Где же используется этот такой распространенный, но в то же время трудно добываемый и невероятно сложно обрабатываемый металл? О применении титана в промышленности мы хотим рассказать в следующем разделе.

 

Перспективы применения титана в промышленности

      Титан, как известно, помог человеку преодолеть звуковой барьер в авиации и выйти в космическое пространство. Развитие новой авиационной техники явилось в нашей стране главным стимулятором производства титана. И по сей день авиационная промышленность остается и главным потребителем титанового проката. Благодаря применению титановых сплавов в новых транспортных и пассажирских самолетах их использование самолетостроительными и моторостроительными предприятиями остается преобладающим.
В авиационной промышленности произведен большой комплекс работ по созданию оптимальных условий при производстве деталей и узлов из титановых сплавов. Наиболее важным итогом этих исследований можно считать освоение технологии изготовления высокоресурсных силовых конструкций, обеспечивающих высокие циклическую прочность и трещиностойкость. Широко внедрены титановые сплавы в производство сосудов высокого давления для авиационной и космической техники.

Высокие эксплуатационные характеристики титана в совокупности с современными технологическими и производственными достижениями открывают возможности для его использования в автомобилестроении. Этому способствует ужесточение законов, касающихся защиты окружающей среды, принимаемых в странах Европы, Северной Америки и в Японии.
Значительное сокращение расхода топлива, снижение объема выхлопных газов до уровня "нулевого выделения", а также расширение использования отходов производства и лома за счет их переплава - вот основные требования, предъявляемые к автомобилестроителям. Титан и титаносодержащие сплавы, обладающие рядом преимуществ, по сравнению с другими материалами, могут способствовать решению различных проблем, в частности проблемы защиты окружающей среды.
  При разработке новых конструкций деталей приоритетной задачей является снижение массы деталей, что в большей или меньшей степени влияет на движение самого автомобиля. Циклически движущиеся части и узлы обладают большими потенциальными возможностями сокращения расхода топлива прежде всего за счет уменьшения их массы. Надежность деталей из титана была проверена в течение нескольких лет на гоночных автомобилях и в ходе широкого использования в авиакосмической промышленности.
Помимо снижения массы деталей, использование титановых сплавов помогает решить проблему сокращения количества выхлопных газов. Возможности этого материала и область применения простираются начиная с выхлопных фильтров, турбо- и каталитических преобразователей для усиления процесса сгорания топлива и кончая устройствами для полной ликвидации выхлопных газов с помощью водородных накопителей, выполненных из титана.

Титан и его сплавы, как коррозонно-стойкие и биосовместимые материалы, в медицине известны достаточно давно. За последнее время интерес к данной области использования титана значительно возрос. Стремительное развитие медицинской сферы применения титана в значительной мере объясняется известным прогрессом в современной хирургии в области эндопротезирования суставов. Тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности титана и его сплавов, обеспечивает полную защиту металла от коррозии во многих средах, в том числе и физиологических. В этих условиях указанные материалы стойки не только к общей, но и к различным видам локальной коррозии, чего нельзя сказать о нержавеющих сталях. Многочисленные эксперименты, а также электронно-мискроскопические наблюдения свидетельствуют о прекрасной биологической совместимости титана и основных его сплавов с живой тканью. Костные и мягкие ткани хорошо прирастают к этим материалам, аналогично тому как это делают морские микроорганизмы и ракушки, составляя в соответствующих применениях проблему "обрастания" титана. Высокая удельная прочность и низкий модуль упругости титановых сплавов являются весьма благоприятным сочетанием свойств с тоячки зрения эндопротезирования. Титановые сплавы примерно в два раза менее жестки и легче, чем стали и кобальтовые сплавы, обладают высокими вязко-пластическими характеристиками. Потребление титана в медицине не ограничивается протезированием. Существуют и другие области, значение которых неуклонно растет (см. таблицу ниже).

 Также все более важная роль отводится ему при освоении глубин Мирового Океана. Наблюдаемые сегодня тенденции позволяют предположить, что титану суждено внести не менее значительный вклад и в освоение недр Земли.
Но только ли в промышленности используется титан? Насколько велика вероятность обычного человека столкнуться в своей жизни с изделиями из титана - прочными, легкими и красивыми, изделиями высокого класса и бесподобных характеристик? Вы можете узнать об этом, прочитав следующий раздел - "Применение титана в потребительской области"

 

Потребительские области применения титана*

Использование титана в спорте является наиболее долговременным и занимает наибольшую долю в применении титана в потребительских товарах. Причина популярности использования титана в спортивном инвентаре проста – он позволяет получить превосходящее любой другой металл соотношение веса и прочности. Использование титана в велосипедах началось примерно 25-30 лет назад и было первым применением титана в спортивном инвентаре. В основном используются трубы из сплава Тi 3Аl-2.5V (ASTM Grade 9). Другие части производимые из титановых сплавов включают в себя тормоза, звёздочки и пружины сидений.

Использование титана в производстве гольфовских клюшек впервые началось в конце 80-х – самом начале 90-х годов производителями клюшек в Японии. До 1994-1995 годов это применение титана было практически неизвестно в США и в Европе. Ситуация изменилась, когда компания Callaway представила на рынок свою титановую клюшку, производимую компанией Ruger Titanium и названную Great Big Bertha. В связи с очевидными преимуществами и с помощью хорошо продуманного компанией Callaway маркетинга, титановые клюшки моментально приобрели огромную популярность. В течение короткого периода времени титановые клюшки прошли путь от эксклюзивного и дорогого инвентаря небольшой группы игроков до широкого использования большинством гольфистов (по прежнему оставаясь более дорогими по сравнению со стальными клюшками).

Мы хотели бы привести основные, по-нашему мнению, тенденции развития гольфовского рынка:

• он прошел путь от высокотехнологичного до массового производства в короткий период 4-5 лет;

• следуя путем других производств с высокими трудозатратами (таких как производство одежды, игрушек и потребительской электроники), производство гольфовских клюшек ушло в страны с наиболее дешевой рабочей силой, – сначала на Тайвань, затем в Китай, и сейчас заводы строятся в странах с еще более дешевым трудом, таких как Вьетнам и Таиланд;

• титан определенно используется для драйверов (drivers), где его превосходные качества дают очевидное преимущество и оправдывают более высокую цену. Однако, титан пока еще не нашел очень широкого потребления на последующих клюшках (irons), так как значительное увеличение затрат не подкрепляется соответствующим улучшением игры;

• в настоящее время драйверы в основном производятся с кованой ударной поверхносью (face), кованым или литым верхом (crown plate) и литым низом (sole plate);

• недавно Профессиональная Гольфовская Ассоциация (PGA) разрешила увеличить верхний предел так называемого «коэффициента возврата» (coefficient of restitution), в связи с чем все производитеди клюшек будут стараться увеличить пружинящие свойства ударной поверхности. Для этого приходится уменьшить толщину ударной поверхности и использовать для нее более прочные сплавы, такие как SP700, 15-3-3-3 и ВТ-23.

Теперь остановимся на применении титана и его сплавов на другом спортивном оборудовании. Трубы для гоночных велосипедов и другие детали изготавливают из сплава ASTM Grade 9 (Ti 3Al-2.5V).

На удивление значительное количество титанового листа используется при производстве ножей для подводного плавания. Большинство производителей используют сплав Ti 6Al-4V, но этот сплав не обеспечивает долговечность кромки лезвия, как другие более прочные сплавы. Некоторые производители переключаются на использование сплава ВТ23. Розничная цена титановых ножей для подводного плавания составляет примерно 70-80 долларов.

Литые титановые подковы дают значительное уменьшение веса по сравнению со стальными, при этом обеспечивая необходимую прочность. К сожалению, это применение титана не вошло в жизнь, потому что титановые подковы искрили и пугали лошадей. Немногие согласятся использовать титановые подковы после первых неудачных опытов.

Компания Titanium Beach, расположенная в Ньюпорт Бич, Калифорния (Newport Beach, California), разработала лезвия для коньков из сплава Ti 6Al-4V. К сожалению, здесь опять проблема долговечности кромки лезвий. Мы думаем, что у этого продуктаесть шанс на жизнь при условии использования производителями более прочных сплавов, таких как 15-3-3-3 или ВТ-23.

Титан очень широко используется в альпинизме и туризме, практически для всех предметов, которые альпинисты и туристы несут в своих рюкзаках: бутылки, чашки (розничная цена 20-30 долларов), наборы для приготовления пищи (розничная цена примерно 50 долларов), столовая посуда, в основном сделанные из коммерчески чистого титана Grade 1 и 2.

Другими примерами альпинистского и туристского снаряжения являются компактные печки, стойки и крепления палаток, ледорубы и ледобуры.

Производители вооружения недавно начали производить титановые пистолеты как для спортивной стрельбы, так и для правоохранительных органов.

Потребительская электроника является достаточно новым и быстро растущим рынком для титана. Во многих случаях применение титана в потребительской электронике вызвано не только его великолепными свойствами, но также и привлекательным внешним видом изделий. Коммерчески чистый титан Grade 1 используется для производства корпусов портативных компьютеров, мобильных телефонов, плазменных телевизоров с плоским экраном и другого электронного оборудования. Использование титана в производстве динамиков обеспечивает лучшие аккустические свойства в связи с легкостью титана по сравнению со сталью, приводящей к увеличению аккустической чувствительности.

Титановые часы, впервые внедренные на рынок японскими производителями, сейчас являются одним из наиболее доступных и признанных потребительских титановых продуктов.

Мировое потребление титана в производстве традиционных и, так называемых, нательных (body jewelry) ювелирных изделий измеряется несколькими десятками тонн. Все чаще можно встретить титановые обручальные кольца, и уж конечно, люди носящие украшения на теле, просто обязаны использовать титан.

Титан широко используется в производстве морского крепежа и фурнитуры, где очень важно сочетание высокой коррозионной стойкости и прочности. Компания Atlas Ti, базирующаяся в Лос Анжелесе, производит широкий ассортимент этих продуктов из сплава ВТ3-1.

Использование титана в производстве инструмента впервые началось в Советском Союзе в начале 80-х годов, когда по заданию правительства были изготовлены легкие и удобные инструменты для облегчения труда рабочих. Советский гигант титанового производства ВСМПО производило в то время титановые лопаты, гвоздодеры, монтировки, топорики и ключи. Позднее японские и американские производители инструмента начали использовать титан в своей продукции.

Титан широко используется в медицине уже в течение многих лет. Преимущества – прочность, сопротивление коррозии, и главное то, что у некоторых людей возникает аллергия на никель (обязательный компонент нержавеющих сталей), в то время как ни у кого не обнаружена аллергия на титан. Используемые сплавы – коммерчески чистый титан и Ti 6-4 ELI. Титан используется в производстве хирургического инструмента, внутренних и внешних протезов, включая такие критические, как сердечный клапан. Из титана из гота вляют костыли и инвалидные коляски.

Применение титана в искусстве относится к 1967 году, когда в Москве был поставлен первый титановый монумент. В настоящий момент значительное число титановых монументов и зданий возведено практически на всех континентах, включая такие знаменитые, как музей Гугенхайма (Guggenheim Museum), построенный архитектором Френком Гери (Frank Gehry) в Бильбао. Материал очень нравится людям исскуства за цвет, внешний вид, прочность и сопротивление коррозии.

По этим причинам титан применяют в сувенирах и бижутерии/галантерее, где он успешно соперничает с такими драгоценными металлами, как серебро и даже золото.
(*) в разделе приведена статья из журнала "ТИТАН" №1, 2002 г.

Заключение

 Титан - это металл будущего, благодаря обширным запасам он имеет перспективу стать основным металлом грядущих лет, поскольку его характеристики выигрывают по сравнению с характеристиками железа и алюминия во всех областях применения. Титан изначально предназначался для использования в военной и оборонной промышленности, но с течением времени он получает все большее распространение в мирных областях - народном хозяйстве, гражданской авиации, медицине и морских исследованиях, спорте и автомобилестроении. На наших глазах космические и авиационные технологии прочно входят в нашу жизнь.
Да, нельзя сказать, что титан дешевый металл. Однако своими свойствами и качеством изделий (а изделия из титана отличаются исключительно качественным исполнением) титан доказал целесообразность своего применения вместо привычных нам железа и алюминия - с практической, экономической и экологической точек зрения. БУДУЩЕЕ - ЗА ТИТАНОМ!

Сводная таблица преимуществ титана