Titan metalliga oid bilimlarning qisqacha mazmuni

Titan metalini birinchi marta 1791 yilda Gregor ismli ingliz havaskor mineralogi kashf etgan. 1795 yilda nemis kimyogari Klaprus bu noma'lum metall moddani yunon xudosi Titanlar sharafiga nomladi. Xitoycha-inglizcha tarjimasi "titanium". Titan er yuzida juda ko'p. 140 dan ortiq titan minerallari ma'lum, ammo asosiy sanoat ilovalari ilmenit va rutildir. Ular orasida Xitoyning ilmenit zahiralari jahon zahiralarining 28% ni tashkil etib, dunyoda birinchi o'rinda turadi.

Titan butun dunyoda tan olingan zaharli bo'lmagan elementdir, ammo uni qazib olish va ishlab chiqarish xarajatlari yuqori va qimmat. Yuqori va past haroratga chidamlilik, kuchli kislota va gidroksidi qarshilik, yuqori quvvat va past zichlik kabi bir qator malakalarga ega bo'lgani uchun u NASA raketalari va sun'iy yo'ldosh modellari uchun maxsus materialga aylandi. U mening mamlakatimning Yutu, J-20, Shandong samolyot tashuvchi kemasi va boshqa super loyihalarda ham qo‘llanilgan. 1980-yillarda fuqarolik sohasiga kirganidan so'ng, tabiiy antibakterial va biofil xususiyatlari tufayli oziq-ovqat sanoatida "faxriy metall qiroli" bo'ldi.
mening mamlakatim titan sanoati 1950-yillarda boshlangan. -1960yillarning oʻrtalariga kelib, mening mamlakatim titan shimgichni va titanni qayta ishlash va ishlab chiqarish zavodlarini mos ravishda Zunyi va Baoji shaharlarida qurdi, demak, mening mamlakatim titan sanoatining jahondagi qudratli davlatlaridan biriga aylandi. 21-asrga kirib, mening mamlakatim titan sanoati jadal rivojlanishning yangi davriga kirdi, titan ishlab chiqarish quvvati dunyoda birinchi o'rinni egalladi.

Toza titan
Sanoat sof titanium yoki tijorat sof titanium sifatida ham tanilgan, u nopoklik elementlari tarkibiga ko'ra tasniflanadi. U mukammal shtamplash jarayoni va payvandlash ko'rsatkichlariga ega, issiqlik bilan ishlov berish va struktura turiga sezgir emas va qoniqarli plastika sharoitida ma'lum bir kuchga ega. Uning kuchi asosan kislorod va azot oraliq elementlarning tarkibiga bog'liq. 99,5% sanoat sof titanining xossalari quyidagilardir: zichligi P=4.5g/sm3, erish nuqtasi 1800 daraja, issiqlik oʻtkazuvchanligi l=15.24W/(MK), valentlik kuchi sb=539 MPa, cho'zilish: d=25%, maydonning qisqarishi Tezlik ps=25%, elastik moduli E=1,078×105MPa va qattiqlik HB195.
Titan qotishmasi
Titan qotishmasi titanga asoslangan va boshqa elementlar bilan qo'shilgan qotishma. Bu nisbatan yosh metall bo‘lib, kashf etilganiga endigina oltmish-etmish yil bo‘lgan. Titan qotishma materiallari engil vazn, yuqori quvvat, past elastiklik, yuqori haroratga chidamlilik va korroziyaga chidamlilik xususiyatlariga ega. Ular asosan aerokosmik dvigatellar, raketalar, raketalar va boshqa komponentlarda qo'llaniladi. Titan ikkita izomorf kristalga ega. Titan 1720 daraja erish nuqtasiga ega bo'lgan izomerdir. U 882 darajadan past bo'lgan yaqin o'ralgan olti burchakli panjara tuzilishiga ega va titanium deb ataladi; u 882 darajadan yuqori tana markazli tuzilishga ega. Beta titanium deb ataladigan kubik panjara strukturasi titaniumning yuqoridagi ikkita strukturasining turli xil xususiyatlaridan foydalanadi, tegishli qotishma elementlarini qo'shadi va turli tuzilmalarga ega titanium qotishmalarini (titanium qotishmalarini) olish uchun uning faza o'zgarishi harorati va faza tarkibini asta-sekin o'zgartiradi.
Titan qotishma elementlarini fazaviy oʻtish haroratiga taʼsiriga koʻra uch toifaga boʻlish mumkin: ① Fazani barqarorlashtiruvchi va fazaga oʻtish haroratini oshiradigan elementlar alyuminiy, magniy, kislorod, azot va boshqalar kabi barqaror elementlardir. Ular orasida, alyuminiy titanium qotishmasining asosiy qotishma elementidir. Qotishmaning normal va yuqori harorat kuchini yaxshilash, solishtirma og'irlikni kamaytirish va elastiklikni oshirishga aniq ta'sir ko'rsatadi. ② Fazani barqarorlashtiruvchi va fazaga o'tish haroratini pasaytiradigan elementlar - barqarorlashtiruvchi elementlardir. Uni ikki turga bo'lish mumkin: izomorf va evtekoid. Birinchisiga molibden, niobiy, vanadiy va boshqalar kiradi; ikkinchisi xrom, marganets, mis, kremniy va boshqalarni o'z ichiga oladi. ③ Fazali o'tish haroratiga ozgina ta'sir qiladigan elementlar neytral elementlar, shu jumladan sirkoniy, qalay va boshqalar.

TA1 (Amerika standarti Gr1)
Gr1 titanium sanoat toza titanning to'rtta navidan birinchisidir. Bu navlarning eng yumshoq va egiluvchanidir. U maksimal shakllanuvchanlik, mukammal korroziyaga chidamlilik va yuqori zarba chidamliligini ta'minlaydi. 1-sinf shakllantirish qulayligini talab qiladigan har qanday dastur uchun tanlangan materialdir va odatda titanium plastinka va titanium naycha sifatida ishlatiladi.
TA2 (Amerika standarti Gr2) darajasi
2-darajali titan ko'p qirraliligi va keng mavjudligi tufayli tijorat sof titan sanoatining "ishchi kuchi" sifatida tanilgan. U 1-darajali titan bilan bir xil xususiyatlarga ega, ammo biroz kuchliroq. Ikkalasi ham bir xil korroziyaga chidamliligiga ega. Bu sinf yaxshi payvandlanish, mustahkamlik, egiluvchanlik va shakllanuvchanlikka ega. Bu 2-darajali titan novdalar va plitalarni qurilish, elektr energiyasi ishlab chiqarish va tibbiyot sanoati kabi ko'plab ilovalar uchun birinchi tanlovga aylantiradi.
TA3 (Amerika standarti Gr3) darajasi
Bu sinfda hech bo'lmaganda sof titanium ishlatiladi, ammo bu uning qiymatini kamaytirmaydi. Gr3 navi Gr1 va Gr2 navlariga qaraganda kuchliroq va shunga o'xshash egiluvchanlikka ega, ammo ozgina shakllanish qobiliyatiga ega. Ammo u avvalgisidan yuqori mexanik xususiyatlarga ega. Gr3 darajasi aerokosmik, kimyoviy ishlov berish, dengiz sanoati va boshqalar kabi o'rtacha kuch va asosiy korroziyaga chidamliligini talab qiladigan ilovalarda qo'llaniladi.
TA4 (Amerika standarti Gr4) darajasi
Gr4 sinfi titaniumning to'rt turidan eng kuchlisi hisoblanadi. Shuningdek, u mukammal korroziyaga chidamliligi, yaxshi shakllanuvchanligi va payvandlanishi bilan mashhur. Havo korpusining ba'zi qismlarida, kriogenli idishlarda, issiqlik almashtirgichlarda va yuqori aniqlikni talab qiladigan boshqa ilovalarda qo'llaniladi.
TA9 (Amerika standarti Gr7) darajasi
Gr7 darajasi mexanik va fizik jihatdan 2-darajali bilan bir xil, bundan tashqari uni qotishma qilish uchun palladiy oraliq elementi qo'shilgan. 7-sinf mukammal payvandlash va ishlash qobiliyatini ta'minlaydi va barcha titanium qotishmalari orasida eng korroziyaga chidamli hisoblanadi. Aslida, bu qaytaruvchi kislotalarning korroziyaga eng chidamliidir. 7-darajali kimyoviy jarayon va ishlab chiqarish uskunalari komponentlari uchun ishlatiladi. Gr7 juda korroziyaga chidamli, ayniqsa kislotali muhitni kamaytirishda.
TA9-1 (Amerika standarti Gr11) baho
Gr11 navi Gr1 naviga juda o'xshaydi, bundan tashqari korroziyaga chidamliligini oshirish uchun oz miqdorda palladiy qo'shilib, uni qotishma qiladi. Ushbu korroziyaga chidamlilik yoriqlar korroziyasini oldini olish va xloridli muhitda kislotalarni kamaytirish uchun ishlatilishi mumkin. Boshqa foydali xususiyatlar orasida optimal egiluvchanlik, sovuq shakllanish, foydali kuch, zarbaga chidamlilik va mukammal payvandlanish mavjud. Ushbu qotishma 1-sinf titanium bilan bir xil ilovalarda, ayniqsa korroziya talab qilinadigan joylarda ishlatilishi mumkin.
Ti 6Al-4V (milliy standart TC4, Amerika standarti Gr5) darajasi
Ti6Al-4V yoki 5-sinf titan titanium qotishmalarining "ishchi kuchi" sifatida tanilgan va barcha titanium qotishmalari ichida eng ko'p qo'llaniladi. Dunyodagi umumiy titan iste'molining 50% ni tashkil qiladi. Uning qulayligi uning ko'plab afzalliklaridadir. Ti6Al-4V quvvatini oshirish uchun issiqlik bilan ishlov berish mumkin. U 600 daraja F gacha bo'lgan ish haroratiga ega bo'lgan payvandlangan tuzilmalarda qo'llanilishi mumkin. Qotishma yuqori quvvat, engil, yaxshi shakllanuvchanlik va yuqori korroziyaga chidamlilikni birlashtiradi. Ti6AI-4V ning mavjudligi uni aerokosmik, tibbiyot, dengiz va kimyoviy qayta ishlash sanoati kabi bir qancha sohalar uchun eng yaxshi qotishma qiladi. U quyidagi kabi texnik tarkibni yaratish uchun ishlatilishi mumkin:

samolyot turbinasi
dvigatel qismlari
samolyot konstruktiv qismlari
Aerokosmik mahkamlagichlar
Yuqori samarali avtomatlashtirish qismlari
Dengiz ilovalari
Sport jihozlari
Ti 6AL-4V ELI (milliy standart TC4ELI, Amerika standarti Gr23) darajasi
Ti 6AL-4V ELI yoki Gr23 navi Ti 6Al-4V ning yuqori tozalik shaklidir. U rulonlar, simlar, simlar yoki tekis simlar shaklida tayyorlanishi mumkin. Bu yuqori quvvat, engil vazn, yaxshi korroziyaga chidamlilik va yuqori qattiqlikni talab qiladigan har qanday vaziyat uchun birinchi tanlovdir. Boshqa qotishmalarga mukammal darajada zarar ko'rish qobiliyatiga ega. Ushbu afzalliklar Gr23 navini eng yuqori stomatologik va tibbiy titan darajasiga aylantiradi. Biologik muvofiqligi, yaxshi charchoq kuchi va past moduli tufayli u implantatsiya qilinadigan komponentlar kabi biomedikal dasturlarda qo'llanilishi mumkin. Bundan tashqari, batafsil jarrohlik muolajalar uchun ham foydalanish mumkin, masalan:
Ortopedik kabel
Ortopedik pinlar va vintlardek
bog'lash
bo'g'imlarni almashtirish jarrohlikda
kriogen konteyner
Ortodontik asboblar
jarrohlik implantlari
suyakni mahkamlash moslamasi
TA10 (Amerika standarti Gr12) darajasi
Gr12 markali titanium qotishmalari yuqori sifatli payvandlanishi tufayli "A'lo" bahosini oladi. Bu yuqori haroratlarda katta quvvatni ta'minlaydigan juda bardoshli qotishma. Gr12 toifali titanium 300 seriyali zanglamaydigan po'latga o'xshash xususiyatlarga ega. Qotishma press hosil qilish, gidroformatsiyalash, cho'zish shakllantirish yoki tomchi vazn usuli yordamida issiq yoki sovuq shakllangan bo'lishi mumkin. Uning turli yo'llar bilan shakllanishi qobiliyati uni ko'plab ilovalarda foydali qiladi. Qotishmaning yuqori korroziyaga chidamliligi uni yoriqlar korroziyasi tashvishga soladigan uskunalarni ishlab chiqarish uchun ham bebaho qiladi. Gr12 sinfi quyidagi sanoat va ilovalarda qo'llanilishi mumkin:
Uy-joy va issiqlik almashtirgich
Gidrometallurgiyada qo'llanilishi
Yuqori haroratli kimyoviy ishlab chiqarish
Dengiz va aviatsiya komponentlari
Titan 5Al-2.5Sn
Ti 5Al-2.5Sn issiqlik bilan ishlov berilmaydigan qotishma bo'lib, yaxshi payvandlash va barqarorlikni ta'minlaydi. Bundan tashqari, u yuqori harorat barqarorligi, yuqori quvvat, yaxshi korroziyaga chidamliligi va yaxshi o'rmalanish qarshiligiga ega. Tortishish - bu uzoq vaqt davomida yuqori haroratlarda yuzaga keladigan plastik deformatsiya hodisasi. Ti 5Al-2.5Sn asosan samolyotlar va havo kemalari, shuningdek, kriyojenik ilovalarda qo'llaniladi.

Titan va titanium qotishma materiallari zaxiralarda ko'p bo'lsa-da, ular juda qimmat. Buning sababi shundaki, titan yuqori harorat sharoitida juda kam kimyoviy faollikka ega va uning eritish texnologiyasi va ish muhiti juda qattiq. Uni yuqori harorat va vakuum sharoitida eritish kerak va harorat ko'pincha 800 darajadan yuqori bo'ladi, bu po'latdan ko'ra eritish ancha qiyin. Shuning uchun, titanium qotishmasi haqida gap ketganda, odamlar bu past ishlab chiqarish, yuqori narx va bir nechta ilovalar bilan yuqori sifatli metall material deb o'ylashadi.
Hozirgi vaqtda titanium qotishmalarining engil vazni, yuqori mustahkamligi va yuqori haroratga chidamliligi kabi ajoyib xususiyatlari tufayli titanium va titanium qotishma materiallari turli mamlakatlarda zamonaviy qurollar va milliy qurollarni ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. aerokosmik sohada foydalanish uchun javob beradi. Qo'llash sohalariga misollar:

kimyo sanoati
⑴Soda kul sanoati
Alkali ishlab chiqarish sanoatida titaniumli muzlatgichlarning paydo bo'lishi asossiz an'anaviy sovutish jarayonlari natijasida kelib chiqqan malakasiz xlor gazi muammosini samarali hal qilishi mumkin. Shu bilan birga, u xlor-ishqor sanoatining ishlab chiqarish ko'rinishini o'zgartirdi. Titan qotishmasidan tayyorlangan muzlatgichning xizmat qilish muddati 20 yilgacha bo'lishi mumkin.
⑵ Tuz sanoati
Hozirgi vaqtda tuz ishlab chiqarishning yanada rivojlangan jarayoni vakuumli tuz ishlab chiqarishdir. Ushbu jarayon natijasida hosil bo'lgan yuqori haroratli konsentrlangan sho'r suv uglerodli po'lat konstruktsiyaga jiddiy zarar etkazadi va uskunaning tomizilishiga olib keladi. Isitish kamerasi va bug'lanish kamerasi titaniumli po'latdan yasalgan kompozit tuzilmani qabul qiladi, bu tuz shkalasini samarali ravishda oldini oladi va tuz ishlab chiqarish sifatini yaxshilaydi. Shu bilan birga, bug'lanish jarayonida quvur devoridagi yuqori konsentratsiyali sho'r suvning korroziyasini kamaytirishi va parvarishlash davrini uzaytirishi mumkin.
Aerokosmik soha
⑴Aviatsiya sanoati
Aviatsiyada titanium qotishmalarini qo'llash samolyot konstruktsiyalari uchun titanium qotishmalariga va dvigatel konstruktsiyalari uchun titanium qotishmalariga bo'linadi. Samolyot titanium qotishma konstruktiv qismlarining asosiy qo'llaniladigan qismlariga qo'nish moslamalari qismlari, ramkalar, nurlar, fyuzelaj terilari, issiqlik qalqonlari va boshqalar kiradi. Rossiyaning IL{0}} samolyoti kalit ishlab chiqarish uchun yuqori quvvatli BT22 titanium qotishmasidan foydalanadi. qo'nish moslamasi va yuk kabi komponentlar - yuk ko'taruvchi nur; Boeing 747 asosiy qo'nish moslamasining uzatuvchi nuri Ti-6Al-4V. Soxta uzunligi 6,20 metr, kengligi 0,95 metr, massasi esa 1545 kilogramm; C-17 samolyotining gorizontal stabilizator milining asosiy qismlari yuqori quvvatli va mustahkam Ti-62222S titanium qotishmasidan yasalgan. Aerokosmik dvigatellarda titanium qotishmalari kompressor disklari, pichoqlar, barabanlar, yuqori bosimli kompressor rotorlari, kompressor korpuslari va boshqalarda qo'llaniladi. Boeing 747-8GENX dvigateli fan pichoqlarining oldingi qirralari va uchlari titanium qotishma himoya qoplamalaridan foydalanadi, Bu 10-yil xizmat muddati ichida faqat uch marta almashtirilishi mumkin.
⑵Aerokosmik sanoati
Aerokosmik transport vositalarining ish sharoitlari juda ekstremaldir. Materiallarning konstruktiv dizayni uchun zarur bo'lgan ajoyib texnologiyadan tashqari, materiallarning o'zlarining mukammal ishlashi va funktsiyalari ham muhimdir. Shuning uchun titanium qotishmalari ko'plab materiallar orasida ajralib turadi. Aerokosmik asbob-uskunalar nuqtai nazaridan, 1960-yillarda AQSh Apollon dasturining ikki qavatli kabinasi va havo o'tkazmaydigan kabina qanotlari va qovurg'alari Ti-5Al-2.5Sn, ichki qoplamasi esa ... toza titan; Germaniyaning MT Aerospace kompaniyasi tomonidan tayyorlangan. Yuqori quvvatli Ti-15V-3Cr qotishma qo'zg'alish tizimining yonilg'i baki Yevropa Alpha aloqa sun'iy yo'ldosh giganti platformasida ishlatiladi; Rossiya titanium qotishmalari aerokosmik muhandislikda ko'plab ilovalarga ega. Misol uchun, energiya tashuvchisi BT23 titanium qotishmasidan 3,5 tonna og'irlikdagi yirik zarb zarblaridan va Forgingsdan foydalanadi. Bundan tashqari, titanium qotishmalari suyuq yonilg'i raketa dvigatellarining yonilg'i baklarida, kriogen suyuqlik saqlash tanklarida, suyuq vodorod uzatish nasosining pervanellarida va boshqalarda ham qo'llaniladi.
Xuddi shunday, mahalliy aerokosmik muhandislikning jadal rivojlanishida titanium qotishmalari ham keng qo'llanilgan. 1970 yildagi Vostok{0}} sunʼiy yoʻldoshidan hozirgi Shenchjou seriyali kosmik kemasi, Chang'e zondlari va boshqalargacha titanium qotishmalari ishlatilgan. Bundan tashqari, titanium qotishmalari mamlakatimizda ishlab chiqilgan suyuq vodorod muhitida qo'llaniladi. Past haroratli Ti-5Al-2.5Sn ELI titanium qotishma gaz ballonlari Long March seriyali raketalarda ishlatilgan; Harbin Texnologiya Instituti oy rover jantlarini tayyorlash uchun Gr5 titanium qotishmasidan foydalanadi; Bundan tashqari, mening mamlakatim raketa dvigatellari korpuslari va nozullarini Quvurlar va boshqa komponentlarni ishlab chiqarish uchun BT20 kabi yuqori quvvatli titanium qotishmalaridan ham foydalanadi.
Kema maydoni
Titan va titan qotishmalari yadroviy suv osti kemalarida, chuqur suv osti kemalarida, atom muzqaymoqlarida, gidrofoillarda, hoverkraftlarda, mina qo'riqlash kemalarida, parvonalarda, qamchi antennalarda, dengiz suvi quvurlarida, kondensatorlarda, issiqlik almashtirgichlarda, akustik qurilmalarda, yong'inga qarshi uskunalarda va boshqalarda keng qo'llaniladi. Masalan, Amerikaning "Haiya" chuqur suv osti kemasi titanium qotishma kuzatuv kabinasi va boshqaruv kabinasi bilan jihozlangan, sho'ng'in chuqurligi 6100 m gacha; Yaponiyaning Toho Titanium kompaniyasi va Fuji New Shipbuilding tomonidan birgalikda qurilgan to'liq titanli "Morris Sky 2" tezyurar qayig'i Amerika Qo'shma Shtatlarida bir muncha vaqt mashhur bo'lgan; mening mamlakatimning birinchi o'z-o'zidan ishlab chiqilgan va o'z-o'zidan integratsiyalangan boshqariladigan suv osti kemasi "Jiaolong" ham titanium qotishmasidan foydalanilgan. "Jiaolong" ning ishlash ko'lami dunyo dengiz hududining 99,8 foizini qamrab oladi.

Titan va titanium qotishmalari sezilarli yutuqlarga erishgan bo'lsa-da, mavjud muammolar ham oshkor bo'ldi va titanium qotishmalarini ishlab chiqish ham katta muammolarga duch kelmoqda. Asosan quyidagi uchta jihatda aks ettirilgan:
1) Ishlab chiqarish nuqtai nazaridan
Mamlakatimiz titan sanoati bo'yicha katta davlat bo'lsa-da, u juda ko'p sifatli mahsulotlar ishlab chiqarmaydi va maxsus xususiyatlarga ega titan mahsulotlarining kamroq turlari mavjud. Ikkinchidan, mening mamlakatim hali ham titan chiziqlari va titaniumli ekstrudirovka qilingan profillarni barqaror ravishda ommaviy ishlab chiqarishga qodir emas, bu aerokosmik sohada titanium va titanium qotishmalaridan foydalanishni cheklaydi. , dengiz va boshqa sohalarda ishlab chiqish va foydalanish. Aerodinamiklarning titan iste'molini taxminan 50% ga oshirish hali ham juda qiyin.
2) ishlash
Titan metalli yuqori kimyoviy faol va boshqa elementlar bilan oson ifloslanganligi sababli, titanium qotishmalarini qayta ishlash va ishlab chiqarish texnologiyasi juda talabchan. Shu bilan birga, qayta ishlangan yuqori unumdor mahsulotlarning mexanik, fizik, kimyoviy va texnologik xususiyatlarini har tomonlama hisobga olish kerak. Mavjud titanium qotishmalari 600 darajadan yuqori bo'lsa, ularning emirilish qarshiligi va yuqori haroratli oksidlanish qarshiligi keskin pasayadi, bu titanium qotishmalarining kengaytirilgan qo'llanilishini cheklaydigan ikkita asosiy to'siqdir.
3) Narx tomoni
Hozirgi vaqtda turli mamlakatlar titanium qotishmalarini qo'llash xarajatlarini kamaytirish uchun ko'p ishlamoqda va ko'plab natijalarga erishdi. Ammo mamlakatimizdagi hozirgi vaziyatdan kelib chiqadigan bo'lsak, mamlakatimiz boshqaruvi va texnik darajasi hali ideal darajaga chiqmagan. Mahalliy titanium qotishma mahsulotlarining narxi xalqaro miqyosda nisbatan raqobatbardoshdir. Kambag'al va foydalanishni yanada kengaytirishga yordam bermaydi.
Hozirgi vaqtda titanium qotishmalarining asosiy qo'llanilishi aerokosmik va boshqa harbiy sohalardir. Kundalik hayotda keng qo'llaniladigan avtomobillar, poezdlar, tezyurar temir yo'l va fuqarolik sohalari kabi yangi dastur sohalarini rivojlantirish hali ham keng qo'llash istiqbollariga ega. Bundan tashqari, qimmatbaho qotishma elementlarini arzonroq elementlar bilan almashtirish va texnik vositalar orqali titanium qotishma qismlarining narxini pasaytirish kelajakdagi titanium qotishma tadqiqot ishlarida muhim mavzulardir. Kelajakda yuqori darajadagi ilovalar uchun titanium qotishmalarini arzon narxlarda ishlab chiqarishga erishilgandan so'ng, titanium qotishmalari turli sohalarda qo'llaniladi.