові деталі з'єднують один з одним і з деталями з інших матеріалів різними методами.
Основний метод - зварювання. Найперші спроби зварити тітанбилі невдалими, що пояснювалося взаємодією розплавленого металу з киснем, азотом і воднем повітря, зростанням зерна при нагріванні, змінами в мікроструктурі та іншими факторами, які приводяться до крихкості шва. Однак всі ці проблеми, які раніше здавалися нерозв'язними, були вирішені в найкоротші терміни в наші дні зварювання титану - звичайна промислова технологія.
Але, хоча проблеми вирішені, зварювання титану не стала простою і легкою. Основна її складність і складність полягає в необхідності постійного і неухильного запобігання зварного шва від забруднення домішками. Тому при зварюванні титану використовують не тільки інертний газ високої чистоти і спеціальні безкисневі флюси, а й різноманітні захисні козирки, прокладки, які захищають остигаючі.
Пайка титану ускладнюється тим, що він при високих температурах хімічно активний і дуже міцно пов'язаний з покриває його поверхню - окисной плівкою. Переважна більшість металів непридатне для використання в якості припоїв при пайку титану, так як виходять тендітні сполуки. Тільки чисті срібло і алюміній підходять для цієї мети.
З'єднувати титан з титаном, а також з іншими металами можна і механічно - клепкою або за допомогою болтів. При використанні титанових заклепок час клепки збільшується майже вдвічі в порівнянні з застосуванням високоміцних алюмінієвих деталей, а гайки і болти з нового промислового металу неодмінно покривають шаром срібла або синтетичного матеріалу тефлону, інакше при закручуванні гайки титан буде, як це йому незмінно властиво, налипає і задиратися і різьбове з'єднання не зможе витримати великих напруг.
Першими стали широко застосовувати титанове обладнання підприємства нікель-кобальтової промисловості, що дозволило економити не один мільйон рублів, давати високоякісну продукцію. Завдяки розробці і освоєнню цілого комплексу надійних технологічних апаратів з титану на комбінаті «Северонікель» вперше в практиці виробництва кольорових металів вдалося здійснити комплексну автоматизацію технологічних процесів.
Металургійні процеси, засновані на основі рідин, називають гідрометалургійних - від грецького слова, що означає воду. Набагато більш звичні для нас методи, при яких потрібні високі температури, нагрівання, полум'я, називають пирометаллургическими - від іншого грецького слова, що означає вогонь. Так ось, при проведенні цілого ряду гідрометалургійних процесів вкрай необхідний такий коррозионностойкий, надійний і довговічний метал, як титан.
Успішно використовують титан в титановій промисловості і за кордоном. Американська фірма ТМКА повідомляє, що титановий агрегат для вилуговування магнію та хлористого магнію з титанової губки (в США губку очищають НЕ нагріванні в вакуумі, а промиванням «царської горілкою») замінив більше десятка колишніх малопродуктивних апаратів і приносить щорічний дохід в 370 тисяч доларів.
При отриманні магнієвих сплавів використовують стійкі в розплавленому магнії титанові мішалки і тиглі. З титану виготовляють також лопаті перемішують на вапняних газовідчистки.
Титан виявився найбільш підходящим матеріалом для виготовлення матриць, застосовуваних при електролітичному осадженні міді. Впровадження титанових матриць на ряді підприємств країни значно полегшило працю робітників-сдірщіков, на 30 відсотків підвищило продуктивність праці. Термін служби матриць збільшився в 3 рази.
Титан знаходить застосування при виробництві вольфраму і молібдену, сурми ртуті, цирконію, рідкісноземельних і дорогоцінних металів.
При обробки кольорових меіаллов використовують титанові травильні ванни, деталі очисних споруд, установок переробки розчину, ємності, що набагато підвищує термін служби обладнання. На одному з з уральських заводів з титану виготовляють кліщі, якими захоплюють гарячі прокочується і пресовані металеві заготовки. Маса ручного інструменту зменшилася вдвічі.
Дуже перспективно облицьовувати титаном ванни, які використовуються на багатьох металургійних, сталепроволочно-канатних, метизних заводів для травлення заготовок в кислотах з метою видалення окалини з поверхні. Оскільки травильні розчини забруднені частинками заліза та його сполук, а також містять спеціальні сольові добавки (що сприяє уповільненню корозії), стійкість титану в них набагато вище, ніж в звичайних розчинів кислот - без добавок і домішок, завдяки чому титанові травильні ванни служать десятки років, тоді як звичайні виходять з ладу набагато раніше.
Значення металів в людському суспільстві все більше зростає. Переворот в техніці відбувається з інтенсивним розвитком алюмінієвої і магнієвої промисловості. В останні десятиліття людство отримало в своє розпорядження групи рідкісних металів. І ось уже в наші дні, в останні роки на авансцену історії «піднімається» новий промисловий метал - титан.
Титан з більшим правом, ніж алюміній, можна назвати металом нашого століття, точніше - другий його половини, так як цей новий конструкційний матеріал вперше стали виробляти і використовувати тільки в п'ятдесяті роки. Втім, титан так і називають: «метал 20 століття». І як багато значень у слова «титан», так багато епітетів і найменувань у самого металу. «Вічний», «парадоксальний», «метал надзвукових швидкостей,« метал майбутнього »,« дитина війни »- ось тільки деякі з них.
Титан називають металом майбутнього. Це, звичайно, правильно. У майбутньому з'являться нові галузі застосування чудового матеріалу, люди створять сплави з ще більш дивними властивостями. Але ж майбутнє починається сьогодні, майбутнє і сьогодення не окремими непрохідною кордоном.
Титан вже давно став матеріалом сучасності - цінним, важливим і необхідним. Більше того, широке, повсюдне його застосування як раз дозволить швидше наблизити щось світле і прекрасне майбутнє, про яке ми всі мріємо.
Магній і його сплави.
Вперше магній був отриманий Деві (XIX ст.) З окису магнію. Бюсси, Лібіх, Девільс, Карон та ін отримували магній дією парів калію або натрію на хлористий магній.
У 1808 р англійський хімік Г. Деві електролізом зволоженою суміші магнезії та оксиду ртуті отримав амальгаму невідомого металу, якому і дав назву "магнезії", що збереглася до цих пір у багатьох країнах. ВУкаіни з 1831 року прийнята назва "магній". У 1829 р Французький хімік А. Бюсси отримав магній, відновлюючи його розплавлений хлорид калієм. Наступний крок до промислового отримання зробив М. Фарадей. У 1830 р він вперше отримав магній електролізом розплавленого хлористого магнію.
Промислове виробництво магнію електролітичним способом зроблено в Німеччині в кінці XIX в. Перед другою світовою війною почалося освоєння термічних способів отримання магнію.
В даний час поряд з розвитком електролітичного способу удосконалюються силікотермічеським і карботермічним способи отримання магнію. На першій стадії розвитку магнієвої промисловості в якості сировини застосовували хлористі солі карналіт, природні розсоли, хлоромагнієвого лугу калійної промисловості.
Магній і його сплави.
Серед промислових металів магній володіє найменшою щільністю (1700 кг / м 3). Магній і його сплави нестійкі проти корозії, при підвищенні температури магній інтенсивно окислюється і навіть самозаймається. Він має малу міцністю і пластичністю, тому як конструкційний матеріал чистий магній не використовується. Для підвищення хіміко-механічних властивостей в магнієві сплави вводять алюміній, цинк, марганець та інші легуючі добавки.
Магнієві сплави поділяють на деформуються (ГОСТ 14957-76) і ливарні (ГОСТ 2856-79). Перші маркуються буквами "МА", другі "МЛ". Після букв вказується порядковий номер сплаву у відповідному ГОСТі.
МА1-деформується магнієвий сплав №1;
МЛ19-ливарний магнієвий сплав №19
Нижче наведені індивідуальні завдання по розшифровці марок конструкційних матеріалів.