Сергей Денисевич Грандмастер

Титан. Оправдывает ли металл свое имя?

Титан почти в два раза легче и прочнее железа, по удельной прочности он превосходит и алюминий: не намного тяжелее его, а прочнее в шесть раз.

А сплавы титана по этому показателю вышли на одно из первых мест среди металлических конструкционных материалов.

В наибольшей степени заинтересована в применении титана и его сплавов авиация. Это реактивные двигатели, роторы турбин, детали фюзеляжа, вплоть до таких простейших, как болты и гайки. Сопла газотурбинных авиадвигателей изготавливают из чистого титана, а клапаны, втулки, уплотнения — из его сплавов. Применение последних вместо алюминиевых позволяет снизить массу самолета на 20%.

Титан важен и в автомобилестроении. Из титана и его сплавов изготавливают клапаны, подвески, соединительные тяги, шатуны. Титановые шатуны намного легче стальных, поэтому подвергаются меньшим инерционным нагрузкам, а это позволяет увеличить число оборотов и мощность двигателя. Перспективно применение титана вместо стали при изготовлении рам и других ответственных деталей грузовых автомобилей.

Использование титановых сплавов на железнодорожном транспорте также позволит увеличить полезную грузоподъемность, снизить расход горючего, повысить срок службы, надежность транспортных средств, что в конечном итоге приведет к существенной экономии.

Преимущества титана и его сплавов особенно ярко проявляются при изготовлении из них деталей, вращающихся с большой скоростью: роторов турбин, центрифуг, гироскопов и др. Возможна ситуация, когда запас прочности стали не позволит выдержать значительные нагрузки, возникающие под действием центробежных сил.

Простое увеличение толщины деталей ничего не дает — с увеличением толщины возрастает и масса детали, а, значит, и действие центробежных сил. Необходим материал с большей удельной прочностью, например, тот же титан. Так стальной ротор компрессора реактивного двигателя разрушается при 17 тыс. об/мин, в то время как такой же ротор, но из титана, выдерживает 25 тыс. об/мин.

Многие металлы и сплавы обладают способностью переходить в пассивное состояние по отношению к коррозионной среде, что связывают с образованием на их поверхности защитных пленок, чаще всего оксидных. Особой склонностью к возникновению пассивного состояния обладают титан, алюминий и хром.

Титан по своим химическим свойствам вполне соответствует данному имени. Он чрезвычайно прочен, термостоек, хорошо противостоит действию агрессивных жидкостей. На него не действует ни азотная кислота, ни «царская водка» (смесь азотной и соляной кислот).

Коррозионную стойкость титана в сильных кислотах, не обладающих окислительной активностью, можно улучшить легированием благородными металлами, например, палладием. Небольшая, до 1%, добавка палладия делает титан стойким и к другим минеральным кислотам — серной и соляной.

Благородные металлы образуют на поверхности титана активные катодные участки, которые способствуют его самопассивации в растворах агрессивных веществ. При этом даже не надо сплавлять титан с палладием. Для пассивации титана достаточно подвергнуть его ионной бомбардировке ионами палладия, и он с минимальным расходом благородного металла станет пассивным уже через несколько минут.

Итак, титан вполне оправдывает свое имя — синоним стойкости и прочности. Этот металл ждет большое будущее.

Обновлено 17.09.2011
Статья размещена на сайте 15.08.2011

Комментарии (4):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • Сергей Денисевич, думал, что те же лопатки авиатурбин не из титана - очень тяжелые. И сопла тоже из чего-то более жаропрочного. Кстати, титан легко определяется по искрам при точке - они совершенно белые, в отличие от желтоватых черняшки.

    Оценка статьи: 5

  • Слово "титановый" всегда внушало уважение и какое-то превосходство перед остальными материалами. Но в статье - одни достоинства. А как же недостатки, неужели их нет? Но стоимость добычи, производства, сложность обработки... Вот сталь можно варить в гараже, а титан?

    • Дмитрий Янышев, когда-то купил теще титановую лопату - с легким держаком была в 2 раза легче обычной. Только мягче стали (кромка при попадании на камень сминалась) и появились трещины. Варится ТIG-ом в аргоновой среде - на воздухе сгорает.

      Оценка статьи: 5

  • Ждет большое будущее... Из самого текста статьи следует, что будущее его уже дождалось. Титан - один из широко применяемых (и не очень дорогих) конструкционных материалов. А ведь раньше он был отходом магниевого производства!

    Оценка статьи: 4