Области применения титана При существующих высоких ценах

Области применения титана
При существующих высоких ценах на титан его применяют преимущественно для производства
военного оборудования, где главная роль принадлежит не стоимости, а техническим
характеристикам. Тем не менее известны случаи использования уникальных свойств титана для
гражданских нужд. По мере снижения цен на титан и роста его производства применение этого
металла в военных и гражданских целях будет все больше расширяться.
Авиация. Малый удельный вес и высокая прочность (особенно при повышенных температурах)
титана и его сплавов делают их весьма ценными авиационными материалами. В области
самолетостроения и производства авиационных двигателей титан все больше вытесняет
алюминий и нержавеющую сталь. С повышением температуры алюминий быстро утрачивает свою
прочность. С другой стороны, титан обладает явным преимуществом в отношении прочности при
температуре до 430° С, а повышенные температуры такого порядка возникают при больших
скоростях благодаря аэродинамическому нагреванию. Преимущество замены стали титаном в
авиации заключается в снижении веса без потери прочности. Общее снижение веса с повышением
показателей при повышенных температурах позволяет увеличить полезную нагрузку, дальность
действия и маневренность самолетов. Этим объясняются усилия, направленные на расширение
применения титана в самолетостроении при производстве двигателей, постройке фюзеляжей,
изготовлении обшивки и даже крепежных деталей.
При постройке реактивных двигателей титан применяется преимущественно для изготовления
лопаток компрессора, дисков турбины и многих других штампованных деталей. Здесь титан
вытесняет нержавеющую и термически обрабатываемую легированную стали. Экономия в весе
двигателя в один килограмм позволяет сберегать до 10 кг в общем весе самолета благодаря
облегчению фюзеляжа. В дальнейшем намечено применять листовой титан для изготовления
кожухов камер сгорания двигателя.
В конструкции самолета титан находит широкое применение для деталей фюзеляжа, работающих
при повышенных температурах. Листовой титан применяется для изготовления всевозможных
кожухов, защитных оболочек кабелей и направляющих для снарядов. Из листов легированного
титана изготовляются различные элементы жесткости, шпангоуты фюзеляжа, нервюры и т. д.
Кожухи, закрылки, защитные оболочки для кабелей и направляющие для снарядов изготовляются
из нелегированного титана. Легированный титан применяется для изготовления каркаса
фюзеляжа, шпангоутов, трубопроводов и противопожарных перегородок.
Титан получает все большее применение при постройке самолетов F-86 и F-100. В будущем из
титана будут делать створки шасси, трубопроводы гидросистем, выхлопные патрубки и сопла,
лонжероны, закрылки, откидные стойки и т. д.
Титан можно применять для изготовления броневых плит, лопастей пропеллера и снарядных
ящиков.
В настоящее время титан применяется в конструкции самолетов военной авиации Дуглас Х-3 для
обшивки, Рипаблик F-84F, Кертисс-Райт J-65 и Боинг В-52.
Применяется титан и при постройке гражданских самолетов DC-7. Фирма «Дуглас» заменой
алюминиевых сплавов и нержавеющей стали титаном при изготовлении мотогондолы и
противопожарных перегородок уже добилась экономии в весе конструкции самолета около 90 кг. В
настоящее время вес титановых деталей в этом самолете составляет 2%, причем эту цифру
предусматривается довести до 20% общего веса самолета.
Применение титана позволяет уменьшить вес геликоптеров. Листовой титан используется для
полов и дверей. Значительное снижение веса геликоптера (около 30 кг) было достигнуто в
результате замены легированной стали титаном для обшивки лопастей его несущих винтов.
Военно-морской флот. Коррозионная стойкость титана и его сплавов делает их весьма ценным
материалом на море. Военно-морское министерство США обстоятельно исследует коррозионную
стойкость титана против воздействия дымовых газов, пара, масла и морской воды. Почти такое же
значение в военно-морском деле имеет и высокое значение удельной прочности титана.
Малый удельный вес металла в сочетании с коррозионной стойкостью повышает маневренность и
дальность действия кораблей, а также снижает расходы по уходу за материальной частью и ее
ремонту.
Применение титана в военно-морском деле включает изготовление выхлопных глушителей для
дизельных двигателей подводных лодок, дисков измерительных приборов, тонкостенных труб для
конденсаторов и теплообменников. По мнению специалистов, титан, как никакой другой металл,
способен увеличить срок службы выхлопных глушителей на подводных лодках. Применительно к
дискам измерительных приборов, работающих в условиях соприкосновения с соленой водой,
бензином или маслом, титан обеспечит лучшую стойкость. Исследуется возможность применения
титана для изготовления труб теплообменников, которые должны обладать коррозионной
стойкостью в морской воде, омывающей трубы снаружи, и одновременно противостоять
воздействию выхлопного конденсата, протекающего внутри них. Рассматривается возможность
изготовления из титана антенн и узлов радиолокационных установок, от которых требуется
стойкость к воздействию дымовых газов и морской воды. Титан может найти применение и для
производства таких деталей, как клапаны, пропеллеры, детали турбин и т. д.
Артиллерия. По-видимому, наиболее крупным потенциальным потребителем титана может
явиться артиллерия, где в настоящее время ведутся интенсивные исследования различных
опытных образцов. Тем не менее в этой области стандартизовано производство лишь отдельных
деталей и частей из титана. Весьма ограниченное использование титана в артиллерии при
большом размахе исследований объясняется его высокой стоимостью.
Были исследованы различные детали артиллерийского оборудования с точки зрения возможности
замены титаном обычных материалов при условии снижения цен на титан. Главное внимание
уделялось деталям, для которых существенно снижение веса (детали, переносимые вручную и
перевозимые по воздуху).
Опорная плита миномета, изготовленная из титана вместо стали. Путем такой замены и после
некоторой переделки вместо стальной плиты из двух половинок общим весом 22 кг удалось
создать одну деталь весом 11 кг. Благодаря такой замене можно уменьшить число
обслуживающего персонала с трех человек до двух. Рассматривается возможность применения
титана для изготовления орудийных пламегасителей.
Проходят испытания изготовленные из титана орудийные станки, крестовины лафетов и цилиндры
противооткатных приспособлений. Широкое применение титан может получить при производстве
управляемых снарядов и ракет.
Проведенные первые исследования титана и его сплавов показали возможность изготовления из
них броневых плит. Замена стальной брони (толщиной 12,7 мм) титановой броней одинаковой
снарядостойкости (толщиной 16 мм) позволяет получить, по данным этих исследований, экономию
в весе до 25%.
Сплавы титана повышенного качества позволяют надеяться на возможность замены стальных
плит титановыми равной толщины, что дает экономию в весе до 44%. Промышленное применение
титана позволит обеспечить большую маневренность, увеличит дальность перевозки и
долговечность орудия. Современный уровень развития воздушного транспорта делает
очевидными преимущества легких броневиков и других машин из титана. Артиллерийское
ведомство намерено снарядить в будущем пехоту касками, штыками, гранатометами и ручными
огнеметами, сделанными из титана. Первое применение в артиллерии титановый сплав получил
для изготовления поршня некоторых автоматических орудий.
Транспорт. Многие из тех выгод, которые сулит использование титана при производстве
бронетанковой материальной части, относятся и к транспортным средствам.
Замена конструкционных материалов, потребляемых в настоящее время предприятиями
транспортного машиностроения, титаном должна привести к снижению расхода топлива, росту
полезной грузоподъемности, повышению предела усталости деталей кривошипно-шатунных
механизмов и т. п. На железных дорогах исключительно важно снизить мертвый груз.
Существенное уменьшение общего веса подвижного состава за счет применения титана позволит
сэкономить в тяге, уменьшить габариты шеек и букс.
Важное значение вес имеет и для прицепных автотранспортных средств. Здесь замена стали
титаном при производстве осей и колес также позволила бы увеличить полезную
грузоподъемность.
Все эти возможности можно было бы реализовать при снижении цены титана с 15 до 2—3
долларов за фунт титановых полуфабрикатов.
Химическая промышленность. При производстве оборудования для химической
промышленности самое важное значение имеет коррозионная стойкость металла. Существенно
также снизить вес и повысить прочность оборудования. Логически следует предположить, что
титан мог бы дать ряд выгод при производстве из него оборудования для транспортировки кислот,
щелочей и неорганических солей. Дополнительные возможности применения титана открываются
в производстве такого оборудования, как баки, колонны, фильтры и всевозможные баллоны
высокого давления.
Применение трубопроводов из титана способно повысить коэффициент полезного действия
нагревательных змеевиков в лабораторных автоклавах и теплообменниках. О применимости
титана для производства баллонов, в которых длительно хранятся газы и жидкости под
давлением, свидетельствует применяемая при микроанализе продуктов сгорания вместо более
тяжелой трубки из стекла (показана в верхней части снимка). Благодаря малой толщине стенок и
незначительному удельному весу эта трубка может взвешиваться на более чувствительных
аналитических весах меньших размеров. Здесь сочетание легкости и коррозионной стойкости
позволяет повысить точность химического анализа.
Прочие области применения. Применение титана целесообразно в пищевой, нефтяной и
электротехнической промышленности, а также для изготовления хирургических инструментов и в
самой хирургии.
Столы для подготовки пищи, пропарочные столы, изготовленные из титана, по качествам
превосходят стальные изделия.
В нефте- и газобурильной областях серьезное значение имеет борьба с коррозией, поэтому
применение титана позволит реже заменять корродирующие штанги оборудования. В
каталитическом производстве и для изготовления нефтепроводов желательно применять титан,
сохраняющий механические свойства при высокой температуре и обладающий хорошей
коррозионной устойчивостью.
В электропромышленности титан можно применить для бронирования кабелей благодаря хорошей
удельной прочности, высокому электрическому сопротивлению и немагнитным свойствам.
В различных отраслях промышленности начинают применять крепежные детали той или иной
формы, изготовленные из титана. Дальнейшее расширение применения титана возможно для
изготовления хирургических инструментов главным образом благодаря его коррозионной
стойкости. Инструменты из титана в этом отношении превосходят обычные хирургические
инструменты при многократном кипячении или обработке в автоклаве.
В области хирургии титан оказался лучше виталлиума и нержавеющих сталей. Присутствие титана
в организме вполне допустимо. Пластинка и винты из титана для крепления костей находились в
организме животного несколько месяцев, причем имело место прорастание кости в нитки резьбы
винтов и в отверстие пластинки.
Преимущество титана заключается также в том, что на пластине образуется мышечная ткань.