Промышленное производство и применение титановых листов и плит

Титан в современной жизни

Значение титана и деталей из него в нашей жизни чрезвычайной велико. Благодаря своим исключительным физико-механическим и техническим характеристикам титан превосходит большую часть металлов, в том числе и наиболее распространенные – медь, сталь, алюминий. Конструкционные детали и элементы, изготовленные из титана, отличаются высокой прочностью, удельным электросопротивлением, стойкостью к коррозии, резким колебаниям температур, отрицательным воздействиям агрессивных сред, и другими эксплуатационными свойствами. Небольшой удельный вес, составляющий всего лишь 56% удельного веса высоколегированной стали, делает титан незаменимым в современной промышленности и позволяет говорить об универсальном и уникальном конструкционном материале. Используется титан и детали из него в различных областях промышленности, в том числе в авиастроении и в ракетостроении, в химической, нефтяной, пищевой, медицинской отраслях, в области атомной энергетики, в машиностроении, электронике.

История производства титана в России

В нашей стране титан и детали из него начали производиться в пятидесятых годах прошлого столетия. Эта сфера промышленности развивалась семимильными шагами, благодаря чему всего за тридцать лет – с 1960 по 1990 годы – в СССР было организовано одно из самых крупных производств титана. В конце восьмидесятых годов XX века объемы производства титана опережали эти показатели в других странах мира.

С 1990 года началось постепенное сокращение производства деталей из титана. Уже в 1993 году конструкционных элементов из титана было выпущено на 70% меньше, чем в 1989 году. Однако спад производства титановых листов, пластин и других элементов был временным: в виду увеличения выпуска авиационной, ракетной техники, стремительного развития химической промышленности спрос на титановую продукцию вновь увеличивается.

Марки титановых сплавов

Благодаря добавлению к чистому титану специальных соединений и других металлов появляется возможность производить материал с заданными физико-механическими параметрами и эксплуатационными характеристиками.

В настоящее время маркировка титановых сплавов осуществляется с помощью букв ВТ или ОТ с порядковыми номерами. Специалисты выделают три группы титановых сплавов, классифицирующихся по механической прочности:

• ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-1 – до 700 МПа
• ВТ3-1, ОТ4, ВТ5, ВТ5-1 и другие – от 700 МПа до 1000 МПа
• ВТ6, ВТ14, ВТ15 и другие – свыше 1000 МПа

По своему техническому назначению титановые сплавы бывают литейными и деформируемыми. Литейные сплавы предназначены для получения изделий методом литья. Изделия из деформируемых сплавов получают путем обработки заготовок давлением.

В промышленности используется также классификация сплавов из титана по составу легирующих элементов.
Способ производства титановых сплавов с добавлением:

• α-структур (углерода, кислорода, алюминия, азота) позволяет получать материал, отличающийся прекрасной термической стабильностью, высокой прочностью и хорошей свариваемостью;
• β-структур (хрома, никеля, молибдена, ванадия, железа) позволяет получить сплавы с отличными характеристиками свариваемости, а также высокопрочные и технологически современные материалы;
• (α+β)-структур предполагает, что исходный материал будет отличаться большей технологичностью и лучшей устойчивостью к обработке давлением.

Титановые плиты и их производство

Титановые плиты изготовляются в соответствии с техническим регламентом ГОСТ 23755-79. Для их изготовления чаще всего используется титан марки ВТ1-0, а также сплавы из титана, имеющие маркировку ВТ14, ОТ4 с химическим составом, определенном в ГОСТ 19807-74.

Титановая плита изготовляется с использованием одного из двух способов производства. Использование первого способа позволяет получить горячекатаные плиты без предварительной термической обработки. Второй способ предполагает производство отожженных плит из титана. В результате отжига наблюдается улучшение микроструктуры и достижение большей однородности металла, а также снятие внутренних механических напряжений.

Заключительная обработка детали может осуществляться с травлением или без него. Высококачественное изделие имеет абсолютно гладкую и ровную поверхность без следов окалин, расслоений, трещин.

Современные производители изготовляют титановые плиты разных типоразмеров. Данные постоянно обновляются, что позволяет производить детали, отвечающие потребностям заказчиков.

Титановые листы и их производство

Титановый лист представляет собой сплошной профиль прямоугольного сечения. Для производства конструктивных элементов используется титан и его сплавы. В процессе отбора, подготовки материала, а также изготовления титановых листов специалисты придерживаются рекомендаций ГОСТ 22178-76, ГОСТ 19807-74, ОСТ 1 90013-81 и ГОСТ 24231-80.

По способу производства титановые листы бывают:
• отожженные и правленые;
• отожженные с дополнительной обработкой – правкой и прогладкой.

Различают титановые листы по качеству отделки поверхности:
• обычной отделки;
• высокой отделки, маркированы буквой В;
• повышенной отделки, маркированы буквой П.

Титановые листы представлены широким рядом типоразмеров, который постоянно обновляется. Продукция отличается повышенной прочностью, легкостью, низкой теплопроводностью и хорошей пластичностью.

Сферы использования титановых плит и листов

Авиастроение

Листы из титана применяются для производства конструктивных деталей вертолетов и самолетов – корпусов, винтов, двигателей, крепежа и других элементов. Так, в современных моделях планеров 20% всех деталей изготовляются из титана и его сплавов. В моделях авиалайнеров типа Boeing 787 Dreamliner количество титановых деталей составляет 30% от всех элементов. В авиастроительстве титан используется для обеспечения надежности конструкции самолетов и вертолетов, для снижения веса, для обеспечения долговечности, а также для снижения затрат на конструирование авиационного средства.

Ракетостроение

Титан – один из основных материалов, используемых при конструировании космического корабля «Восток», на котором Юрий Гагарин совершил первый полет в космос, а также в пилотируемых и беспилотных кораблях «Союз», «Марс», «Луна», «Венера». Используются титан для изготовления корпусов баллистических ракет, для производства радиоантенн, для создания каркасов солнечных батарей, в качестве конструктивных элементов двигателей космических кораблей.

Химическая и нефтяная промышленность

Титановые листы и пластины используются для производства химического оборудования. Изделия из титана снижают стоимость затрат на производство такого оборудования, обеспечивают высокую работоспособность приборов и устройств, которые могут продолжительное время эксплуатироваться в агрессивных средах.

Из титана изготовляют компрессоры и фильтры, насосы и трубопроводы, а также важнейшие узлы и другие детали. Использование титана в химической промышленности позволило наладить масштабное производство хлора и калия, мочевины и соды, отбеливающих средств, средств бытовой химии.

Рисунок 1. Титановый электрод с покрытием для хлорирования воды в бассейне

Судостроение

Способность титана противостоять коррозии по достоинству была оценена инженерами, проектирующими морские суда. В настоящее время из титановых листов и плит изготовляются различные конструкционные элементы морских судов: обшивка корпусов, двигатели, теплообменники, гребные винты, детали морских измерительных приборов. Титан выдерживает механические нагрузки, долговечен и обеспечивает простое техническое обслуживание деталей, изготовленных из него.

Другие отрасли

Титановые листы и плиты также используются в некоторых других областях промышленности. Скажем, в медицине, где из сплавов изготовляют не только инструменты, но и части искусственных органов. Применяется он и в атомной энергетике, в пищевой промышленности, в машиностроении, в электронике – для производства корпусов мобильных телефонов, планшетных компьютеров и других гаджетов. Со временем сфера использования титановых плит и листов расширяется, что позволяет изготовлять конструкции, детали, элементы, отвечающие различным требованиям потребителей.