Het hardste metaal ter wereld (titanium, chroom en wolfraam). Wat is titanium als een chemisch element

Het belangrijkste voor nationale economie er waren en blijven legeringen en metalen die lichtheid en sterkte combineren. Titanium behoort specifiek tot deze categorie materialen en heeft bovendien een uitstekende corrosieweerstand.

Titanium is een overgangsmetaal uit groep 4, periode 4. Moleculaire massa het is slechts 22, wat de lichtheid van het materiaal aangeeft. Tegelijkertijd wordt de stof gekenmerkt door uitzonderlijke sterkte: van alle structurele materialen heeft titanium de hoogste specifieke sterkte. De kleur is zilverwit.

In onderstaande video wordt uitgelegd wat titanium is:

Concept en functies

Titanium is vrij gebruikelijk - qua inhoud in aardkorst neemt de 10e plaats in. Het was echter pas in 1875 mogelijk om echt puur metaal te isoleren. Voordien werd de stof ofwel verkregen met onzuiverheden, ofwel werden de verbindingen ervan titaniummetaal genoemd. Deze verwarring leidde veel eerder tot het gebruik van metaalverbindingen dan het metaal zelf.

Dit komt door de eigenaardigheid van het materiaal: de meest onbeduidende onzuiverheden hebben een aanzienlijke invloed op de eigenschappen van de stof, waardoor deze soms volledig van zijn inherente eigenschappen wordt beroofd.

Het kleinste aandeel andere metalen berooft titanium dus van zijn hittebestendigheid, wat een van zijn waardevolle eigenschappen is. Een kleine toevoeging van niet-metaal maakt een duurzaam materiaal bros en ongeschikt voor gebruik.

Deze functie verdeelde het resulterende metaal onmiddellijk in 2 groepen: technisch en puur.

• Eerst gebruikt in gevallen waar sterkte, lichtheid en corrosieweerstand het meest nodig zijn, omdat titanium deze laatste kwaliteit nooit verliest.
• Materiaal met hoge zuiverheid gebruikt waar een materiaal nodig is dat onder zeer zware belasting en hoge temperaturen kan functioneren, maar ook licht van gewicht is. Dit is natuurlijk vliegtuig- en rakettechniek.

Het tweede bijzondere kenmerk van een stof is anisotropie. Sommigen van hem fysieke kwaliteiten veranderen afhankelijk van de toepassing van krachten, waarmee bij de toepassing rekening moet worden gehouden.

Onder normale omstandigheden is het metaal inert en corrodeert het niet in zeewater, zee- of stadslucht. Bovendien is het de biologisch meest inerte stof die we kennen. Daarom worden titaniumprothesen en -implantaten veel gebruikt in de geneeskunde.

Tegelijkertijd begint het, naarmate de temperatuur stijgt, te reageren met zuurstof, stikstof en zelfs waterstof, en in vloeibare vorm absorbeert het gassen. Deze onaangename eigenschap maakt het uiterst moeilijk om het metaal zelf te verkrijgen en op basis daarvan legeringen te vervaardigen.

Dit laatste is alleen mogelijk bij gebruik van vacuümapparatuur. Het complexe productieproces maakte van een vrij gebruikelijk element een zeer kostbaar onderdeel.

Relatie met andere metalen

Titanium neemt een tussenpositie in tussen twee andere bekende structurele materialen: aluminium en ijzer, of beter gezegd ijzerlegeringen. In veel opzichten is het metaal superieur aan zijn ‘concurrenten’:

• De mechanische sterkte van titanium is 2 keer hoger dan die van ijzer en 6 keer hoger dan die van aluminium. Tegelijkertijd neemt de sterkte toe met afnemende temperatuur;
• corrosieweerstand is veel hoger dan die van ijzer en zelfs aluminium;
• Bij normale temperaturen is titanium inert. Wanneer het echter wordt verhoogd tot 250 C, begint het waterstof te absorberen, wat de eigenschappen beïnvloedt. In termen van chemische activiteit is het inferieur aan magnesium, maar helaas superieur aan ijzer en aluminium;
• het metaal geleidt elektriciteit veel zwakker: de elektrische weerstand is 5 keer hoger dan die van ijzer, 20 keer hoger dan die van aluminium en 10 keer hoger dan die van magnesium;
• de thermische geleidbaarheid is ook veel lager: 3 keer minder dan ijzer en 12 keer minder dan aluminium. Deze eigenschap veroorzaakt echter een zeer lage thermische uitzettingscoëfficiënt.

Voor-en nadelen

In feite heeft titanium veel nadelen. Maar de combinatie van sterkte en lichtheid is zo gewild dat noch de complexe productiemethode, noch de behoefte aan uitzonderlijke zuiverheid de metaalconsumenten tegenhoudt.

De onbetwiste voordelen van de stof zijn onder meer:

• lage dichtheid, wat een zeer laag gewicht betekent;
• uitzonderlijke mechanische sterkte van zowel titaniummetaal zelf als zijn legeringen. Naarmate de temperatuur stijgt, presteren titaniumlegeringen beter dan alle aluminium- en magnesiumlegeringen;
• de verhouding tussen sterkte en dichtheid - specifieke sterkte - bereikt 30-35, wat bijna twee keer hoger is dan die van de beste constructiestaalsoorten;
• Bij blootstelling aan lucht wordt titanium bedekt met een dunne laag oxide, wat een uitstekende corrosieweerstand biedt.

Metaal heeft ook veel nadelen:

• Corrosiebestendigheid en inertie zijn alleen van toepassing op producten met een inactief oppervlak. Titaniumstof of spaanders ontbranden bijvoorbeeld uit zichzelf en branden bij een temperatuur van 400 C;
• Een zeer complexe methode voor het verkrijgen van titaniummetaal brengt zeer hoge kosten met zich mee. Het materiaal is veel duurder dan ijzer, of;
• het vermogen om atmosferische gassen te absorberen wanneer de temperatuur stijgt, vereist het gebruik van vacuümapparatuur bij het smelten en produceren van legeringen, wat ook de kosten aanzienlijk verhoogt;
• titanium heeft slechte antiwrijvingseigenschappen - het werkt niet op wrijving;
• metaal en zijn legeringen zijn gevoelig voor waterstofcorrosie, wat moeilijk te voorkomen is;
• Titanium is moeilijk te bewerken. Ook het lassen ervan is lastig vanwege de faseovergang tijdens het verwarmen.

Titaniumplaat (foto)

Eigenschappen en kenmerken

Hangt sterk af van de netheid. De referentiegegevens beschrijven uiteraard puur metaal, maar de kenmerken van technisch titanium kunnen aanzienlijk verschillen.

• De dichtheid van het metaal neemt bij verhitting af van 4,41 naar 4,25 g/cm 3. Door de faseovergang verandert de dichtheid met slechts 0,15%.
• Het smeltpunt van het metaal is 1668 C. Het kookpunt is 3227 C. Titanium is een vuurvaste stof.
• Gemiddeld is de treksterkte 300-450 MPa, maar dit cijfer kan worden verhoogd tot 2000 MPa door toevlucht te nemen tot verharding en veroudering, evenals door de introductie van extra elementen.
• Op de HB-schaal is de hardheid 103 en dit is niet de limiet.
• De warmtecapaciteit van titanium is laag: 0,523 kJ/(kg K).
• Specifieke elektrische weerstand - 42,1·10 -6 ohm·cm.
• Titanium is een paramagneet. Naarmate de temperatuur daalt, neemt de magnetische gevoeligheid af.
• Metaal wordt in het algemeen gekenmerkt door ductiliteit en kneedbaarheid. Deze eigenschappen worden echter sterk beïnvloed door de zuurstof en stikstof in de legering. Beide elementen maken het materiaal bros.

De stof is bestand tegen veel zuren, waaronder salpeterzuur, zwavelzuur in lage concentraties en vrijwel alle organische zuren met uitzondering van mierenzuur. Deze kwaliteit zorgt ervoor dat er veel vraag is naar titanium in de chemische, petrochemische industrie, papierindustrie, enzovoort.

Structuur en compositie

Titanium is, hoewel het een overgangsmetaal is en een lage elektrische weerstand heeft, nog steeds een metaal en geleidt elektrische stroom, wat een geordende structuur betekent. Bij verhitting tot een bepaalde temperatuur verandert de structuur:

• tot 883 C is de α-fase met een dichtheid van 4,55 g/m3 stabiel. cm Het onderscheidt zich door een dicht zeshoekig rooster. Zuurstof lost in deze fase op onder vorming van interstitiële oplossingen en stabiliseert de α-modificatie - het verlegt de temperatuurgrens;
• boven 883 C is de β-fase met een op het lichaam gecentreerd kubisch rooster stabiel. De dichtheid is iets minder: 4,22 g / kubieke meter. zie Deze structuur wordt gestabiliseerd door waterstof - wanneer het wordt opgelost in titanium, worden ook interstitiële oplossingen en hydriden gevormd.

Deze eigenschap maakt het werk van de metallurg erg moeilijk. Wanneer titanium wordt afgekoeld, neemt de oplosbaarheid van waterstof scherp af en slaat waterstofhydride, de γ-fase, neer in de legering.

Het veroorzaakt koudescheuren tijdens het lassen, waardoor fabrikanten na het smelten van het metaal extra moeite moeten doen om het van waterstof te ontdoen.

Hieronder vertellen wij je waar je titanium kunt vinden en hoe je het kunt maken.

Deze video beschrijft titanium als een metaal:

Productie en extractie

Titanium is heel gebruikelijk, dus er zijn geen problemen met ertsen die het metaal bevatten, en dat in vrij grote hoeveelheden. De uitgangsgrondstoffen zijn rutiel, anataas en brookiet - titaniumdioxiden in verschillende modificaties, ilmeniet, pyrofaniet - verbindingen met ijzer, enzovoort.

Maar het is complex en vereist dure apparatuur. De extractiemethoden zijn enigszins verschillend, omdat de samenstelling van het erts anders is. Het schema voor het verkrijgen van metaal uit ilmenieterts ziet er bijvoorbeeld als volgt uit:

• het verkrijgen van titaniumslak - het gesteente wordt samen met een reductiemiddel in een vlamboogoven geladen - antraciet, houtskool en verwarmd tot 1650 C. Tegelijkertijd wordt ijzer gescheiden, dat wordt gebruikt om gietijzer en titaniumdioxide in de slakken te produceren ;
• De slak wordt gechloreerd in mijn- of zoutchlorinatoren. De essentie van het proces is het omzetten van vast dioxide in gasvormig titaniumtetrachloride;
• in weerstandsovens in speciale kolven wordt het metaal gereduceerd met natrium of magnesium uit chloride. Als resultaat wordt een eenvoudige massa verkregen: een titaniumspons. Dit technische titanium is zeer geschikt voor de vervaardiging van bijvoorbeeld chemische apparatuur;
• als een zuiverder metaal nodig is, nemen ze hun toevlucht tot raffinage - in dit geval reageert het metaal met jodium om gasvormig jodide te verkrijgen, en dit laatste valt onder invloed van temperatuur - 1300-1400 C, en elektrische stroom uiteen, waardoor het vrijkomt puur titanium. Via een in een retort gespannen titaniumdraad wordt elektrische stroom geleverd, waarop een zuivere substantie wordt afgezet.

Om titaniumstaven te verkrijgen, wordt titaniumspons gesmolten in een vacuümoven om te voorkomen dat waterstof en stikstof oplossen.

De prijs van titanium per 1 kg is erg hoog: afhankelijk van de zuiverheidsgraad kost het metaal €25 tot €40 per kg. Aan de andere kant kost de behuizing van een zuurbestendig roestvrijstalen apparaat 150 roebel. en zal niet langer duren dan 6 maanden. Titanium kost ongeveer 600 roebel, maar zal 10 jaar worden gebruikt. Er zijn veel titaniumproductiefaciliteiten in Rusland.

Gebruiksgebieden

De invloed van de mate van zuivering op de fysische en mechanische eigenschappen dwingt ons om dit vanuit dit gezichtspunt te bekijken. Technisch, dat wil zeggen niet het zuiverste metaal, heeft dus een uitstekende corrosieweerstand, lichtheid en sterkte, wat het gebruik ervan bepaalt:

• chemische industrie– warmtewisselaars, leidingen, behuizingen, pomponderdelen, fittingen enzovoort. Het materiaal is onmisbaar in gebieden waar zuurbestendigheid en sterkte vereist zijn;
• transportindustrie– de stof wordt gebruikt om voertuigen van treinen tot fietsen te maken. In het eerste geval zorgt het metaal voor een kleinere massa verbindingen, waardoor de tractie efficiënter wordt, in het laatste geval geeft het lichtheid en sterkte, het is niet voor niets dat een titanium fietsframe als het beste wordt beschouwd;
• maritieme zaken– warmtewisselaars, uitlaatdempers voor onderzeeërs, kleppen, propellers, enzovoort zijn gemaakt van titanium;
• V bouw Titanium wordt veel gebruikt - een uitstekend materiaal voor het afwerken van gevels en daken. Naast sterkte biedt de legering nog een belangrijk voordeel voor de architectuur: het vermogen om producten de meest bizarre configuratie te geven; het vermogen van de legering om te vormen is onbeperkt.

Puur metaal is bovendien zeer goed bestand tegen hoge temperaturen en behoudt zijn sterkte. De toepassing ligt voor de hand:

• raket- en vliegtuigbouw - de behuizing is ervan gemaakt. Motoronderdelen, bevestigingselementen, chassisdelen enzovoort;
• geneeskunde – biologische inertie en lichtheid maken titanium tot een veel veelbelovender materiaal voor protheses, inclusief hartkleppen;
• cryogene technologie – titanium is een van de weinige stoffen die bij afnemende temperatuur alleen maar sterker worden en hun taaiheid niet verliezen.

Titanium is een structureel materiaal met de hoogste sterkte en een dergelijke lichtheid en ductiliteit. Deze unieke eigenschappen leveren hem steeds meer op belangrijke rol in de nationale economie.

De onderstaande video vertelt je waar je titanium voor een mes kunt krijgen:

Fysische en chemische eigenschappen van titanium, productie van titanium

Het gebruik van titanium in pure vorm en in de vorm van legeringen, het gebruik van titanium in de vorm van verbindingen, de fysiologische werking van titanium

Sectie 1. Geschiedenis en voorkomen van titanium in de natuur.

Titaan -Dit een element van een secundaire subgroep van de vierde groep, de vierde periode van het periodiek systeem van chemische elementen van D.I. Mendelejev, met atoomnummer 22. De eenvoudige substantie titanium (CAS-nummer: 7440-32-6) is een licht metaal van zilverachtig -witte kleur. Het bestaat in twee kristalmodificaties: α-Ti met een hexagonaal dichtgepakt rooster, β-Ti met kubieke lichaamsgerichte pakking, de temperatuur van de polymorfe transformatie α↔β is 883 °C. Smeltpunt 1660±20 °C.

Geschiedenis en voorkomen van titanium in de natuur

Titan is vernoemd naar de oude Griekse karakters Titans. De Duitse scheikundige Martin Klaproth noemde het zo om zijn eigen persoonlijke redenen, in tegenstelling tot de Fransen die namen probeerden te geven in overeenstemming met de chemische eigenschappen van het element, maar aangezien de eigenschappen van het element op dat moment onbekend waren, werd deze naam gekozen. .

Titanium is qua hoeveelheid het 10e element op onze planeet. De hoeveelheid titanium in de aardkorst bedraagt ​​0,57 massaprocent en 0,001 milligram per 1 liter zeewater. Titaniumafzettingen bevinden zich in: Yuzhno Afrikaanse Republiek, Oekraïne, Rusland, Kazachstan, Japan, Australië, India, Ceylon, Brazilië en Zuid-Korea.

Volgens zijn fysieke eigenschappen is titanium een ​​licht zilverachtig metaal; bovendien wordt het gekenmerkt door een hoge viscositeit tijdens de bewerking en is het gevoelig voor hechting aan het snijgereedschap, daarom worden speciale smeermiddelen of spuitmiddelen gebruikt om dit effect te elimineren. Bij kamertemperatuur is het bedekt met een lasificerende film van TiO2-oxide, waardoor het bestand is tegen corrosie in de meeste agressieve omgevingen, behalve alkaliën. Titaanstof heeft de neiging te exploderen, met een vlampunt van 400 °C. Titaniumspaanders zijn brandgevaarlijk.

Om titanium te produceren Zuivere vorm of de legeringen ervan gebruiken in de meeste gevallen titaniumdioxide met een klein aantal verbindingen erin. Bijvoorbeeld rutielconcentraat verkregen door de verrijking van titaniumertsen. Maar de rutielreserves zijn extreem klein en daarom wordt zogenaamde synthetische rutiel- of titaniumslak gebruikt, verkregen door de verwerking van ilmenietconcentraten.

De ontdekker van titanium wordt beschouwd als de 28-jarige Engelse monnik William Gregor. In 1790, terwijl hij mineralogische onderzoeken uitvoerde in zijn parochie, vestigde hij de aandacht op de prevalentie en ongebruikelijke eigenschappen zwart zand in de Menacan Valley in het zuidwesten van Engeland en begon het te verkennen. In het zand ontdekte de priester korrels van een zwart glanzend mineraal dat werd aangetrokken door een gewone magneet. Het zuiverste titanium dat in 1925 door Van Arkel en de Boer met behulp van de jodidemethode werd verkregen, bleek een taai en maakbaar metaal met veel waardevolle eigenschappen dat de aandacht trok van een breed scala aan ontwerpers en ingenieurs. In 1940 stelde Kroll een magnesium-thermische methode voor om titanium uit ertsen te extraheren, wat nog steeds de belangrijkste methode is. In 1947 werd de eerste 45 kg commercieel zuiver titanium geproduceerd.

IN periodiek systeem van de Mendelejev-elementen heeft titanium serienummer 22. De atoommassa van natuurlijk titanium, berekend op basis van de resultaten van onderzoek naar zijn isotopen, is 47,926. De kern van een neutraal titaniumatoom bevat dus 22 protonen. Het aantal neutronen, dat wil zeggen neutrale ongeladen deeltjes, is anders: meestal 26, maar kan variëren van 24 tot 28. Daarom is het aantal titaniumisotopen anders. Er zijn nu in totaal 13 isotopen bekend van element nr. 22. Natuurlijk titanium bestaat uit een mengsel van vijf stabiele isotopen, de meest voorkomende is titanium-48, het aandeel ervan in natuurlijke ertsen is 73,99%. Titanium en andere elementen van subgroep IVB lijken qua eigenschappen sterk op elementen van subgroep IIIB (scandiumgroep), hoewel ze van de laatste verschillen in hun vermogen om een ​​grotere valentie te vertonen. De gelijkenis van titanium met scandium, yttrium, maar ook met elementen van subgroep VB - vanadium en niobium komt tot uiting in het feit dat titanium in natuurlijke mineralen vaak samen met deze elementen wordt aangetroffen. Met eenwaardige halogenen (fluor, broom, chloor en jodium) kan het di- en tetraverbindingen vormen, met zwavel en elementen van zijn groep (selenium, tellurium) - mono- en disulfiden, met zuurstof - oxiden, dioxiden en trioxiden.

Titanium vormt ook verbindingen met waterstof (hydriden), stikstof (nitriden), koolstof (carbiden), fosfor (fosfiden), arseen (arsides), evenals verbindingen met veel metalen - intermetallische verbindingen. Titanium vormt niet alleen eenvoudige maar ook talrijke complexe verbindingen; veel van zijn verbindingen met organische stoffen zijn bekend. Zoals blijkt uit de lijst met verbindingen waaraan titanium kan deelnemen, is het chemisch zeer actief. En tegelijkertijd is titanium een ​​van de weinige metalen met een uitzonderlijk hoge corrosieweerstand: het is vrijwel eeuwig in de lucht, in koud en kokend water, en is zeer resistent in zeewater, in oplossingen van veel zouten, anorganische en organische zuren. . In termen van corrosieweerstand in zeewater overtreft het alle metalen, met uitzondering van edele metalen - goud, platina, enz., de meeste soorten roestvrij staal, nikkel, koper en andere legeringen. In water en in veel agressieve omgevingen is puur titanium niet onderhevig aan corrosie. Titanium is bestand tegen erosieve corrosie die optreedt als gevolg van een combinatie van chemische en mechanische effecten op het metaal. In dit opzicht is hij niet minderwaardig de beste merken roestvrij staal, legeringen op koperbasis en andere structurele materialen. Titanium is ook goed bestand tegen vermoeiingscorrosie, wat zich vaak manifesteert in de vorm van schendingen van de integriteit en sterkte van het metaal (scheuren, lokale corrosie, enz.). Het gedrag van titanium in veel agressieve omgevingen, zoals salpeterzuur, zoutzuur, zwavelzuur, koningswater en andere zuren en alkaliën, veroorzaakt verrassing en bewondering voor dit metaal.

Titanium is een zeer vuurvast metaal. Lange tijd werd aangenomen dat het smelt bij 1800 ° C, maar halverwege de jaren vijftig. Engelse wetenschappers Deardorff en Hayes stelden het smeltpunt vast voor puur elementair titanium. De temperatuur bedroeg 1668 ± 3° C. Wat zijn vuurvastheid betreft, komt titanium op de tweede plaats na metalen als wolfraam, tantaal, niobium, rhenium, molybdeen, metalen uit de platinagroep, zirkonium, en onder de belangrijkste structurele metalen staat het op de eerste plaats. Het belangrijkste kenmerk Titanium als metaal is uniek fysisch-chemische kenmerken: lage dichtheid, hoge sterkte, hardheid, enz. Het belangrijkste is dat deze eigenschappen niet significant veranderen hoge temperaturen.

Titanium is een licht metaal, de dichtheid bij 0° C bedraagt ​​slechts 4,517 g/cm3 en bij 100° C – 4,506 g/cm3. Titanium behoort tot de groep metalen met een soortelijk gewicht van minder dan 5 g/cm3. Dit omvat alle alkalimetalen (natrium, cadium, lithium, rubidium, cesium) met een soortelijk gewicht van 0,9–1,5 g/cm3, magnesium (1,7 g/cm3), aluminium (2,7 g/cm3) enz. Titanium is meer dan 1,5 keer zwaarder dan aluminium, en daarin verliest het natuurlijk, maar het is 1,5 keer lichter dan ijzer (7,8 g/cm3). Titanium neemt echter qua specifieke dichtheid een tussenpositie in tussen aluminium en ijzer en is qua mechanische eigenschappen vele malen superieur aan hen.) Titanium heeft een aanzienlijke hardheid: het is 12 keer harder dan aluminium, 4 keer harder dan ijzer en koper. Een ander belangrijk kenmerk van een metaal is de vloeigrens. Hoe hoger het is, hoe beter de onderdelen van dit metaal bestand zijn tegen operationele belastingen. De vloeigrens van titanium is bijna 18 keer hoger dan die van aluminium. De specifieke sterkte van titaniumlegeringen kan 1,5 tot 2 keer worden verhoogd. De hoge mechanische eigenschappen blijven goed behouden bij temperaturen tot enkele honderden graden. Zuiver titanium is geschikt voor alle soorten bewerkingen in warme en koude omstandigheden: het kan worden gesmeed als ijzer, getrokken en zelfs verwerkt tot draad, gerold tot platen, strips en folie tot een dikte van 0,01 mm.

In tegenstelling tot de meeste metalen heeft titanium een ​​aanzienlijke elektrische weerstand: als de elektrische geleidbaarheid van zilver 100 bedraagt, dan is de elektrische geleidbaarheid van koper 94, aluminium - 60, ijzer en platina -15, en titanium - slechts 3,8. Titanium is een paramagnetisch metaal; het wordt niet gemagnetiseerd zoals ijzer in een magnetisch veld, maar wordt er niet zoals koper uit geduwd. De magnetische gevoeligheid is erg zwak, deze eigenschap kan in de bouw worden gebruikt. Titanium heeft een relatief lage thermische geleidbaarheid, slechts 22,07 W/(mK), wat ongeveer drie keer lager is dan de thermische geleidbaarheid van ijzer, zeven keer lager dan die van magnesium, en 17-20 keer lager dan die van aluminium en koper. Dienovereenkomstig is de lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt van titanium lager dan die van andere structurele materialen: bij 20 C is deze 1,5 keer lager dan die van ijzer, 2 keer lager dan die van koper en bijna 3 keer lager dan die van aluminium. Titanium is dus een slechte geleider van elektriciteit en warmte.

Tegenwoordig worden titaniumlegeringen veel gebruikt in de luchtvaarttechnologie. Titaniumlegeringen werden voor het eerst op industriële schaal gebruikt in straalmotorconstructies van vliegtuigen. Het gebruik van titanium bij het ontwerp van straalmotoren maakt het mogelijk om hun gewicht met 10...25% te verminderen. Met name compressorschijven en -bladen, luchtinlaatonderdelen, leischoepen en bevestigingsmiddelen zijn gemaakt van titaniumlegeringen. Titaniumlegeringen zijn onmisbaar voor supersonische vliegtuigen. De toename van de vliegsnelheden van vliegtuigen heeft geleid tot een verhoging van de temperatuur van de huid, waardoor aluminiumlegeringen niet meer voldoen aan de eisen die vliegtuigen bij supersonische snelheden stellen. De manteltemperatuur bereikt in dit geval 246...316 °C. Onder deze omstandigheden bleken titaniumlegeringen het meest acceptabele materiaal. In de jaren zeventig nam het gebruik van titaniumlegeringen voor casco's van burgerluchtvaartuigen aanzienlijk toe. In het TU-204-vliegtuig voor de middellange afstand is de totale massa van onderdelen gemaakt van titaniumlegeringen 2570 kg. Het gebruik van titanium in helikopters breidt zich geleidelijk uit, vooral voor delen van het rotorsysteem, de aandrijving en de besturingssystemen. Belangrijke plek Titaniumlegeringen worden gebruikt in raketten.

Vanwege hun hoge corrosieweerstand in zeewater worden titanium en zijn legeringen in de scheepsbouw gebruikt voor de vervaardiging van propellers, beplating zeeschepen, onderzeeërs, torpedo's, enz. De schelpen blijven niet plakken aan titanium en zijn legeringen, waardoor de weerstand van het schip tijdens het bewegen aanzienlijk toeneemt. Geleidelijk aan breiden de toepassingsgebieden van titanium zich uit. Titanium en zijn legeringen worden gebruikt in de chemische, petrochemische, pulp- en papierindustrie Voedselindustrie, non-ferrometallurgie, energietechniek, elektronica, kerntechniek, galvaniseren, bij de productie van wapens, voor de vervaardiging van pantserplaten, chirurgisch instrument, chirurgische implantaten, ontziltingsinstallaties, raceauto-onderdelen, sportuitrusting (golfclubs, bergbeklimuitrusting), horlogeonderdelen en zelfs sieraden. Het nitreren van titanium leidt tot de vorming van een gouden film op het oppervlak, die qua schoonheid niet onderdoet voor echt goud.

De ontdekking van TiO2 werd vrijwel gelijktijdig en onafhankelijk van elkaar gedaan door de Engelsman W. Gregor en de Duitse chemicus M.G. Klaproth. W. Gregor, die de samenstelling van magnetisch ijzerhoudend zand bestudeerde (Creed, Cornwall, Engeland, 1791), isoleerde een nieuwe ‘aarde’ (oxide) van een onbekend metaal, dat hij menaken noemde. In 1795 ontdekte de Duitse chemicus Klaproth rutiel in het mineraal nieuw onderdeel en noemde hem titanium. Twee jaar later stelde Klaproth vast dat rutiel en dreigende aarde oxiden zijn van hetzelfde element, wat aanleiding gaf tot de door Klaproth voorgestelde naam ‘titanium’. Tien jaar later werd titanium voor de derde keer ontdekt. De Franse wetenschapper L. Vauquelin ontdekte titanium in anataas en bewees dat rutiel en anataas identieke titaniumoxides zijn.

Het eerste monster titaniummetaal werd in 1825 verkregen door J. Ya. Berzelius. Vanwege de hoge chemische activiteit van titanium en de moeilijkheid van de zuivering ervan, werd in 1925 door de Nederlanders A. van Arkel en I. de Boer een zuiver monster van Ti verkregen door thermische ontleding van titaniumjodidedamp TiI4.

Titanium staat op de 10e plaats wat betreft prevalentie in de natuur. Het gehalte in de aardkorst bedraagt ​​0,57 gewichtsprocent, in zeewater 0,001 mg/l. In ultrabasische gesteenten 300 g/ton, in basische gesteenten - 9 kg/ton, in zure gesteenten 2,3 kg/ton, in klei en schalie 4,5 kg/ton. In de aardkorst is titanium bijna altijd vierwaardig en alleen aanwezig in zuurstofverbindingen. Niet gevonden in vrije vorm. Onder omstandigheden van verwering en neerslag heeft titanium een ​​geochemische affiniteit met Al2O3. Het is geconcentreerd in bauxiet van de verweringskorst en in mariene kleiachtige sedimenten. Titanium wordt overgedragen in de vorm van mechanische fragmenten van mineralen en in de vorm van colloïden. In sommige kleisoorten hoopt zich tot 30 gewichtsprocent TiO2 op. Titaniummineralen zijn bestand tegen weersinvloeden en vormen grote concentraties in placers. Er zijn meer dan 100 mineralen bekend die titanium bevatten. De belangrijkste zijn: rutiel TiO2, ilmeniet FeTiO3, titanomagnetiet FeTiO3 + Fe3O4, perovskiet CaTiO3, titaniet CaTiSiO5. Er zijn primaire titaniumertsen - ilmeniet-titanomagnetiet en placer-ertsen - rutiel-ilmeniet-zirkoon.

Belangrijkste ertsen: ilmeniet (FeTiO3), rutiel (TiO2), titaniet (CaTiSiO5).

Vanaf 2002 werd 90% van het gewonnen titanium gebruikt om titaniumdioxide TiO2 te produceren. De wereldproductie van titaniumdioxide bedroeg 4,5 miljoen ton per jaar. De bevestigde reserves aan titaandioxide (exclusief Rusland) bedragen ongeveer 800 miljoen ton. Volgens de US Geological Survey bedragen de reserves aan titaandioxide en exclusief Rusland sinds 2006 603-673 miljoen ton, en rutielertsen. - 49,7-52,7 miljoen ton. Bij het huidige productietempo zullen de bewezen reserves aan titanium in de wereld (exclusief Rusland) dus ruim 150 jaar meegaan.

Rusland heeft, na China, de grootste titaniumreserves ter wereld. De minerale hulpbronnen van titanium in Rusland bestaan ​​uit 20 afzettingen (waarvan 11 primaire en 9 alluviale), redelijk gelijkmatig verdeeld over het land. De grootste van de onderzochte afzettingen (Yaregskoye) ligt op 25 km van de stad Ukhta (Republiek Komi). De reserves van de afzetting worden geschat op 2 miljard ton erts met een gemiddeld titaandioxidegehalte van ongeveer 10%.

De grootste titaniumproducent ter wereld is het Russische bedrijf VSMPO-AVISMA.

Het uitgangsmateriaal voor de productie van titanium en zijn verbindingen is in de regel titaniumdioxide met een relatief kleine hoeveelheid onzuiverheden. In het bijzonder kan het een rutielconcentraat zijn dat wordt verkregen door de verrijking van titaniumertsen. De reserves aan rutiel in de wereld zijn echter zeer beperkt en de zogenaamde synthetische rutiel- of titaniumslakken, verkregen door de verwerking van ilmenietconcentraten, worden vaker gebruikt. Om titaniumslakken te verkrijgen, wordt ilmenietconcentraat gereduceerd in een vlamboogoven, terwijl ijzer wordt gescheiden in de metaalfase (gietijzer) en niet-gereduceerde titaniumoxiden en onzuiverheden de slakfase vormen. Rijke slak wordt verwerkt met behulp van de chloride- of zwavelzuurmethode.

In pure vorm en in de vorm van legeringen

Titaniummonument voor Gagarin op Leninsky Prospekt in Moskou

Het metaal wordt gebruikt in: de chemische industrie (reactoren, pijpleidingen, pompen, pijpleidingfittingen), de militaire industrie (kogelvrije vesten, luchtvaartpantsers en brandbarrières, onderzeese rompen), industriële processen (ontziltingsinstallaties, pulp- en papierprocessen), de automobielindustrie, landbouwindustrie, voedingsindustrie, piercingsieraden, medische industrie (prothesen, osteoprothesen), tandheelkundige en endodontische instrumenten, tandheelkundige implantaten, sportartikelen, sieraden (Alexander Khomov), mobiele telefoons, lichte legeringen, enz. Het is het belangrijkste structurele materiaal in luchtvaart, raketten, scheepsbouw.

Titaniumgieten wordt uitgevoerd in vacuümovens in grafietvormen. Vacuüm verloren wasgieten wordt ook gebruikt. Vanwege technologische problemen wordt het in beperkte mate gebruikt bij artistiek gieten. Het eerste monumentale beeldhouwwerk van gegoten titanium ter wereld is het monument voor Yuri Gagarin op het naar hem vernoemde plein in Moskou.

Titanium is een legeringsadditief in veel gelegeerde staalsoorten en de meeste speciale legeringen.

Nitinol (nikkel-titanium) is een legering met vormgeheugen die wordt gebruikt in de geneeskunde en technologie.

Titaanaluminiden zijn zeer goed bestand tegen oxidatie en hittebestendig, wat op zijn beurt hun gebruik in de luchtvaart- en automobielindustrie als constructiemateriaal bepaalde.

Titanium is een van de meest voorkomende gasvangermaterialen die in hoogvacuümpompen worden gebruikt.

Wit titaandioxide (TiO2) wordt gebruikt in verven (zoals titaanwit) en bij de productie van papier en kunststoffen. Voedseladditief E171.

Organotitaanverbindingen (bijvoorbeeld tetrabutoxytitaan) worden gebruikt als katalysator en verharder in de chemische en verf- en lakindustrie.

Anorganische titaniumverbindingen worden in de chemische elektronica en glasvezelindustrie gebruikt als additieven of coatings.

Titaancarbide, titaniumdiboride en titaniumcarbonitride zijn belangrijke componenten van superharde materialen voor metaalverwerking.

Titaannitride wordt gebruikt voor het coaten van instrumenten, kerkkoepels en bij de productie van kostuumjuwelen, omdat... heeft een kleur die lijkt op goud.

Bariumtitanaat BaTiO3, loodtitanaat PbTiO3 en een aantal andere titanaten zijn ferro-elektrische materialen.

Er zijn veel titaniumlegeringen met verschillende metalen. Legeringselementen worden, afhankelijk van hun effect op de temperatuur van de polymorfe transformatie, in drie groepen verdeeld: bètastabilisatoren, alfastabilisatoren en neutrale versterkers. De eerste verlagen de transformatietemperatuur, de tweede verhogen deze, de derde heeft er geen invloed op, maar leidt tot oplossingsversterking van de matrix. Voorbeelden van alfastabilisatoren: aluminium, zuurstof, koolstof, stikstof. Bètastabilisatoren: molybdeen, vanadium, ijzer, chroom, nikkel. Neutrale verharders: zirkonium, tin, silicium. Bètastabilisatoren zijn op hun beurt onderverdeeld in bèta-isomorfe en bèta-eutectoïdevormende. De meest voorkomende titaniumlegering is de Ti-6Al-4V-legering (in de Russische classificatie - VT6).

60% - verf;

20% - kunststof;

13% - papier;

7% - werktuigbouwkunde.

$ 15-25 per kilogram, afhankelijk van de zuiverheid.

De zuiverheid en kwaliteit van ruw titanium (titaniumspons) wordt meestal bepaald door de hardheid ervan, die afhangt van het onzuiverheidsgehalte. De meest voorkomende merken zijn TG100 en TG110.

De prijs van ferrotitanium (minimaal 70% titanium) bedraagt ​​vanaf 22 december 2010 $ 6,82 per kilogram. Vanaf 1 januari 2010 bedroeg de prijs $ 5,00 per kilogram.

In Rusland bedroegen de prijzen voor titanium begin 2012 1200-1500 roebel/kg.

Voordelen:

lage dichtheid (4500 kg/m3) helpt de massa van het gebruikte materiaal te verminderen;

hoge mechanische sterkte. Het is vermeldenswaard dat titaniumlegeringen bij verhoogde temperaturen (250-500 °C) qua sterkte superieur zijn aan aluminium- en magnesiumlegeringen met een hoge sterkte;

ongewoon hoge corrosieweerstand vanwege het vermogen van titanium om dunne (5-15 micron) continue films van TiO2-oxide op het oppervlak te vormen, stevig gebonden aan de massa van het metaal;

de specifieke sterkte (de verhouding tussen sterkte en dichtheid) van de beste titaniumlegeringen bereikt 30-35 of meer, wat bijna tweemaal de specifieke sterkte is van gelegeerd staal.

Gebreken:

hoge productiekosten, titanium is veel duurder dan ijzer, aluminium, koper, magnesium;

actieve interactie bij hoge temperaturen, vooral in vloeibare toestand, met alle gassen waaruit de atmosfeer bestaat, waardoor titanium en zijn legeringen alleen kunnen worden gesmolten in een vacuüm of in een omgeving van inerte gassen;

moeilijkheden bij het betrekken van titaniumafval bij de productie;

slechte antiwrijvingseigenschappen als gevolg van de hechting van titanium aan veel materialen; titanium gecombineerd met titanium kan niet werken voor wrijving;

hoge gevoeligheid van titanium en veel van zijn legeringen voor waterstofverbrossing en zoutcorrosie;

slechte bewerkbaarheid, vergelijkbaar met de bewerkbaarheid van austenitisch roestvast staal;

hoge chemische activiteit, neiging tot korrelgroei bij hoge temperaturen en fasetransformaties tijdens de lascyclus veroorzaken problemen bij het lassen van titanium.

Het grootste deel van het titanium wordt besteed aan de behoeften van de luchtvaart raket technologie en en scheepsbouw. Titanium (ferrotitanium) wordt gebruikt als legeringsadditief voor hoogwaardige staalsoorten en als desoxidatiemiddel. Technisch titanium wordt gebruikt voor de vervaardiging van containers, chemische reactoren, pijpleidingen, fittingen, pompen, kleppen en andere producten die in agressieve omgevingen werken. Compact titanium wordt gebruikt om gazen en andere onderdelen van elektrische vacuümapparaten te maken die bij hoge temperaturen werken.

Wat betreft gebruik als constructiemateriaal staat titanium op de 4e plaats, na Al, Fe en Mg. Titaanaluminiden zijn zeer goed bestand tegen oxidatie en hittebestendig, wat op zijn beurt hun gebruik in de luchtvaart- en automobielindustrie als constructiemateriaal bepaalde. De biologische veiligheid van titanium maakt het een uitstekend materiaal voor de voedingsindustrie en reconstructieve chirurgie.

Titanium en zijn legeringen hebben een brede toepassing in de technologie gevonden vanwege hun hoge mechanische sterkte, die behouden blijft bij hoge temperaturen, corrosieweerstand, hittebestendigheid, specifieke sterkte, lage dichtheid en andere nuttige eigenschappen. De hoge kosten van titanium en zijn legeringen worden in veel gevallen gecompenseerd door hun betere prestaties, en in sommige gevallen zijn ze het enige materiaal waaruit apparatuur of structuren kunnen worden gemaakt die onder gegeven specifieke omstandigheden kunnen werken.

Titaniumlegeringen spelen een belangrijke rol in de luchtvaarttechnologie, waarbij wordt gestreefd naar de lichtste structuur gecombineerd met de nodige sterkte. Titanium is licht van gewicht in vergelijking met andere metalen, maar kan tegelijkertijd bij hoge temperaturen werken. Titaniumlegeringen worden gebruikt om de behuizing, bevestigingsonderdelen, powerkit, chassisonderdelen en verschillende eenheden te maken. Deze materialen worden ook gebruikt bij de constructie van straalmotoren van vliegtuigen. Hiermee kunt u hun gewicht met 10-25% verminderen. Titaniumlegeringen worden gebruikt voor de productie van compressorschijven en -bladen, luchtinlaat- en leischoepenonderdelen en bevestigingsmiddelen.

Titanium en zijn legeringen worden ook gebruikt in de raketwetenschap. Dankzij de kortetermijnwerking van motoren en de snelle passage van dichte lagen van de atmosfeer in de raketwetenschap worden de problemen van vermoeiingssterkte, statisch uithoudingsvermogen en gedeeltelijke kruip voor een groot deel geëlimineerd.

Door zijn onvoldoende hoge thermische sterkte is technisch titanium niet geschikt voor gebruik in de luchtvaart, maar door zijn uitzonderlijk hoge corrosieweerstand is het in sommige gevallen onmisbaar in de chemische industrie en de scheepsbouw. Zo wordt het gebruikt bij de vervaardiging van compressoren en pompen voor het verpompen van agressieve media zoals zwavelzuur en zoutzuur en hun zouten, pijpleidingen, afsluiters, autoclaaf, verschillende soorten containers, filters, enz. Alleen titanium heeft corrosieweerstand in omgevingen zoals nat chloor, waterige en zure oplossingen van chloor, daarom wordt apparatuur voor de chloorindustrie van dit metaal gemaakt. Warmtewisselaars zijn gemaakt van titanium en werken in corrosieve omgevingen, bijvoorbeeld salpeterzuur (niet-roken). In de scheepsbouw wordt titanium gebruikt voor de vervaardiging van propellers, beplating van schepen, onderzeeërs, torpedo's, enz. De schelpen blijven niet plakken aan titanium en zijn legeringen, waardoor de weerstand van het schip tijdens het bewegen aanzienlijk toeneemt.

Titaniumlegeringen zijn veelbelovend voor gebruik in veel andere toepassingen, maar de verspreiding ervan in de technologie wordt belemmerd door de hoge kosten en schaarste aan titanium.

Er zijn ook titaniumverbindingen verkregen brede toepassing in diverse industrieën. Titaniumcarbide heeft een hoge hardheid en wordt gebruikt bij de productie van snijgereedschappen en schuurmiddelen. Wit titaandioxide (TiO2) wordt gebruikt in verven (zoals titaanwit) en bij de productie van papier en kunststoffen. Organotitaanverbindingen (bijvoorbeeld tetrabutoxytitaan) worden gebruikt als katalysator en verharder in de chemische en verf- en lakindustrie. Anorganische titaniumverbindingen worden in de chemische elektronica en glasvezelindustrie als additieven gebruikt. Titaandiboride is een belangrijk onderdeel van superharde materialen voor metaalverwerking. Titaniumnitride wordt gebruikt om instrumenten te coaten.

Gezien de huidige hoge prijzen voor titanium wordt het voornamelijk gebruikt voor de productie van militair materieel, waarbij de hoofdrol niet wordt gespeeld door de kosten, maar door technische specificaties. Niettemin zijn er gevallen bekend waarin de unieke eigenschappen van titanium voor civiele doeleinden worden gebruikt. Naarmate de prijzen van titanium dalen en de productie ervan toeneemt, zal het gebruik van dit metaal voor militaire en civiele doeleinden steeds verder toenemen.

Luchtvaart. Het lage soortelijk gewicht en de hoge sterkte (vooral bij verhoogde temperaturen) van titanium en zijn legeringen maken ze tot zeer waardevolle luchtvaartmaterialen. Op het gebied van de vliegtuigbouw en de productie van vliegtuigmotoren vervangt titanium steeds meer aluminium en roestvrij staal. Naarmate de temperatuur stijgt, verliest aluminium snel zijn sterkte. Aan de andere kant heeft titanium een ​​duidelijk voordeel in termen van sterkte bij temperaturen tot 430°C, en verhoogde temperaturen van deze orde treden op bij hoge snelheden als gevolg van aerodynamische verwarming. Het voordeel van het vervangen van staal door titanium in de luchtvaart is de gewichtsvermindering zonder verlies aan sterkte. De algehele gewichtsvermindering met betere prestaties bij hogere temperaturen zorgt voor een groter laadvermogen, bereik en manoeuvreerbaarheid van vliegtuigen. Dit verklaart de inspanningen om het gebruik van titanium in de vliegtuigbouw uit te breiden bij de productie van motoren, rompconstructie, huidproductie en zelfs bevestigingsmiddelen.

Bij de constructie van straalmotoren wordt titanium voornamelijk gebruikt voor de vervaardiging van compressorbladen, turbineschijven en vele andere gestempelde onderdelen. Hier vervangt titanium roestvrij en warmtebehandelbaar gelegeerd staal. Door één kilogram motorgewicht te besparen, kan dankzij de lichtere romp tot 10 kg worden bespaard op het totale gewicht van het vliegtuig. In de toekomst is het de bedoeling om titaniumplaten te gebruiken voor de vervaardiging van behuizingen van verbrandingskamers van motoren.

Bij het ontwerpen van vliegtuigen wordt titanium veel gebruikt voor romponderdelen die bij hoge temperaturen werken. Plaattitanium wordt gebruikt voor de vervaardiging van allerlei soorten behuizingen, beschermende omhulsels voor kabels en geleiders voor projectielen. Verschillende verstijvingen, rompframes, ribben, enz. zijn gemaakt van platen gelegeerd titanium.

Behuizingen, kleppen, kabelbeschermers en projectielgeleiders zijn gemaakt van ongelegeerd titanium. Gelegeerd titanium wordt gebruikt voor de vervaardiging van rompframes, frames, pijpleidingen en brandscheidingen.

Titanium wordt steeds vaker gebruikt bij de constructie van de F-86- en F-100-vliegtuigen. In de toekomst zal titanium worden gebruikt voor het maken van landingsgesteldeuren, pijpleidingen voor hydraulische systemen, uitlaatpijpen en mondstukken, rondhouten, kleppen, vouwsteunen, enz.

Titanium kan worden gebruikt om pantserplaten, propellerbladen en granaatdozen te maken.

Momenteel wordt titanium gebruikt bij de constructie van militaire vliegtuigen: de Douglas X-3 voor skin, de Republic F-84F, de Curtiss-Wright J-65 en de Boeing B-52.

Titanium wordt ook gebruikt bij de constructie van DC-7 burgervliegtuigen. Het bedrijf Douglas heeft, door aluminiumlegeringen en roestvrij staal te vervangen door titanium bij de vervaardiging van de motorgondel en brandschotten, al een besparing op het gewicht van de vliegtuigconstructie gerealiseerd van ongeveer 90 kg. Momenteel bedraagt ​​het gewicht van titaniumonderdelen in dit vliegtuig 2%, en het is de bedoeling dat dit cijfer wordt verhoogd tot 20% van het totale gewicht van het vliegtuig.

Het gebruik van titanium maakt het mogelijk om het gewicht van helikopters te verminderen. Titaniumplaten worden gebruikt voor vloeren en deuren. Een aanzienlijke vermindering van het gewicht van de helikopter (ongeveer 30 kg) werd bereikt door het vervangen van gelegeerd staal door titanium voor het bedekken van de rotorbladen.

Marine. De corrosieweerstand van titanium en zijn legeringen maakt ze tot een zeer waardevol materiaal op zee. Het Amerikaanse ministerie van Marine doet uitgebreid onderzoek naar de corrosieweerstand van titanium tegen blootstelling aan rookgassen, stoom, olie en zeewater. Bijna hetzelfde belang is ook in maritieme aangelegenheden hoge waarde specifieke sterkte van titanium.

Het lage soortelijk gewicht van het metaal, gecombineerd met corrosieweerstand, vergroot de manoeuvreerbaarheid en het bereik van schepen, en verlaagt ook de kosten voor onderhoud en reparatie van het materiaal.

Maritieme toepassingen van titanium omvatten uitlaatdempers voor onderzeese dieselmotoren, instrumentenschijven en dunwandige buizen voor condensors en warmtewisselaars. Volgens deskundigen kan titanium, als geen ander metaal, de levensduur van uitlaatdempers op onderzeeërs verlengen. Wanneer het wordt toegepast op schijven van meetinstrumenten die in contact komen met zout water, benzine of olie, zorgt titanium voor een betere duurzaamheid. Er wordt onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om titanium te gebruiken voor de vervaardiging van warmtewisselaarpijpen, die bestand moeten zijn tegen corrosie in het zeewater dat de pijpen aan de buitenkant wast, en tegelijkertijd bestand moeten zijn tegen de effecten van uitlaatcondensaat dat erin stroomt. Er wordt nagedacht over de mogelijkheid om antennes en onderdelen van radarinstallaties uit titanium te vervaardigen, die bestand moeten zijn tegen de invloed van rookgassen en zeewater. Titanium kan ook worden gebruikt voor de productie van onderdelen zoals kleppen, propellers, turbineonderdelen enz.

Artillerie. Blijkbaar is de grootste potentiële consument van titanium wellicht artillerie, waar momenteel intensief onderzoek wordt gedaan naar verschillende prototypes. Op dit gebied is de productie van alleen individuele onderdelen en onderdelen van titanium echter gestandaardiseerd. Het zeer beperkte gebruik van titanium in artillerie, ondanks de grote reikwijdte van het onderzoek, wordt verklaard door de hoge kosten ervan.

Verschillende onderdelen van artillerie-uitrusting werden onderzocht vanuit het oogpunt van de mogelijkheid dat titanium conventionele materialen vervangt, onder voorbehoud van een daling van de titaniumprijzen. De nadruk lag vooral op onderdelen waar de gewichtsbesparing aanzienlijk is (hand- en luchttransportonderdelen).

Mortelbasisplaat van titanium in plaats van staal. Door deze vervanging en na enige nabewerking was het mogelijk om in plaats van een stalen plaat uit twee helften met een totaalgewicht van 22 kg, één onderdeel te creëren met een gewicht van 11 kg. Dankzij deze vervanging kunt u het aantal verminderen servicepersoneel van drie personen naar twee. De mogelijkheid om titanium te gebruiken voor de vervaardiging van vlamdovers voor vuurwapens wordt overwogen.

Geweersteunen, dwarsbalken van de wagen en terugslagcilinders van titanium worden getest. Titanium kan op grote schaal worden gebruikt bij de productie van geleide raketten en raketten.

De eerste onderzoeken naar titanium en zijn legeringen toonden de mogelijkheid aan om er pantserplaten van te vervaardigen. Het vervangen van stalen pantsers (12,7 mm dik) door titanium pantsers met dezelfde projectielweerstand (16 mm dik) maakt volgens deze onderzoeken een gewichtsbesparing tot 25% mogelijk.

Titaniumlegeringen van verbeterde kwaliteit laten ons hopen op de mogelijkheid om stalen platen te vervangen door titaniumplaten van gelijke dikte, wat resulteert in een gewichtsbesparing tot 44%. Het industriële gebruik van titanium zal zorgen voor een grotere manoeuvreerbaarheid, het transportbereik en de duurzaamheid van het wapen vergroten. Het huidige ontwikkelingsniveau van het luchtvervoer maakt de voordelen duidelijk van lichte gepantserde auto's en andere voertuigen gemaakt van titanium. De artillerieafdeling is van plan de infanterie in de toekomst uit te rusten met helmen, bajonetten, granaatwerpers en handvlammenwerpers van titanium. Titaniumlegering werd voor het eerst gebruikt in artillerie om de zuiger van sommige automatische kanonnen te maken.

Vervoer. Veel van de voordelen van het gebruik van titanium in gepantserde voertuigen zijn ook van toepassing op voertuigen.

Het vervangen van structurele materialen die momenteel door transporttechnische bedrijven worden gebruikt door titanium zou moeten leiden tot een vermindering van het brandstofverbruik, een toename van het laadvermogen, een toename van de vermoeidheidslimiet van delen van krukmechanismen, enz. spoorwegen Het is uiterst belangrijk om het eigen gewicht te verminderen. Een aanzienlijke vermindering van het totale gewicht van het rollend materieel als gevolg van het gebruik van titanium zal een besparing op tractie mogelijk maken, waardoor de afmetingen van astappen en aspotten worden verkleind.

Gewicht is ook belangrijk voor getrokken voertuigen. Hier zou het vervangen van staal door titanium bij de productie van assen en wielen ook het laadvermogen vergroten.

Al deze mogelijkheden zouden kunnen worden gerealiseerd door de prijs van titanium te verlagen van 15 naar 2-3 dollar per pond titanium halffabrikaten.

Chemische industrie. Bij de productie van apparatuur voor de chemische industrie is de corrosiebestendigheid van het metaal van het grootste belang. Het is ook belangrijk om het gewicht te verminderen en de sterkte van de apparatuur te vergroten. Logischerwijs moet worden aangenomen dat titanium een ​​aantal voordelen zou kunnen bieden bij de productie van apparatuur voor het transport van zuren, alkaliën en anorganische zouten. Er ontstaan ​​aanvullende mogelijkheden voor het gebruik van titanium bij de productie van apparatuur zoals tanks, kolommen, filters en allerlei hogedrukcilinders.

Het gebruik van titaniumpijpleidingen kan de coëfficiënt verhogen nuttige actie verwarmingsspiralen in laboratoriumautoclaven en warmtewisselaars. De toepasbaarheid van titanium voor de productie van cilinders waarin gassen en vloeistoffen langdurig onder druk worden opgeslagen, blijkt uit het gebruik van een zwaardere glazen buis voor microanalyse van verbrandingsproducten (weergegeven in het bovenste deel van de afbeelding). Vanwege de dunne wanddikte en het lage soortelijk gewicht kan deze buis op gevoeligere, kleinere analytische balansen worden gewogen. Hier verbetert de combinatie van lichtheid en corrosieweerstand de nauwkeurigheid van chemische analyse.

Andere applicaties. Het gebruik van titanium is aan te raden in de voedingsmiddelen-, olie- en elektrische industrie, maar ook voor de vervaardiging van chirurgische instrumenten en in de chirurgie zelf.

Tafels voor voedselbereiding en stoomtafels van titanium zijn qua kwaliteit superieur aan staalproducten.

In de olie- en gasboorvelden is de strijd tegen corrosie van groot belang, dus het gebruik van titanium zal het mogelijk maken om corroderende stangen van apparatuur minder vaak te vervangen. Bij de katalytische productie en voor de vervaardiging van oliepijpleidingen is het wenselijk om titanium te gebruiken, dat mechanische eigenschappen behoudt bij hoge temperaturen en een goede corrosieweerstand heeft.

In de elektrische industrie kan titanium worden gebruikt voor het bewapenen van kabels vanwege de goede specifieke sterkte, hoge elektrische weerstand en niet-magnetische eigenschappen.

Verschillende industrieën beginnen bevestigingsmiddelen in een of andere vorm van titanium te gebruiken. Verdere uitbreiding van het gebruik van titanium is mogelijk voor de vervaardiging van chirurgische instrumenten, voornamelijk vanwege de corrosieweerstand. Titaniuminstrumenten zijn in dit opzicht superieur aan conventionele chirurgische instrumenten wanneer ze herhaaldelijk worden gekookt of geautoclaveerd.

Op het gebied van de chirurgie heeft titanium bewezen superieur te zijn aan vitalium en roestvrij staal. De aanwezigheid van titanium in het lichaam is zeer acceptabel. De titaniumplaat en de schroeven waarmee de botten waren bevestigd, zaten enkele maanden in het lichaam van het dier, en het bot groeide in de schroefdraad van de schroefdraad en in het gat van de plaat.

Het voordeel van titanium is ook dat zich spierweefsel op de plaat vormt.

Ongeveer de helft van de in de wereld geproduceerde titaniumproducten wordt gewoonlijk naar de burgerluchtvaartindustrie gestuurd, maar de achteruitgang ervan na de beroemde tragische gebeurtenissen dwingt veel deelnemers uit de industrie om naar nieuwe toepassingsgebieden van titanium te zoeken. Dit materiaal vertegenwoordigt het eerste deel van een selectie van publicaties in de buitenlandse metallurgische pers gewijd aan de vooruitzichten van titanium in moderne omstandigheden. Volgens schattingen van een van de leidende Amerikaanse titaniumfabrikanten RT1 is het lucht- en ruimtevaartsegment verantwoordelijk voor maximaal 40 consumptie-, industriële toepassingen en toepassingen zijn goed voor 34, en het militaire gebied is goed voor 16, en ongeveer 10 zijn te wijten aan het gebruik van titanium in consumentenproducten. Industriële toepassingen van titanium omvatten chemische processen, energie, olie en gas, en ontziltingsinstallaties. Militaire niet-luchtvaarttoepassingen omvatten voornamelijk gebruik in artillerie en gevechtsvoertuigen. Sectoren met aanzienlijke hoeveelheden titaniumgebruik zijn de automobielsector, architectuur en constructie, sportartikelen en sieraden. Bijna alle titaniumstaven worden geproduceerd in de VS, Japan en het GOS; Europa is goed voor slechts 3,6 van het mondiale volume. De regionale markten voor eindgebruik van titanium lopen sterk uiteen een lichtend voorbeeld Japan is uniek, waar de civiele lucht- en ruimtevaartsector slechts 2 tot 3 procent van het totale titaniumverbruik in apparatuur en structurele elementen van chemische fabrieken voor zijn rekening neemt. Ongeveer 20% van de totale vraag in Japan komt uit kernenergie en elektriciteitscentrales op vaste brandstoffen, de rest komt uit architectuur, geneeskunde en sport. Het tegenovergestelde beeld wordt waargenomen in de VS en Europa, waar de consumptie in de lucht- en ruimtevaartsector uiterst belangrijk is: respectievelijk 60-75 en 50-60 voor elke regio. In de VS zijn traditioneel sterke eindmarkten chemicaliën, medische apparatuur en industriële apparatuur, terwijl in Europa de olie- en gas- en bouwsector het grootste aandeel voor hun rekening nemen. De sterke afhankelijkheid van de lucht- en ruimtevaartindustrie is al lang een zorg voor de titaniumindustrie, die de toepassingen van titanium probeert uit te breiden, vooral gezien de huidige neergang in de burgerluchtvaart wereldwijd. Volgens de US Geological Survey was er in het eerste kwartaal van 2003 een aanzienlijke daling in de import van titaniumspons - slechts 1319 ton, wat 62 minder is dan 3431 ton voor dezelfde periode in 2002. Volgens John Barber, directeur marktontwikkeling van de gigantische Amerikaanse titaniumfabrikant en -leverancier Tipe, zal de lucht- en ruimtevaartsector altijd een van de leidende markten voor titanium blijven, maar moeten we de uitdaging aangaan en ervoor zorgen dat onze industrie geen cycli van groei en achteruitgang in de lucht- en ruimtevaartsector. Sommige toonaangevende fabrikanten van de titaniumindustrie zien groeiende kansen in bestaande markten, waarvan er één de markt voor onderzeese apparatuur en materialen is. Volgens Martin Proko, verkoop- en distributiemanager voor RT1, wordt titanium al geruime tijd gebruikt in de energie- en onderzeese industrie, sinds het begin van de jaren tachtig, maar pas in de afgelopen vijf jaar hebben deze gebieden zich gestaag ontwikkeld met een overeenkomstige groei. in de marktniche. In de onderwaterwereld wordt de groei vooral gedreven door het boren op grotere diepte, waar titanium het meest geschikte materiaal is. Het is, om zo te zeggen, onder water levenscyclus vijftig jaar, wat de normale duur is van onderzeese projecten. De gebieden waarop het gebruik van titanium waarschijnlijk zal toenemen, zijn hierboven al vermeld. Zoals Bob Funnell, verkoopmanager van het Amerikaanse bedrijf Howmet Ti-Cast, opmerkt: Huidige toestand De markt kan worden gezien als groeiende kansen op nieuwe gebieden, zoals roterende onderdelen voor turbocompressoren, raketten en pompen van vrachtwagens.

Een van onze huidige projecten is de ontwikkeling van BAE Novitzer XM777 lichte artilleriesystemen met een kaliber van 155 mm. Howmet zal 17 van de 28 structurele titanium gietstukken leveren voor elke kanonsteun, waarvan de levering naar verwachting in augustus 2004 aan USMC-eenheden zal beginnen. Met een totaal geweergewicht van 9.800 pond, ongeveer 4,44 ton, is titanium goed voor ongeveer 2.600 pond van ongeveer 1,18 ton titanium - met behulp van een 6A14U-legering met een groot aantal gietstukken, zegt Frank Hrster, BAE 8u81et8 vuursteunsystemenmanager. Dit XM777-systeem is bedoeld ter vervanging van het huidige M198 Hovitzer-systeem, dat ongeveer 17.000 pond (ongeveer 7,71 ton) weegt. De massaproductie is gepland voor de periode van 2006 tot 2010. In eerste instantie zijn leveringen gepland voor de VS, Groot-Brittannië en Italië, maar het programma kan worden uitgebreid naar de NAVO-lidstaten. John Barber van Timet wijst erop dat voorbeelden van militaire uitrusting die aanzienlijke hoeveelheden titanium gebruiken in hun ontwerp de Abrams-tank en het Bradley Fighting Vehicle zijn. Al twee jaar loopt er een gezamenlijk programma van de NAVO, de Verenigde Staten en Groot-Brittannië om het gebruik van titanium in wapens en verdedigingssystemen te intensiveren. Zoals meer dan eens is opgemerkt, is titanium zeer geschikt voor gebruik in de auto-industrie, maar het aandeel in deze richting is vrij bescheiden: ongeveer 1 van het totale volume aan geconsumeerd titanium, of 500 ton per jaar, volgens de Italiaanse autoriteiten. bedrijf Poggipolini, een fabrikant van titanium componenten en onderdelen voor Formule-1- en racemotoren. Het hoofd van de onderzoeks- en ontwikkelingsafdeling van dit bedrijf, Daniele Stoppolini, is van mening dat de huidige vraag naar titanium in dit marktsegment op het niveau van 500 ton ligt, met het massale gebruik van dit materiaal in de ontwerpen van kleppen, veren, uitlaatgassen systemen, transmissieassen, bouten, zouden potentieel kunnen stijgen tot bijna geen 16.000 ton per jaar. Hij voegde eraan toe dat zijn bedrijf zich nog maar net begint te ontwikkelen geautomatiseerde productie titanium bouten om de productiekosten te verlagen. Volgens hem zijn de beperkende factoren waardoor het gebruik van titanium in de auto-industrie niet significant is toegenomen de onvoorspelbaarheid van de vraag en de onzekerheid in het aanbod van grondstoffen. Tegelijkertijd blijft er een grote potentiële niche in de auto-industrie voor titanium, dat optimale gewichts- en sterkte-eigenschappen combineert voor schroefveren en uitlaatgasuitlaatsystemen. Helaas wordt het wijdverbreide gebruik van titanium in deze systemen op de Amerikaanse markt alleen gekenmerkt door het tamelijk exclusieve semi-sportmodel Chevrolet Corvette Z06, dat op geen enkele manier kan beweren een in massa geproduceerde auto te zijn. Vanwege de voortdurende uitdagingen op het gebied van brandstofverbruik en corrosiebestendigheid blijven de vooruitzichten voor titanium op dit gebied echter bestaan. Voor goedkeuring in de niet-luchtvaart- en niet-militaire markten werd onlangs een joint venture UNITI opgericht in zijn naam, een speling op het woord eenheid - eenheid en Ti - de aanduiding van titanium in het periodiek systeem als onderdeel van 's werelds toonaangevende titanium producenten - het Amerikaanse Allegheny Technologies en het Russische VSMPO-Avisma. Zoals de president van het nieuwe bedrijf, Karl Moulton, zei: deze markten zijn opzettelijk uitgesloten – dat zijn wij ook van plan nieuw bedrijf een toonaangevende leverancier voor industrieën die titaniumonderdelen en -assemblages gebruiken, voornamelijk de petrochemie en de energiesector. Daarnaast zijn we van plan om actief op de markt te komen op het gebied van ontziltingsapparatuur, voertuigen, consumentenproducten en elektronica. Ik ben van mening dat onze productiefaciliteiten elkaar goed aanvullen - VSMPO heeft uitstekende capaciteiten voor de productie van eindproducten, Allegheny heeft uitstekende tradities in de productie van koud en warm gewalste titaniumproducten. De producten van UNITI zullen naar verwachting een aandeel van de mondiale titaniummarkt hebben van 45 miljoen pond, ongeveer 20.411 ton. De markt voor medische apparatuur kan worden beschouwd als een zich gestaag ontwikkelende markt - volgens de Engelse Titanium International Group bedraagt ​​het jaarlijkse gehalte aan titanium over de hele wereld in verschillende implantaten en prothesen ongeveer 1000 ton, en dit cijfer zal toenemen naarmate de mogelijkheden van chirurgische vervanging menselijke gewrichten na ongelukken of ongelukken nemen toe Naast de voor de hand liggende voordelen van flexibiliteit, sterkte, lichtheid, titanium hoogste graad compatibel met het lichaam in biologische zin vanwege het gebrek aan corrosie van weefsels en vloeistoffen in het menselijk lichaam. In de tandheelkunde neemt het gebruik van kunstgebitten en implantaten ook sterk toe: volgens de American Dental Association is dit de afgelopen tien jaar verdrievoudigd, grotendeels als gevolg van de eigenschappen van titanium. Hoewel het gebruik van titanium in de architectuur al meer dan 25 jaar teruggaat, is het wijdverbreide gebruik op dit gebied pas de laatste jaren begonnen. De uitbreiding van de luchthaven van Abu Dhabi in de VAE, die naar verwachting in 2006 voltooid zal zijn, zal tot 1,5 miljoen pond van ongeveer 680 ton titanium verbruiken. Er zijn heel wat verschillende architectuur- en constructieprojecten waarbij titanium wordt gebruikt, gepland om niet alleen in de ontwikkelde landen van de VS, Canada, Groot-Brittannië, Duitsland, Zwitserland, België, Singapore, maar ook in Egypte en Peru te worden geïmplementeerd.

Het marktsegment voor consumptiegoederen is momenteel het snelst groeiende segment van de titaniummarkt. Terwijl dit segment tien jaar geleden slechts 1 tot 2 procent van de titaniummarkt voor zijn rekening nam, is het vandaag de dag uitgegroeid tot 8 tot 10 procent van de markt. Over het geheel genomen is de titaniumconsumptie in consumentenproducten ongeveer tweemaal zo snel gegroeid als de totale titaniummarkt. Het gebruik van titanium in de sport duurt het langst en is verantwoordelijk voor het grootste deel van de titaniumtoepassingen in consumentenproducten. De reden voor de populariteit van het gebruik van titanium in sportartikelen is simpel: het stelt je in staat een gewicht-sterkteverhouding te bereiken die superieur is aan die van enig ander metaal. Het gebruik van titanium in fietsen begon ongeveer 25-30 jaar geleden en was het eerste gebruik van titanium in sportartikelen. De primaire buizen die worden gebruikt zijn van een Ti3Al-2.5V ASTM-legering van klasse 9. Andere onderdelen gemaakt van titaniumlegeringen zijn onder meer remmen, tandwielen en stoelveren. Het gebruik van titanium bij de productie van golfclubs begon eind jaren 80 en begin jaren 90 door clubfabrikanten in Japan. Tot 1994-1995 was deze toepassing van titanium vrijwel onbekend in de Verenigde Staten en Europa. Dat veranderde toen Callaway zijn door Ruger Titanium gemaakte titanium putter introduceerde, de Great Big Bertha. Dankzij de voor de hand liggende voordelen en met behulp van Callaway's goed doordachte marketing werden titaniumclubs onmiddellijk enorm populair. In korte tijd zijn titanium clubs uitgegroeid van de exclusieve en dure uitrusting van een kleine groep golfers tot een algemeen gebruik door de meerderheid van de golfers, terwijl ze nog steeds duurder zijn dan stalen clubs. Ik zou de belangrijkste, naar mijn mening, trends in de ontwikkeling van de golfmarkt willen noemen; deze is in een korte periode van vier tot vijf jaar van hightech naar massaproductie gegaan en volgt daarbij het pad van andere bedrijfstakken met veel arbeidskrachten. kosten zoals de productie van kleding, speelgoed en consumentenelektronica; de productie van golfclubs is naar landen met de goedkoopste arbeidskrachten gegaan, eerst naar Taiwan en vervolgens naar China, en nu worden er fabrieken gebouwd in landen met nog goedkopere arbeidskrachten zoals Vietnam en China. Thailand titanium wordt zeker gebruikt voor chauffeurs, waar de superieure kwaliteiten een duidelijk voordeel opleveren en de hogere prijs rechtvaardigen. Titanium is echter nog niet op grote schaal toegepast bij volgende clubs, omdat de aanzienlijke stijging van de kosten niet gepaard ging met een overeenkomstige verbetering van het spel. Momenteel worden drivers voornamelijk vervaardigd met een gesmeed slagvlak, een gesmeed of gegoten bovenblad, en Onlangs heeft de Professional Golf Association ROA een verhoging van de bovengrens van de zogenaamde rendementscoëfficiënt toegestaan, in verband waarmee alle clubfabrikanten zullen proberen de veereigenschappen van het slagoppervlak te vergroten. Om dit te doen, is het noodzakelijk om de dikte van het botsoppervlak te verminderen en daarvoor sterkere legeringen te gebruiken, zoals SP700, 15-3-3-3 en VT-23. Laten we nu eens kijken naar het gebruik van titanium en zijn legeringen op andere sportartikelen. Leidingen voor racefietsen en andere onderdelen zijn gemaakt van ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V-legering. Bij de productie van duikmessen wordt verrassend veel titaniumplaat gebruikt. De meeste fabrikanten gebruiken een Ti6Al-4V-legering, maar deze legering biedt niet de randduurzaamheid van andere sterkere legeringen. Sommige fabrikanten schakelen over op het gebruik van VT23-legering.

De verkoopprijs van titanium duikmessen is ongeveer $70-$80. Gegoten titanium hoefijzers zorgen voor een aanzienlijke gewichtsvermindering in vergelijking met staal, terwijl ze toch de nodige sterkte bieden. Helaas kwam dit gebruik van titanium niet tot bloei omdat titanium hoefijzers paarden aanwakkerden en bang maakten. Weinigen zullen na de eerste mislukte ervaringen instemmen met het gebruik van titanium hoefijzers. Het bedrijf Titanium Beach, gevestigd in Newport Beach, Californië, Newport Beach, Californië, heeft skatebladen ontwikkeld die zijn gemaakt van een Ti6Al-4V-legering. Helaas is de duurzaamheid van de mesranden hier opnieuw een probleem. Ik denk dat dit product een kans van leven heeft als fabrikanten sterkere legeringen gebruiken zoals 15-3-3-3 of VT-23. Titanium wordt op grote schaal gebruikt in de bergsport en het toerisme, voor bijna alle spullen die klimmers en toeristen in hun rugzakken dragen: flessen, kopjes verkoopprijs$ 20- $ 30, kooksets zijn te koop voor ongeveer $ 50, serviesgoed meestal gemaakt van commercieel zuiver titanium van klasse 1 en 2. Andere voorbeelden van uitrusting voor bergbeklimmen en backpacken zijn compacte kachels, tentstokken en -steunen, ijsbijlen en ijsschroeven. Wapenfabrikanten zijn onlangs begonnen met de productie van titaniumpistolen voor zowel schietsport als wetshandhaving.

Consumentenelektronica is een vrij nieuwe en snelgroeiende markt voor titanium. In veel gevallen wordt het gebruik van titanium in consumentenelektronica niet alleen gedreven door de uitstekende eigenschappen, maar ook door het aantrekkelijke uiterlijk van de producten. Commercieel zuiver titanium van klasse 1 wordt gebruikt om hoesjes te maken voor laptops, mobiele telefoons, plasma-flatscreentelevisies en andere elektronische apparatuur. Het gebruik van titanium bij de productie van luidsprekers zorgt voor betere akoestische eigenschappen dankzij de lichtheid van titanium in vergelijking met staal, wat resulteert in een verhoogde akoestische gevoeligheid. Titaniumhorloges, voor het eerst op de markt geïntroduceerd door Japanse fabrikanten, zijn nu een van de meest betaalbare en erkende titaniumproducten voor consumenten. Het wereldverbruik van titanium bij de productie van traditionele en zogenaamde lichaamssieraden wordt gemeten in enkele tientallen tonnen. Steeds vaker kun je titanium vinden trouwringen, en natuurlijk zijn mensen die sieraden op hun lichaam dragen simpelweg verplicht om titanium te gebruiken. Titanium wordt veel gebruikt bij de productie van maritieme bevestigingsmiddelen en fittingen, waarbij de combinatie van hoge corrosieweerstand en sterkte erg belangrijk is. Atlas Ti, gevestigd in Los Angeles, produceert een breed scala van deze producten uit VTZ-1-legering. Het gebruik van titanium bij de productie van gereedschappen begon begin jaren 80 in de Sovjet-Unie, toen, op instructies van de overheid, lichtgewicht en handig gereedschap werd gemaakt om het werk van werknemers gemakkelijker te maken. De Sovjet-titaanproductiegigant Verkhne-Salda Metal Processing Production Association produceerde destijds titanium schoppen, spijkertrekkers, koevoeten, bijlen en sleutels.

Later begonnen Japanse en Amerikaanse gereedschapsfabrikanten titanium in hun producten te gebruiken. Nog niet zo lang geleden sloot VSMPO een contract met Boeing voor de levering van titaniumplaten. Dit contract had ongetwijfeld een zeer gunstig effect op de ontwikkeling van de titaniumproductie in Rusland. Titanium wordt al vele jaren op grote schaal gebruikt in de geneeskunde. Voordelen - sterkte, corrosieweerstand en vooral: sommige mensen zijn allergisch voor nikkel vereiste onderdeel roestvrij staal, terwijl niemand allergisch is voor titanium. De gebruikte legeringen zijn commercieel zuiver titanium en Ti6-4Eli. Titanium wordt gebruikt bij de productie van chirurgische instrumenten, interne en externe prothesen, inclusief kritische instrumenten als hartklep. Krukken en rolstoelen zijn gemaakt van titanium. Het gebruik van titanium in de kunst dateert uit 1967, toen het eerste titaniummonument in Moskou werd opgericht.

IN momenteel op bijna alle continenten werd een aanzienlijk aantal titaniummonumenten en gebouwen opgetrokken, waaronder beroemde zoals het Guggenheim Museum, gebouwd door de architect Frank Gehry in Bilbao. Kunstmensen houden erg van het materiaal vanwege de kleur, verschijning, sterkte en corrosieweerstand. Om deze redenen wordt titanium gebruikt in souvenirs en kostuumjuwelen, waar het met succes concurreert met edelmetalen zoals zilver en zelfs goud.Zoals al opgemerkt in een van de publicaties over titanium, is een van de belangrijkste redenen die de doorbraak van titanium op grote schaal tegenhoudt. markten zijn de hoge kosten ervan. Zoals Martin Proko van RTi opmerkt, in de VS gemiddelde prijs titaniumspons kost 3,80 per pond, in Rusland 3,20 per pond. Bovendien is de prijs van metaal sterk afhankelijk van het cyclische karakter van de commerciële lucht- en ruimtevaartindustrie. De ontwikkeling van veel projecten zou sterk kunnen versnellen als er manieren kunnen worden gevonden om de kosten van de productie en verwerking van titanium, schrootverwerking en smelttechnologieën te verlagen, merkt Markus Holz op, directeur van het Duitse Deutsche Titan. Een vertegenwoordiger van British Titanium is het ermee eens dat de uitbreiding van titaniumproducten wordt belemmerd door de hoge productiekosten en dat er veel verbeteringen moeten worden aangebracht voordat titanium in massaproductie kan worden geïntroduceerd. moderne technologieën.

Een van de stappen in deze richting is de ontwikkeling van het zogenaamde FFC-proces, een nieuw elektrolytisch proces voor de productie van titaniummetaal en legeringen, waarvan de kosten aanzienlijk lager zijn. Volgens Daniele Stoppolini vereist de algemene strategie in de titaniumindustrie de ontwikkeling van de meest geschikte legeringen, productietechnologieën voor elke nieuwe markt en toepassing van titanium.

Bronnen

Wikipedia – De gratis encyclopedie, WikiPedia

metotech.ru - Metotechniek

housetop.ru - Huistop

atomsteel.com – Atoomtechnologie

domremstroy.ru - DomRemStroy

Het grootste deel van het titanium wordt besteed aan de behoeften van de luchtvaart- en rakettechnologie en de scheepsbouw van schepen. Het wordt, evenals ferrotitanium, gebruikt als legeringsadditief voor hoogwaardige staalsoorten en als desoxidatiemiddel. Technisch titanium wordt gebruikt voor de vervaardiging van containers, chemische reactoren, pijpleidingen, fittingen, pompen, kleppen en andere producten die in agressieve omgevingen werken. Compact titanium wordt gebruikt om gazen en andere onderdelen van elektrische vacuümapparaten te maken die bij hoge temperaturen werken.

Wat betreft gebruik als constructiemateriaal staat Ti op de 4e plaats, na Al, Fe en Mg. Titaanaluminiden zijn zeer goed bestand tegen oxidatie en hittebestendig, wat op zijn beurt hun gebruik in de luchtvaart- en automobielindustrie als constructiemateriaal bepaalde. De biologische onschadelijkheid van dit metaal maakt het een uitstekend materiaal voor de voedingsindustrie en reconstructieve chirurgie.

Titanium en zijn legeringen worden veel gebruikt in de technologie vanwege hun hoge mechanische sterkte, die behouden blijft bij hoge temperaturen, corrosieweerstand, hittebestendigheid, specifieke sterkte, lage dichtheid en andere nuttige eigenschappen. De hoge kosten van dit metaal en de daarop gebaseerde materialen worden in veel gevallen gecompenseerd door hun betere prestaties, en in sommige gevallen zijn ze de enige grondstof waaruit apparatuur of constructies kunnen worden gemaakt die onder deze specifieke omstandigheden kunnen functioneren.

Titaniumlegeringen spelen een belangrijke rol in de luchtvaarttechnologie, waarbij wordt gestreefd naar de lichtste structuur gecombineerd met de nodige sterkte. Ti is licht van gewicht in vergelijking met andere metalen, maar kan tegelijkertijd bij hoge temperaturen werken. Er worden materialen op Ti-basis gebruikt voor het maken van de behuizing, bevestigingsonderdelen, powerkit, chassisonderdelen en verschillende eenheden. Deze materialen worden ook gebruikt bij de constructie van straalmotoren van vliegtuigen. Hiermee kunt u hun gewicht met 10-25% verminderen. Titaniumlegeringen worden gebruikt voor de productie van compressorschijven en -bladen, onderdelen voor luchtinlaten en geleidingen in motoren, en diverse bevestigingsmiddelen.

Een ander toepassingsgebied is raketten. Dankzij de kortetermijnwerking van motoren en de snelle passage van dichte lagen van de atmosfeer in de raketwetenschap worden de problemen van vermoeiingssterkte, statisch uithoudingsvermogen en gedeeltelijke kruip voor een groot deel geëlimineerd.

Door zijn onvoldoende hoge thermische sterkte is technisch titanium niet geschikt voor gebruik in de luchtvaart, maar door zijn uitzonderlijk hoge corrosieweerstand is het in sommige gevallen onmisbaar in de chemische industrie en de scheepsbouw. Zo wordt het gebruikt bij de vervaardiging van compressoren en pompen voor het verpompen van agressieve media zoals zwavelzuur en zoutzuur en hun zouten, pijpleidingen, afsluiters, autoclaaf, verschillende soorten containers, filters, enz. Alleen Ti heeft corrosieweerstand in omgevingen zoals nat chloor, waterige en zure oplossingen van chloor, daarom wordt apparatuur voor de chloorindustrie van dit metaal gemaakt. Het wordt ook gebruikt om warmtewisselaars te maken die werken in corrosieve omgevingen, bijvoorbeeld salpeterzuur (niet-roken). In de scheepsbouw wordt titanium gebruikt voor de vervaardiging van propellers, beplating van schepen, onderzeeërs, torpedo's, enz. Granaten blijven niet aan dit materiaal plakken, waardoor de weerstand van het vaartuig tijdens het varen sterk toeneemt.

Titaniumlegeringen zijn veelbelovend voor gebruik in veel andere toepassingen, maar de verspreiding ervan in de technologie wordt belemmerd door de hoge kosten en de onvoldoende overvloed van dit metaal.

Titaniumverbindingen worden ook veel gebruikt in verschillende industrieën. Carbide (TiC) heeft een hoge hardheid en wordt gebruikt bij de productie van snijgereedschappen en schuurmiddelen. Witdioxide (TiO2) wordt gebruikt in verven (bijvoorbeeld titaanwit) en bij de productie van papier en kunststoffen. Organotitaanverbindingen (bijvoorbeeld tetrabutoxytitaan) worden gebruikt als katalysator en verharder in de chemische en verf- en lakindustrie. Anorganische Ti-verbindingen worden in de chemische elektronica en glasvezelindustrie als additieven gebruikt. Diboride (TiB 2) is een belangrijk bestanddeel van superharde materialen voor metaalverwerking. Nitride (TiN) wordt gebruikt om gereedschappen te coaten.

Instructies

De ontdekking van titanium is veelbetekenend omdat de ‘ouders’ twee wetenschappers tegelijk zijn: de Brit W. Gregor en de Duitser M. Klaproth. De eerste, in 1791, deed onderzoek naar de samenstelling van magnetisch ferrozand, waardoor een tot nu toe onbekend metaal werd geïsoleerd. En in 1795 deed Klaproth wetenschappelijk onderzoek naar het mineraal rutiel en verkreeg ook een soort metaal. Tien jaar later verwierf de Fransman L. Vauquelin zelf titanium en bewees dat de voorgaande metalen identiek waren.

Een volledig monster van het chemische element werd in 1825 verkregen door de wetenschapper J. Ya. Berzelius, maar het werd toen als zeer vervuild beschouwd, en twee Nederlanders, A. van Arkel en I. de Boer, waren in staat zuiver titanium te verkrijgen.

Titanium is het 10e meest natuurlijk voorkomende chemische element in het gehele periodiek systeem. Het wordt aangetroffen in de aardkorst, zeewater, ultramafische gesteenten, kleigrond en schalie. Door verwering wordt het element overgedragen, waarna grote concentraties titanium in placers worden gevormd. Mineralen die dit chemische element bevatten zijn rutiel, ilmeniet, titanomagnetiet, perovskiet, titaniet en er worden ook primaire titaniumertsen onderscheiden. China en Rusland worden beschouwd als de leiders in de productie van het element, maar de reserves zijn ook te vinden in Oekraïne, Japan, Australië, Kazachstan, Zuid-Korea, India, Brazilië en Ceylon. In 2013 bedroeg de wereldwijde titaniumproductie 4,5 miljoen ton.

Titanium smelt bij een temperatuur van 1660 graden Celsius, kookt bij 3260 graden en de dichtheid is 4,32-4,505 g/cm3. Het chemische element is tamelijk plastisch en wordt in een inerte atmosfeer gelast; het is zeer stroperig en kan gemakkelijk aan het snijgereedschap blijven kleven, waardoor dit proces alleen uitvoeren met gebruik van speciaal smeermiddel. Titaanstof wordt als explosief beschouwd bij een vlampunt van 400 graden Celsius, en metaalspaanders vormen brandgevaar.

Titanium is bestand tegen progressieve corrosie, maar ook tegen oplossingen van zuren en logen. Het is ook bekend dat het element bij verhitting tot Celsius begint te branden met een zeer heldere witte vlam en oxidefasen vormt. Door blootstelling aan waterstof, aluminium en silicium wordt titanium gedeeltelijk omgezet in titaniumtrichloride en titaniumdichloride, vaste stoffen met sterk reducerende eigenschappen.

De industrieën waar titanium wordt gebruikt zijn de metallurgie en het gieten, waar zeer sterke reactoren, pijpleidingen, fittingen, medische apparatuur (instrumenten en prothesen) en nog veel meer worden gemaakt van dit chemische element. Interessant is ook dat het monument voor Yuri Gagarin op het gelijknamige plein in Moskou gedeeltelijk van titanium is gemaakt.

Titanium werd oorspronkelijk "gregoriet" genoemd door de Britse scheikundige dominee William Gregor, die het in 1791 ontdekte. Titanium werd vervolgens in 1793 onafhankelijk ontdekt door de Duitse chemicus M.H. Klaproth. Hij noemde het titaan naar de Titanen uit de Griekse mythologie - 'de belichaming van natuurlijke kracht'. Pas in 1797 ontdekte Klaproth dat zijn titanium een ​​element was dat eerder door Gregor was ontdekt.

Kenmerken en eigenschappen

Titanium is een chemisch element met het symbool Ti en atoomnummer 22. Het is een glanzend metaal met een zilverachtige kleur, lage dichtheid en hoge sterkte. Het is bestand tegen corrosie in zeewater en chloor.

Element komt voor in een aantal minerale afzettingen, voornamelijk rutiel en ilmeniet, die wijdverspreid zijn in de aardkorst en lithosfeer.

Titanium wordt gebruikt om sterke lichte legeringen te produceren. De twee nuttigste eigenschappen van het metaal zijn corrosieweerstand en de verhouding tussen hardheid en dichtheid, de hoogste van alle metalen elementen. In ongelegeerde toestand is dit metaal net zo sterk als sommige staalsoorten, maar minder dicht.

Fysische eigenschappen van metaal

Dit is een duurzaam metaal lage dichtheid, behoorlijk plastic (vooral in een zuurstofvrije omgeving), glanzend en metalloïde wit. Het relatief hoge smeltpunt van meer dan 1650 ° C (of 3000 ° F) maakt het bruikbaar als vuurvast metaal. Het is paramagnetisch en heeft een vrij lage elektrische en thermische geleidbaarheid.

Op de schaal van Mohs is de hardheid van titanium 6. Volgens deze indicator is het iets minder dan gehard staal en wolfraam.

Commercieel zuiver (99,2%) titanium heeft een treksterkte van ongeveer 434 MPa, wat vergelijkbaar is met gewone laagwaardige staallegeringen, maar titanium is veel lichter.

Chemische eigenschappen van titanium

Net als aluminium en magnesium oxideren titanium en zijn legeringen onmiddellijk bij blootstelling aan lucht. Het reageert langzaam met water en lucht bij omgevingstemperaturen, omdat het een passieve oxidecoating vormt, dat het bulkmetaal beschermt tegen verdere oxidatie.

Atmosferische passivatie geeft titanium een ​​uitstekende corrosieweerstand, bijna gelijkwaardig aan platina. Titanium is bestand tegen aanvallen van verdunde zwavel- en zoutzuren, chlorideoplossingen en de meeste organische zuren.

Titanium is een van de weinige elementen die in zuivere stikstof verbrandt en bij 800°C (1470°F) reageert om titaniumnitride te vormen. Vanwege hun hoge reactiviteit met zuurstof, stikstof en enkele andere gassen worden titaniumfilamenten in titaniumsublimatiepompen gebruikt als absorbeerders voor deze gassen. Deze pompen zijn goedkoop en produceren betrouwbaar extreem lage drukken in ultrahoogvacuümsystemen.

Veel voorkomende titaniumhoudende mineralen zijn anataas, brookiet, ilmeniet, perovskiet, rutiel en titaniet (sfeen). Van deze mineralen alleen rutiel en ilmeniet zijn economisch belangrijk, maar zelfs deze zijn in hoge concentraties moeilijk te vinden.

Titanium wordt aangetroffen in meteorieten en is aangetroffen in de zon en sterren van het M-type met oppervlaktetemperaturen van 3200 ° C (5790 ° F).

Momenteel bekende methoden voor het extraheren van titanium uit verschillende ertsen zijn arbeidsintensief en duur.

Productie en productie

Momenteel zijn er ongeveer 50 soorten titanium en titaniumlegeringen ontwikkeld en gebruikt. Tegenwoordig worden 31 klassen titaniummetaal en -legeringen erkend, waarvan de klassen 1–4 commercieel zuiver (ongelegeerd) zijn. Ze verschillen in treksterkte afhankelijk van het zuurstofgehalte, waarbij klasse 1 het meest ductiel is (laagste treksterkte met 0,18% zuurstof) en klasse 4 het minst ductiel (hoogste treksterkte met 0,40% zuurstof).

De overige klassen zijn legeringen, die elk specifieke eigenschappen hebben:

• plastic;
• kracht;
• hardheid;
• elektrische weerstand;
• specifieke corrosieweerstand en hun combinaties.

Naast deze specificaties worden titaniumlegeringen ook vervaardigd om te voldoen aan lucht- en ruimtevaart- en militaire specificaties (SAE-AMS, MIL-T), ISO-normen en landspecifieke specificaties, evenals aan eisen van eindgebruikers voor lucht- en ruimtevaart, militaire, medische en industriële toepassingen. toepassingen.

Een commercieel puur vlak product (plaat, plaat) kan gemakkelijk worden gevormd, maar bij de verwerking moet rekening worden gehouden met het feit dat het metaal een "geheugen" heeft en de neiging heeft om terug te stuiteren. Dit geldt vooral voor sommige legeringen met een hoge sterkte.

Titanium wordt vaak gebruikt om legeringen te maken:

• met aluminium;
• met vanadium;
• met koper (voor verharding);
• met ijzer;
• met mangaan;
• met molybdeen en andere metalen.

Gebruiksgebieden

Titaniumlegeringen in plaat-, plaat-, staaf-, draad- en gietvorm vinden toepassingen in de industriële, ruimtevaart-, recreatieve en opkomende markten. Titaniumpoeder wordt in de pyrotechniek gebruikt als bron van helder brandende deeltjes.

Omdat titaniumlegeringen een hoge treksterkte-dichtheidsverhouding, hoge corrosieweerstand, vermoeidheidsweerstand, hoge scheurweerstand en het vermogen hebben om matig hoge temperaturen te weerstaan, worden ze gebruikt in vliegtuigen, pantsers, marineschepen, ruimtevaartuigen en raketten.

Voor deze toepassingen wordt titanium gelegeerd met aluminium, zirkonium, nikkel, vanadium en andere elementen om een ​​verscheidenheid aan componenten te produceren, waaronder kritische structurele onderdelen, firewalls, landingsgestellen, uitlaatpijpen (helikopters) en hydraulische systemen. Ongeveer tweederde van het geproduceerde titaniummetaal wordt zelfs gebruikt in vliegtuigmotoren en frames.

Omdat titaniumlegeringen bestand zijn tegen corrosie zeewater Ze worden gebruikt voor schroefassen, warmtewisselaars, enz. Deze legeringen worden gebruikt in behuizingen en componenten van oceaanbewakings- en monitoringapparatuur voor de wetenschap en het leger.

Specifieke legeringen worden gebruikt in olie- en gasbronnen en nikkelhydrometallurgie vanwege hun hoge sterkte. De pulp- en papierindustrie gebruikt titanium in procesapparatuur die wordt blootgesteld aan agressieve omgevingen zoals natriumhypochloriet of nat chloorgas (bij het bleken). Andere toepassingen zijn onder meer ultrasoon lassen en golfsolderen.

Bovendien worden deze legeringen gebruikt in automobieltoepassingen, vooral in de auto- en motorraces, waar een laag gewicht, hoge sterkte en stijfheid essentieel zijn.

Titanium wordt in veel sportartikelen gebruikt: tennisrackets, golfclubs, lacrosse-schachten; cricket-, hockey-, lacrosse- en voetbalhelmen, evenals fietsframes en -onderdelen.

Vanwege de duurzaamheid is titanium populairder geworden voor designersieraden (vooral titaniumringen). Door zijn inertie is het een goede keuze voor mensen met allergieën of voor mensen die sieraden dragen in omgevingen zoals zwembaden. Titanium wordt ook gelegeerd met goud om een ​​legering te produceren die kan worden verkocht als 24-karaats goud, omdat 1% Ti-gelegeerd niet genoeg is om een ​​lagere kwaliteit te vereisen. De resulterende legering heeft ongeveer de hardheid van 14 karaats goud en is sterker dan puur 24 karaats goud.

Voorzorgsmaatregelen

Titanium is zelfs in grote doses niet giftig. Of het nu in poeder- of metaalvijlvorm is, het vormt een ernstig brandgevaar en, bij verhitting in de lucht, een explosiegevaar.

Eigenschappen en toepassingen van titaniumlegeringen

Hieronder vindt u een overzicht van de meest voorkomende titaniumlegeringen, onderverdeeld in klassen, hun eigenschappen, voordelen en industriële toepassingen.

Groep 7

Graad 7 is mechanisch en fysiek gelijkwaardig aan zuiver titanium van klasse 2, met uitzondering van de toevoeging van het tussenelement palladium, waardoor het een legering wordt. Het heeft een uitstekende lasbaarheid en elasticiteit, de meeste corrosieweerstand van alle legeringen van dit type.

Klasse 7 wordt gebruikt chemische processen en onderdelen van productieapparatuur.

Graad 11

Klasse 11 lijkt sterk op Klasse 1, behalve de toevoeging van palladium om de corrosieweerstand te verbeteren, waardoor het een legering wordt.

Andere nuttige eigenschappen omvatten optimale taaiheid, sterkte, taaiheid en uitstekende lasbaarheid. Deze legering kan vooral worden gebruikt in toepassingen waar corrosie een probleem is:

• chemische behandeling;
• productie van chloraten;
• ontzilting;
• maritieme toepassingen.

Ti 6Al-4V, klasse 5

Ti 6Al-4V-legering, of titanium van klasse 5, wordt het meest gebruikt. Het is goed voor 50% van de totale titaniumconsumptie wereldwijd.

Het gebruiksgemak schuilt in de vele voordelen. Ti 6Al-4V kan een warmtebehandeling ondergaan om de sterkte te vergroten. Deze legering heeft een hoge sterkte bij een laag gewicht.

Dit is de beste legering om te gebruiken in meerdere industrieën, zoals de lucht- en ruimtevaart-, medische, maritieme en chemische verwerkingsindustrie. Het kan worden gebruikt voor het maken van:

• vliegtuigturbines;
• motoronderdelen;
• structurele elementen van vliegtuigen;
• bevestigingsmiddelen voor de luchtvaart;
• hoogwaardige automatische onderdelen;
• sportuitrusting.

Ti 6AL-4V ELI, klasse 23

Klasse 23 - chirurgisch titanium. Ti 6AL-4V ELI-legering, of klasse 23, is een versie met een hogere zuiverheid van Ti 6Al-4V. Het kan worden gemaakt van rollen, draden, draden of platte draden. Het is de beste keuze voor elke situatie waarin een combinatie van hoge sterkte, laag gewicht, goede corrosieweerstand en hoge taaiheid vereist is. Het heeft een uitstekende schadebestendigheid.

Het kan worden gebruikt in biomedische toepassingen zoals implanteerbare componenten vanwege de biocompatibiliteit en goede weerstand tegen vermoeidheid. Het kan ook worden gebruikt bij chirurgische procedures voor de vervaardiging van dergelijke constructies:

• orthopedische pinnen en schroeven;
• ligatuurklemmen;
• chirurgische nietjes;
• veren;
• orthodontische apparaten;
• cryogene vaten;
• apparaten voor botfixatie.

12e leerjaar

Titaniumkwaliteit 12 heeft een uitstekende lasbaarheid van hoge kwaliteit. Het is een zeer sterke legering die goede sterkte biedt bij hoge temperaturen. Titanium van klasse 12 heeft kenmerken die vergelijkbaar zijn met roestvrij staal uit de 300-serie.

Zijn vermogen om te vormen verschillende manieren maakt het bruikbaar in veel toepassingen. De hoge corrosieweerstand van de legering maakt deze ook van onschatbare waarde voor productieapparatuur. Klasse 12 kan worden gebruikt in de volgende industrieën:

• warmtewisselaars;
• hydrometallurgische toepassingen;
• chemische productie met verhoogde temperatuur;
• maritieme en luchtcomponenten.

Ti5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2.5Sn is een legering die een goede lasbaarheid met weerstand kan bieden. Het heeft ook stabiliteit bij hoge temperaturen en hoge sterkte.

Ti 5Al-2.5Sn wordt vooral gebruikt in de luchtvaartsector en ook in cryogene toepassingen.