Обширное применение титановых сплавов

Титан и подводные лодки

Зачем использовать такой дорогой материал, как титан для строительства подводных лодок? Этот выбор очень тесно связан со свойствами титана. Титан и его сплавы обладают превосходной прочностью, легкостью и коррозионной стойкостью, что делает их идеальными материалами для подводных лодок. Титановые сплавы обладают лучшей устойчивостью к давлению, чем сталь того же размера, что позволяет подводным лодкам погружаться глубже. Титановые подводные лодки могут погружаться ниже 4500 метров, что является пределом, недостижимым для стальных подводных лодок, которые рискуют повредить от давления воды выше 300 метров. Легкая природа титана также способствует более быстрой подводной навигации. Кроме того, его коррозионная стойкость гарантирует, что субмарины из титана более долговечны, чем их стальные аналоги.

Исключительная коррозионная стойкость титана означает, что он выдерживает различные коррозионные агенты, включая разбавленные серную кислоту, соляную кислоту, азотную кислоту, каустическую соду и даже разбавленные водяная цария. Только концентрированная серная кислота, соляная кислота и плавиковая кислота могут нарушить его защиту. Титановые сплавы исключительно хорошо работают во влажной атмосфере и морской воде, превосходя нержавеющую сталь по коррозионной стойкости. Эксперименты показали, что кусок чистого титана, погруженный в морскую воду на пять лет, остается блестящим и некорродированным после очистки от водорослей и морских организмов, тогда как сталь будет портиться.

Долговечность титана в морской воде гарантирует, что сделанные из него подводные лодки остаются нетронутыми после длительного погружения, что значительно продлевает срок их службы. Помимо корпусов, титан также используется в подводных трубопроводах и конденсаторе. Большинство подводных лодок и надводных кораблей в настоящее время используют титановые конденсаторы, которые редко нуждаются в замене, что снижает затраты на техническое обслуживание и позволяет избежать простоев.

В 1950-х годах Советский Союз впервые использовал титан на подводных лодках, показывая его на подводных лодках класса Альфа и класса Майк. К 1960-м годам они произвели первую в мире полностью титановую подводную лодку. Пик использования титана в подводных лодках иллюстрируется атомными подводными лодками класса «Тайфун», каждая из которых содержит более 9000 тонн титана.

Немагнитная природа титана имеет решающее значение в военных применениях, так как он не может быть обнаружен магнитными минами. Подводные лодки из титана менее восприимчивы к атакам магнитных мин и легче маскироваться. Традиционные методы обнаружения включают сонар и магнитометры, последние обнаруживают магнитные аномалии, вызванные крупными металлическими предметами. В отличие от стали, титан не является магнитным, что затрудняет его обнаружение с помощью магнитометров.

Титан и авиация

Титан (Ti)-это легкий металл с замечательной прочностью. Его плотность составляет всего 57% от плотности стали, но он соответствует стали по прочности и твердости, а некоторые высокопрочные титановые сплавы даже превосходят многие легированные стали. Кроме того, титан и его сплавы сохраняют прочность и стабильность при высоких температурах, хорошо работают при 500 ° C и даже выше в течение коротких периодов времени. Это делает титан незаменимым для сверхзвуковых самолетов, крылья которых могут достигать температуры 500 ° C. Алюминиевые сплавы, которые выходят из строя при более низких температурах, должны быть заменены титаном для удовлетворения этих требований.

После Второй мировой войны США быстро приняли титан для строительства самолетов. В 1950 году титан был впервые использован в истребителе-бомбардировщике для несущих компонентов. К 1960-м его использование распространялось на важные структурные компоненты, заменяя конструкционную сталь. Процент титана в военных авиационных конструкциях быстро вырос до 20-25%. Разведывательный самолет, разработанный в YF-12A, на 95% использовал титан, получив название «полностью титановый самолет».

После военного использования гражданские самолеты также широко использовали титан. «Титановые самолеты» могут снизить вес планера на 5 тонн, что позволит перевезти на 100 пассажиров больше. С 1970-х годов титан широко используется в гражданских самолетах, а Boeing 747 использует более 3640 кг титана. Boeing 777 и Airbus 380 используют 59 и 77 тонн титана в год соответственно. Доля титана в самолетах неуклонно растет, с 0,3% в Boeing 707 до 11% в Boeing 777.

Титан и космос

В аэрокосмическом секторе, где снижение веса имеет решающее значение, высокая удельная прочность титановых сплавов имеет неоценимое значение. На их долю приходится 5-30% массы космических ракет. ТитаниСплавы мкм поддерживают механические свойства на низких и ультра-низких температурах, делая их соответствующим для применений космоса. Они могут выдерживать экстремальные температуры, от более чем 100 ° C на освещенной солнцем стороне до ниже-100 ° C на теневой стороне космического корабля, сохраняя прочность и прочность.

Эффект памяти формы никель-титановых сплавов был использован в космических приложениях. Например, в антеннах лунного модуля использовались никель-титановые сплавы, которые при нагревании солнечным светом разворачиваются от компактной формы к исходной. Это свойство памяти формы делает никель-титановые сплавы лучшим выбором для таких применений.

Титан также использовался в миссиях по исследованию космоса, таких как зонд Juno к Юпитеру. Ожидается, что его применение будет расширяться в будущую космическую эру.

Другие виды использования титана

Титан и его сплавы использовались в общей промышленности со времен эпохи. Они служат превосходными коррозионно-стойкими материалами в химических реакторах. Например, компоненты, удерживающие горячую азотную кислоту, ранее изготовленные из нержавеющей стали, теперь используют титан, предлагая более длительный срок службы, несмотря на более высокие первоначальные затраты.

В медицинской хирургии биосовместимость титана делает его идеальным для имплантатов и протезирования. В отличие от нержавеющей стали, титановые имплантаты не нуждаются в удалении после заживления костей, так как они не ржавеют и хорошо интегрируются с костной тканью, образуя естественную связь с мышцами и костями.

Сильная реакционная способность титана при высоких температурах также выгодна при выплавке стали, где он удаляет азот из стали, что приводит к более чистым стальным слиткам. Свойства поглощения водорода из титаново-железных сплавов обеспечивают безопасное хранение, очистку и транспортировку водорода, что имеет решающее значение для применения в водородной энергетике.

В повседневной жизни титан вездесущ, от гольф-клубов, велосипедных рам и теннисных ракеток до инвалидных колясок и оправ для очков. Его легкий вес и прочность делают его идеальным для спортивного инвентаря, а его гипоаллергенные и эстетичные свойства подходят для очков. С 1980-х годов титан широко используется в оправах для очков.

Титановый сплав-это металлический материал с исключительными свойствами, включая высокую прочность, низкую плотность, отличную коррозионную стойкость и высокотемпературные характеристики. Его приложения охватывают аэрокосмическую, медицинскую, автомобильную и спортивную отрасли. Благодаря постоянным технологическим достижениям производительность и методы обработки титановых сплавов будут продолжать улучшаться, расширяя области их применения. Таким образом, титановые сплавы обладают большим потенциалом и перспективами развития.