Сплавы титана и области применения.

Титан и его сплавы применяются главным образом в форме поковок и листов. Производство отливок из титана носит пока ограниченный характер из-за трудности подбора материала для литейных форм.

Для прокатки листов пользуются техническим титаном, содержащим до 1% примесей.

Есть сплавы, которые хорошо обрабатываются ковкой, штамповкой и прокаткой в горячем состоянии - сплавы ВТ3, ВТ3-1, ВТ6, ВТ8. Буквы и цифры, используемые в маркировке сплавов, ни на что не указывают.

Есть сплавы, которые хорошо прокатываются в горячем и холодном состоянии в листы и ленты - сплавы ВТ4, ОТ4, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6. Эти сплавы хорошо свариваются аргоно-дуговой сваркой, точечной, роликовой, стыковой. Эти сплавы используют для получения отливок. Ковочно-штамповочные сплавы не свариваются.

В области низких температур возрастает прочность сплавов, но пластичность и ударная вязкость падают.

При повышенных температурах прочность титановых сплавов снижается, при этом у некоторых сплавов несколько уменьшается и относительное удлинение. Например, у сплава ВТ3 при комнатной температуре σ_в=1050 МПа, при 500 ⁰С падает до 570 МПа.

В настоящее время разработаны композиции сплавов, способные работать длительное время при температурах около 600 ⁰С, а кратковременно около 900 ⁰С.

Титановые сплавы плохо сопротивляются трению, обладают пониженной износостойкостью. В сравнении с латунью и бронзой износ титановых сплавов в 15-30 раз больше износа этих металлов.

Титан и его сплавы, обладая целым рядом ценных свойств, находят широкое применение в морском судостроении, автомобильном и железнодорожном транспорте, химическом машиностроении, самолетостроении, в производстве медицинского инструмента и в других отраслях.

2. Производство титана.

2.1.Основные руды титана и извлечение титана из руд.

Титан является весьма распространенным металлом. Среди конструкционных материалов он занимает по распространенности четвертое место, уступая лишь алюминию, железу, магнию.

В земной коре содержится около 0,6 % титана. Его в 10 раз больше, чем вместе взятых таких хорошо известных металлов как марганец, хром, медь, ванадий, цинк, никель, кобальт, молибден, вольфрам и ниобий.

Основными рудами для получения титана являются рутил (ТiO₂) и ильменит (FеО∙ТiO₂).

Титан извлекают следующим образом: руду подвергают дроблению, затем путем механического обогащения удаляют пустую породу, а полученный концентрат с высоким содержанием титановых минералов обрабатывают крепкой серной кислотой. В результате железо и титан переходят в растворимые сульфаты. В полученный раствор вводят железную стружку, которая восстанавливает трехвалентное железо до двухвалентного. Это железо выкристаллизовывается при температуре -2…-5 ⁰С. Таким образом из раствора удаляется железо.

Оставшийся осадок прокаливают при температуре 850…900 ⁰С, в результате чего получают двуокись титана.

Для извлечения двуокиси титана из руд пользуются также электротермическим способом.

Ильменитовую руду смешивают с углем или коксом и подвергают восстановительной плавке в электродуговых печах. При этом окислы железа, восстанавливаясь, образуют чугун, а окислы титана переходят в шлак. Содержание двуокиси титана в шлаке может достигать 70…80 %. Эти шлаки служат переходным сырьем для получения двуокиси титана или используются для непосредственного получения четыреххлористого титана, из которого в дальнейшем получают металлический титан.

Наиболее распространенным способом получения металлического титана является магниетермический способ (процесс Кролля), сущность которого сводится к следующему: полученную любым способом двуокись титана подвергают хлорированию и превращают в четыреххлористый титан. Затем четыреххлористый титан восстанавливают металлическим магнием, в результате чего получают металлический титан и хлористый магний.