Yfirlit yfir þekkingu sem tengist títanmálmi

Títanmálmur var fyrst uppgötvaður árið 1791 af breskum áhugamannasteinafræðingi að nafni Gregor. Árið 1795 nefndi þýski efnafræðingurinn Klaprus þetta óþekkta málmefni eftir gríska guðinum Titans. Kínverska-enska þýðingin er "títan". Títan er mikið á jörðinni. Það eru meira en 140 þekkt títan steinefni, en helstu iðnaðarnotkunin er ilmenít og rútíl. Þar á meðal eru ilmenítforði Kína 28% af alþjóðlegum forða, sem er í fyrsta sæti í heiminum.

Títan er eitrað frumefni sem viðurkennt er um allan heim, en námu- og framleiðslukostnaður þess er hár og dýr. Vegna þess að það hefur röð af hæfileikum eins og viðnám við háan og lágan hita, sterka sýru- og basaviðnám, mikinn styrk og lágan þéttleika, hefur það orðið sérstakt efni fyrir NASA eldflaugar og gervihnattalíkön. Það hefur líka verið notað í Yutu, J-20, Shandong flugmóðurskipinu og öðrum frábærum verkefnum. Eftir að hafa farið inn á borgaralega sviðið á níunda áratugnum varð það „heiðursmálmkóngurinn“ í matvælaiðnaðinum vegna náttúrulegra bakteríudrepandi og lífsækinna eiginleika.
Títaniðnaður lands míns hófst á fimmta áratugnum. Um miðjan -1960s hafði landið mitt byggt títansvamp og títanvinnslu- og framleiðslustöðvar í Zunyi og Baoji í sömu röð, sem þýðir að landið mitt er orðið eitt af títaniðnaðarveldum heimsins. Inn í 21. öldina hefur títaniðnaðurinn í landinu mínu gengið inn í nýtt tímabil hraðrar þróunar, þar sem framleiðslugeta títan er meðal þeirra efstu í heiminum.

Hreint títan
Einnig þekkt sem hreint títan í iðnaði eða hreint títan í atvinnuskyni, það er flokkað í samræmi við innihald óhreinindaþátta. Það hefur framúrskarandi stimplunarferli og suðuafköst, er ekki viðkvæmt fyrir hitameðhöndlun og gerð uppbyggingar og hefur ákveðinn styrk við fullnægjandi mýktarskilyrði. Styrkur þess fer aðallega eftir innihaldi millivefsþátta súrefnis og köfnunarefnis. Eiginleikar 99,5% iðnaðar hreins títan eru: eðlismassi P=4.5g/cm3, bræðslumark 1800 gráður, hitaleiðni λ=15.24W/(MK), togstyrkur σb=539 MPa, lenging: δ=25%, svæðisrýrnun Hraði ψ=25%, teygjustuðull E=1.078×105MPa og hörku HB195.
Títan álfelgur
Títan álfelgur er ál sem byggt er á títan og bætt við öðrum frumefnum. Þetta er tiltölulega ungur málmur, aðeins sextíu eða sjötíu ára gamall síðan hann uppgötvaðist. Títan málmblöndur hafa einkenni létts, mikils styrks, lítillar mýktar, háhitaþols og tæringarþols. Þau eru aðallega notuð í flugvélar, eldflaugar, eldflaugar og aðra íhluti. Títan hefur tvo ísómorfa kristalla. Títan er hverfa með bræðslumark 1720 gráður. Það hefur þéttpakkaða sexhyrndu grindarbyggingu undir 882 gráðum og er kallað títan; það hefur líkamsmiðaða uppbyggingu yfir 882 gráður. Kúbu grindarbyggingin, sem kallast beta títan, nýtir sér mismunandi eiginleika ofangreindra tveggja mannvirkja títan, bætir við viðeigandi málmblöndurþáttum og breytir smám saman fasabreytingarhitastigi og fasainnihaldi til að fá títan málmblöndur (títan málmblöndur) með mismunandi uppbyggingu.
Hægt er að skipta þáttum úr títanblendi í þrjá flokka eftir áhrifum þeirra á fasaskiptishitastigið: ① Frumefni sem koma á stöðugleika í fasanum og auka fasaskiptishitastigið eru stöðugir þættir eins og ál, magnesíum, súrefni, köfnunarefni o.s.frv. ál er aðalblendiefni títan álfelgur. Það hefur augljós áhrif á að bæta eðlilegan og háhitastyrk málmblöndunnar, draga úr eðlisþyngd og auka mýkt. ②Þættir sem koma á stöðugleika í fasanum og lækka fasaskiptishitastigið eru -stöðugandi þættir. Það má skipta í tvennt: jafnmyndaða og eutectoid. Hið fyrra felur í sér mólýbden, níóbíum, vanadíum o.s.frv.; hið síðarnefnda inniheldur króm, mangan, kopar, sílikon o.s.frv. ③ Frumefni sem hafa lítil áhrif á fasaskiptishitastigið eru hlutlausir þættir, þar á meðal sirkon, tin o.s.frv.

TA1 (amerískur staðall Gr1)
Gr1 títan er fyrsta af fjórum flokkum af iðnaðarhreinu títan. Það er mjúkasta og sveigjanlegasta af þessum flokkum. Það býður upp á hámarks mótunarhæfni, framúrskarandi tæringarþol og mikla höggþol. Grade 1 er valið efni fyrir hvaða notkun sem krefst auðveldrar mótunar og er almennt notað sem títanplata og títanrör.
TA2 (American Standard Gr2) einkunn
Gráða 2 títan er þekkt sem „vinnuhestur“ í hreinu títaniðnaði í atvinnuskyni vegna fjölhæfni þess og víðtæks framboðs. Það hefur marga af sömu eiginleikum og títan af 1. flokki, en er aðeins sterkara. Báðir hafa jafn tæringarþol. Þessi einkunn hefur góða suðuhæfni, styrk, sveigjanleika og mótunarhæfni. Þetta gerir 2. stigs títanstangir og -plötur að fyrsta vali fyrir mörg forrit, þar á meðal byggingariðnað, orkuframleiðslu og lækningaiðnað.
TA3 (amerískur staðall Gr3) einkunn
Þessi einkunn notar að minnsta kosti viðskiptalega hreina títanflokk, en það gerir það ekki minna virði. Gr3 flokkur er sterkari en Gr1 og Gr2 flokkur og hefur svipaða sveigjanleika en aðeins lítilsháttar mótunarhæfni. En það hefur meiri vélrænni eiginleika en forveri hans. Grade Gr3 er notað í forritum sem krefjast miðlungs styrks og aðal tæringarþols, svo sem loftrýmis, efnavinnslu, sjávariðnaðar osfrv.
TA4 (amerískur staðall Gr4) einkunn
Gráða Gr4 er talin sterkasta af fjórum tegundum af hreinu títan í atvinnuskyni. Það er einnig þekkt fyrir framúrskarandi tæringarþol, góða mótunarhæfni og suðuhæfni. Notað í sumum íhlutum flugskrokks, frystiskipum, varmaskiptum og öðrum forritum sem krefjast mikillar upplausnar.
TA9 (amerískur staðall Gr7) einkunn
Gráða Gr7 er vélrænt og líkamlega eins stig 2 nema að millivefsþátturinn palladíum hefur verið bætt við til að gera það að málmblöndu. Gráða 7 býður upp á framúrskarandi suðuhæfni og frammistöðu og er tæringarþolnasta allra títan málmblöndur. Reyndar er það mest tæringarþolið af afoxandi sýrum. Stig 7 er notað fyrir efnavinnslu- og framleiðslubúnaðarhluta. Gr7 er mjög tæringarþolið, sérstaklega til að draga úr súru umhverfi.
TA9-1 (American Standard Gr11) einkunn
Gr11 einkunn er mjög svipuð Gr1 flokki nema að litlu magni af palladíum er bætt við til að auka tæringarþol, sem gerir það að málmblöndu. Þetta tæringarþol er hægt að nota til að koma í veg fyrir tæringu á sprungum og draga úr sýrum í klóríðumhverfi. Aðrir gagnlegir eiginleikar eru meðal annars ákjósanlegur sveigjanleiki, kaldformleiki, gagnlegur styrkur, höggseigni og framúrskarandi suðuhæfni. Þessa málmblöndu er hægt að nota í sömu notkun og títan af 1. flokki, sérstaklega þar sem tæringar er krafist.
Ti 6Al-4V (landsstaðall TC4, amerískur staðall Gr5) einkunn
Ti6Al-4V eða 5. stigs títan er þekkt sem „vinnuhestur“ títan málmblöndur og er mest notað af öllum títan málmblöndur. Sem stendur fyrir 50% af heildar títannotkun heimsins. Nothæfi þess felst í mörgum kostum þess. Ti6Al-4V er hægt að hitameðhöndla til að auka styrk þess. Það er hægt að nota á soðið mannvirki með vinnuhitastig allt að 600 gráður F. Málblönduna sameinar mikinn styrk, léttan þyngd, góða mótun og mikla tæringarþol. Framboð Ti6AI-4V gerir það að besta málmblöndunni fyrir ýmsar atvinnugreinar, þar á meðal flug-, læknis-, sjávar- og efnavinnsluiðnað. Það er hægt að nota til að búa til tæknilegt efni eins og:

túrbínu flugvéla
vélarhlutar
burðarhlutar flugvéla
Fluggeimfestingar
Hágæða sjálfvirknihlutar
Sjávarútgáfur
Íþróttabúnaður
Ti 6AL-4V ELI (landsstaðall TC4ELI, amerískur staðall Gr23) stig
Ti 6AL-4V ELI eða Gr23 einkunn er hærra hreinleikaform Ti 6Al-4V. Það er hægt að búa til spólur, þræði, vír eða flatvír. Það er fyrsti kosturinn fyrir öll tækifæri sem krefjast mikils styrks, létts, góðrar tæringarþols og mikillar seiglu. Það hefur framúrskarandi skaðaþol gagnvart öðrum málmblöndur. Þessir kostir gera Gr23 bekk að fullkominni tannlækna- og læknisfræðilegu títangráðu. Vegna lífsamrýmanleika þess, góðs þreytustyrks og lágs stuðuls er hægt að nota það í líflæknisfræðilegum forritum eins og ígræðanlegum íhlutum. Það er einnig hægt að nota fyrir nákvæmar skurðaðgerðir eins og:
Bæklunarsnúra
Bæklunarpinnar og skrúfur
bindingu
í liðskiptaaðgerðum
cryogenic ílát
Tannréttingartæki
skurðaðgerðir
beinfestingartæki
TA10 (amerískur staðall Gr12) einkunn
Gr12 títan málmblöndur fá einkunnina „Excellent“ vegna hágæða suðuhæfni. Það er mjög endingargott álfelgur sem veitir mikinn styrk við háan hita. Gr12 bekk títan hefur svipaða eiginleika og 300 röð ryðfríu stáli. Málblönduna getur verið heitt eða kalt með því að nota pressumyndun, vatnsmótun, teygjumótun eða fallþyngdaraðferðina. Hæfni þess til að myndast á margvíslegan hátt gerir það gagnlegt í mörgum forritum. Mikil tæringarþol málmblöndunnar gerir það einnig ómetanlegt fyrir framleiðslu á búnaði þar sem tæring sprungna er áhyggjuefni. Grade Gr12 er hægt að nota í eftirfarandi atvinnugreinum og forritum:
Hús og varmaskipti
Vatnsmálmvinnsluforrit
Háhita efnaframleiðsla
Sjó- og flughlutar
Títan 5Al-2.5Sn
Ti 5Al-2.5Sn er óhitameðhöndlað álfelgur sem gerir kleift að suðu og stöðugleika. Það hefur einnig háan hitastöðugleika, mikinn styrk, góða tæringarþol og góða skriðþol. Skrið er plaststofn fyrirbæri sem á sér stað við háan hita í langan tíma. Ti 5Al-2.5Sn er aðallega notað í flugvéla- og flugskrömmuforritum sem og frystingu.

Þótt títan og títan málmblöndur séu mikið í forða eru þau mjög dýr. Þetta er vegna þess að títan hefur mjög litla efnavirkni við háhitaskilyrði og bræðslutækni þess og rekstrarumhverfi eru mjög erfið. Það verður að bræða við háan hita og lofttæmi og hitastigið nær oft yfir 800 gráður, sem er mun erfiðara að bræða en stál. Þess vegna, þegar það kemur að títan álfelgur, halda menn að það sé hágæða málmefni með lágt framleiðsla, hátt verð og fá forrit.
Sem stendur, vegna framúrskarandi eiginleika títan málmblöndur eins og léttar, mikillar styrkleika og háhitaþols, eru títan og títan málmblöndur mikið notaðar við framleiðslu á háþróaðri vopnum og innlendum vopnum í ýmsum löndum, og eru sérstaklega hentugur til notkunar á sviði geimferða. Dæmi um notkunarsvið eru:

efnaiðnaði
⑴ Soda iðnaður
Tilkoma títanísskápa í alkalíframleiðsluiðnaðinum getur í raun leyst vandamálið af óhæfu klórgasi af völdum óeðlilegra hefðbundinna kælingarferla. Á sama tíma hefur það breytt framleiðsluandliti klór-alkalíiðnaðarins. Þjónustulíf títan ál ísskápsins sem fjárfest er getur verið allt að 20 ár.
⑵ Saltiðnaður
Eins og er, er fullkomnari saltframleiðsluferlið tómarúmsaltframleiðsla. Háhitasamþjappað saltvatn sem framleitt er með þessu ferli mun valda alvarlegum skemmdum á kolefnisstálbyggingunni og valda því að búnaður dreypi. Upphitunarhólfið og uppgufunarhólfið samþykkja samsetta uppbyggingu úr títan stáli, sem getur í raun komið í veg fyrir saltskala og bætt gæði saltframleiðslu. Á sama tíma getur það dregið úr tæringu hástyrks saltvatns á pípuveggnum meðan á uppgufunarferlinu stendur og lengt viðhaldsferlið.
Aerospace sviði
⑴ Flugiðnaður
Notkun títan málmblöndur í flugi er skipt í títan málmblöndur fyrir mannvirki flugvéla og títan málmblöndur fyrir mannvirki véla. Helstu notkunarhlutar burðarhluta flugvéla úr títanblendi eru meðal annars lendingarbúnaðarhlutar, rammar, bjálkar, skrokkskinn, hitahlífar osfrv. Rússneska IL{{0}} flugvélin notar sterka BT22 títanál til að framleiða lykil íhlutir eins og lendingarbúnaður og hleðsla - burðargeisli; Boeing 747 flutningsgeislaefni aðallendingarbúnaðar er Ti-6Al-4V. Smíðan er 6,20 metrar á lengd, 0,95 metrar á breidd og massa 1.545 kíló; lykilhlutir lárétta sveiflujöfnunarskaftsins C-17 flugvélarinnar eru úr sterku og hörku Ti-62222S títan álfelgur. Í flugvélum eru títan málmblöndur notaðar í þjöppuskífur, blöð, tunnur, háþrýstiþjöppuþjöppur, þjöppuhylki osfrv. Fremri brúnir og ábendingar á Boeing 747-8GENX vélarviftublöðum nota hlífðarslíður úr títanblendi, sem aðeins er hægt að skipta þrisvar sinnum innan 10-árs endingartíma.
⑵Aerospace iðnaður
Vinnuskilyrði flugvéla eru mjög öfgakennd. Auk þeirrar frábæru tækni sem krafist er fyrir byggingarhönnun efna eru framúrskarandi frammistöðu og virkni efnanna sjálfra einnig mikilvæg. Þess vegna skera títan málmblöndur sig úr meðal margra efna. Hvað varðar flugvélabúnað, á sjöunda áratug síðustu aldar, voru tvöfaldir farþegarými og loftþéttir farþegavængir og rifbein bandaríska Apollo áætlunarinnar úr Ti-5Al-2.5Sn, og innri fóðrið var úr hreint títan; unnin af þýska MT Aerospace Company. Hinn sterki Ti-15V-3Cr ál knúningskerfi eldsneytistankur er notaður á evrópska Alpha fjarskiptagervihnattarrisanum; Rússnesk títan málmblöndur hafa mörg forrit í geimferðaverkfræði. Til dæmis notar orkusprettubíllinn BT23 títan álfelgur stórar steypur sem vega 3,5 t og smíðar. Að auki eru títan málmblöndur einnig notaðar í eldsneytisgeyma eldflaugahreyfla með fljótandi eldsneyti, geymslugeyma fyrir frystiefni, fljótandi vetnisflutningsdælur osfrv.
Á sama hátt, í hraðri þróun innlendrar geimferðaverkfræði, hafa títan málmblöndur einnig verið mikið notaðar. Frá Vostok-1 gervihnöttnum árið 1970 til núverandi Shenzhou geimfars, Chang'e rannsaka o.s.frv., hafa títan málmblöndur verið notaðar. Að auki eru títan málmblöndur notaðar í fljótandi vetnisumhverfi sem þróað er í okkar landi. Lághita Ti-5Al-2.5Sn ELI gashylki úr títanblendi hafa verið notaðir í Long March röð skotbíla; Harbin Institute of Technology notar Gr5 títan álfelgur til að undirbúa tunglhjólafelgur; Að auki notar landið mitt einnig hástyrktar títan málmblöndur eins og BT20 til að framleiða eldflaugavélarhylki og stúta rör og aðra íhluti.
Skipavöllur
Títan og títan málmblöndur eru mikið notaðar í kjarnorkukafbátum, djúpum kafbátum, atómísbrjótum, vatnsflautum, svifförum, jarðsprengjuvélum, skrúfum, svipuloftnetum, sjóleiðslum, þéttum, varmaskiptum, hljóðbúnaði, slökkvibúnaði o.fl. Sem dæmi má nefna að bandaríski djúpfarinn "Haiya" er búinn athugunarklefa og stjórnklefa úr títanblendi, með allt að 6100m dýpt; „Morris Sky 2“ hraðbáturinn sem er algjörlega úr títan, smíðaður í sameiningu af Toho Titanium Company í Japan og Fuji New Shipbuilding. Hann hefur verið mjög vinsæll í Bandaríkjunum um nokkurt skeið; Fyrsti sjálfhönnuðu og sjálfsamþætti mönnuðu kafbátur landsins, „Jiaolong“, notaði einnig títanál. Rekstrarsvið „Jiaolong“ nær yfir 99,8% af hafsvæði heimsins.

Þrátt fyrir að títan og títan málmblöndur hafi náð miklum framförum, hafa núverandi vandamál einnig verið afhjúpuð og þróun títan málmblöndur stendur frammi fyrir töluverðum áskorunum. Kemur aðallega fram í eftirfarandi þremur þáttum:
1) Frá sjónarhóli framleiðslu
Þrátt fyrir að landið okkar sé stórt land í títaniðnaði, framleiðir það ekki margar hágæða vörur og hefur færri tegundir af títanvörum með sérstaka eiginleika. Í öðru lagi er landið mitt enn ófært um að fjöldaframleiða títan ræmur og títan pressuð snið á stöðugan hátt, sem takmarkar notkun títan og títan málmblöndur í geimferðum. , þróun og nýtingu á sjávarútvegi og öðrum sviðum. Enn er mjög erfitt að auka títannotkun flugvéla enn frekar í um 50%.
2) Frammistaða
Vegna þess að títanmálmur er mjög efnafræðilega virkur og mengast auðveldlega af öðrum frumefnum, er vinnslu- og framleiðslutækni títan málmblöndur mjög krefjandi. Á sama tíma þurfa unnu hágæða vörurnar að huga vel að vélrænni, eðlisfræðilegri, efnafræðilegri og vinnslueiginleikum þeirra. Þegar núverandi títan málmblöndur eru yfir 600 gráður lækkar skriðþol þeirra og oxunarþol við háhita verulega, sem eru tvær helstu hindranir sem takmarka aukna notkun títan málmblöndur.
3) Kostnaðarþáttur
Sem stendur vinna ýmis lönd hörðum höndum að því að draga úr notkunarkostnaði títan málmblöndur og hafa náð mörgum árangri. En miðað við núverandi aðstæður í okkar landi, hafa stjórnunar- og tæknistig landsins okkar ekki enn náð kjörstigi. Verð á innlendum títanblendivörum er tiltölulega samkeppnishæft á alþjóðavettvangi. Lélegt og ekki til þess fallið að auka notkun frekar.
Sem stendur eru helstu notkunarsvið títan málmblöndur geimferðir og önnur hernaðarsvið. Þróun nýrra notkunarsviða, svo sem bíla, lesta, háhraða járnbrauta og borgaralegra sviða sem almennt eru notaðir í daglegu lífi, hefur enn víðtæka umsóknarhorfur. Að auki eru mikilvæg viðfangsefni í framtíðarrannsóknum á títanblendi að skipta út dýrum álhlutum fyrir lægra verðþætti og draga úr kostnaði við títan álhluti með tæknilegum hætti. Eftir að framleiðsla á títan málmblöndur með litlum tilkostnaði fyrir hágæða notkun hefur náðst í framtíðinni, verður títan málmblöndur notuð á ýmsum sviðum.