Григорий Николаев - Металл Века

• Название: Металл Века
• Автор: Григорий Николаев
• Издательство: Металлургия
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1987

Металлом века заслуженно называют титан. Об истории этого ме­талла, его замечательных свойствах, способах производства, об ис­пользовании его в авиации, космонавтике, химической индустрии, в быту, на транспорте, в медицине, а также о его возможностях и перспективах применения увлекательно рассказано в этой книге.

Первое издание книги того же названия, опубликованное в Днеп­ропетровске (издательство ”Промiнь”) в 1975 г., было отмечено второй премией и Дипломом второй степени на Всесоюзном кон­курсе лучших произведений научно-популярной литературы. Второе издание было выпущено в 1982 г. издательством "Металлургия”.

Предназначена для широкого круга читателей

---

Магний "разрывает” TiCl4 на составные части: хлор и титан. Освободившийся было хлор тут же соединяется с магнием, образуя хлористый магний, а титан остается свободным. Хлопья титана собираются в сгустки, оседая на стенках. Процесс идет до тех пор, пока сосуд не заполнится получаемыми продуктами. Все это время снаружи стенки реактора охлаждаются потоками воды.

Когда процесс прекращается, подъемным краном реактор извлекают из печи, охлаждают и разбирают. Открытую реторту помещают в специальный аппарат, где полученный титан нагревают в вакууме и из толщи рыхлого металла легко испаряются загрязняющие его примеси.

Извлечь титан из реактора не просто: он прикипает к стенкам. Приходится выбивать массу отбойным молотком. Собственно говоря, извлека- 108 ют еще не металл, а так называемую губку. Но что такое титановая губка? Титан ли это? Титан. Почему же в таком случае употребляется слово ”губка”? Потому, что полученный в реакторе титан совсем не похож на серебристо-серый, плотный и звонкий монолитный металл. И если показать губку несведущему человеку, ничего не говоря и не объясняя, тот никогда не поверит, что ему показывают металл, да еще такой удивительный, как титан.

Представьте себе рыхлую, причудливо запекшуюся пепельно-серую массу, похожую не то на какое-то глубоководное чудовище, не то на серые водоросли, не то на застывшую лаву вулканов с хаотическими прожилками, порами, изъязвлениями. От нее не так уж трудно отбить молотком небольшие куски, а некоторая часть причудливой массы может даже выкрошиться сама.

Но если ударять молотком по одному и тому же месту, пористая масса будет спрессовываться и вскоре сверкнут настоящая титановая поверхность, звенящая и прочная. Такова титановая губка и не случайно ее так назвали: по внешнему виду она действительно похожа на настоящую губку. Титановую губку измельчают. Хотя губка и очищена, в ней все же имеются незначительные остатки хлористого и металлического магния, которые интенсивно поглощают влагу из воздуха, и в губку попадает вода. А это недопустимо, поскольку значительно ухудшается качество металла. Вот почему все операции по обработке губки после ее очистки проводят в помещениях с максимально сухим воздухом, а готовую губку хранят и транспортируют в специальной герметически закрывающейся таре. Иногда контейнеры с нею заполняют аргоном.

Так получают титановую губку и технология ее производства очень и очень непроста. К тому же процесс восстановления титана не является непрерывным. Реактор работает по прямому назначению только часть времени, а в остальное — используется на вспомогательных операциях. Сложность технологии, ее несовершенство, трудоемкость работ приводят к тому, что из природного сырья, которое стоит совсем недорого и имеется в большом количестве, получают металл стоящий намного дороже алюминия, магния, меди, свинца, цинка, не говоря уже о черных металлах.

ГУБКА - ЭТО ЕЩЕ НЕ ВСЕ

Мало получить титановую губку, надо еще превратить эту ломкую пористую массу в звонкий конструкционный металл, наделить его заранее заданными свойствами, с тем чтобы он удовлетворял требованиям конструкторов. Для этого титановую губку необходимо прежде всего переплавить.

На специальных гидравлических прессах титановую губку уплотняют. Получаемые секции сваривают в электроды требуемой длины, масса которых—многие сотни килограммов, иногда даже больше тонны. Их помещают в дуговые вакуумные электропечи, включают постоянный ток силой в несколько тысяч ампер. Вспыхивает яркая, как солнце, вольтова дуга. Титановый электрод медленно расплавляется, образуя слиток. Но это еще далеко не все. В результате первой переплавки слиток получается неплотным, в нем встречаются и не полностью проплавившиеся участки. Чтобы их устранить,а также чтобы слиток был более однородным по своему химическому составу, металл переплавляют повторно. Теперь уже электродами служат слитки, полученные при первой переплавке. Их сваривают по две-три штуки и вновь помещают в печь, на этот раз уже в более производительную. Плавка длится несколько часов и обходится очень дорого: ведь только электроэнергии на каждую тонну получаемого слитка расходуется до 5 тысяч киловатт-часов.

Если переплавляют губку без всяких добавок, то получают слитки технически чистого титана. Когда же в титановую губку добавляют перед плавкой другие элементы, получают различные титановые сплавы. В зависимости от того, какие именно элементы входят в их состав, титановые сплавы могут быть легче или тяжелее технического титана, дороже или дешевле его.

Чаще всего в титан добавляют алюминий —легкий и весьма дешевый металл, действующий на титан благотворно. Он делает титановые сплавы более жаропрочными, повышает их упругие характеристики, снижает массу. Прочностные и другие свойства титана существенно улучшают ванадий, олово, марганец, хром. Как уже говорилось, значительно увеличивают коррозионную стойкость нового промышленного металла добавки палладия, молибдена, тантала. Сплавы с добавками этих металлов предназначены для использования в самых разрушительных средах вместо чистого тантала, платины, золота.

Из технически чистого титана и титановых сплавов выпускают полуфабрикаты всех видов: листы, ленты, плиты, прессованные профили, прутки, проволоку, трубы, поковки и штамповки. Производство полуфабрикатов обычно ведется на специальных металлообрабатывающих заводах.

Прежде чем приступить к прокатке титановых слитков, их круглому сечению необходимо придать прямоугольную форму. Поэтому слитки в нагретом состоянии куют на молотах либо прессуют на вертикальных прессах. Нагревают титановые сплавы до температуры 900—1100°С, нелегированный металл—до более низкой температуры. Для ковки титана используют молоты с многотонной падающей частью, а для прессования — прессы мощностью в несколько тысяч тонн. Титан деформируется хуже, чем сталь, поэтому усилие, необходимое для его обработки, значительно больше.

Если при прокатке меди или латуни с одного прокатного стана получают в год несколько тысяч тонн листов, то титановых листов с такого же стана получают всего несколько сот тонн в год. Контраст разительный, не правда ли?

Как во время прокатки, так и после нее титановые листы неоднократно очищают от окалины. Это достигается травлением в тех кислотах, в которых металл нестоек. В конце процесса изготовления листы отделывают: правят, растягивают, обрезают под заданный размер. Специальной обработкой можно получить листы с зеркальной поверхностью. Именно такими полированными листами облицован обелиск в честь покорителей космоса, установленный в Москве неподалеку от ВДНХ.

Минимальная толщина получаемой титановой фольги составляет несколько микрон. Изготовляют фольгу на небольших ленточных прокатных станах. Как внешне, так и по своим механическим свойствам титановая фольга очень мало походит на алюминиевую, которой обертывают плитки шоколада. Впрочем, она и предназначена совсем для других целей.

Из технического титана и их Титановых сплавов изготовляют самый разнообразный ассортимент труб—тонкостенных и с очень толстыми стенками, узких, как стержень шариковой ручки, и таких широких, что внутри может свободно поместиться богатырского сложения человек. Длина труб может достигать нескольких десятков метров.

Так как прессование трубной заготовки связано с целым рядом трудностей, а сварной шов у титана так же прочен и стоек против коррозии, как и основная масса металла, то наряду с бесшовными выпускают также и сварные трубы. В качестве заготовки используют продольно свернутую титановую ленту, боковые стороны которой сваривают с помощью электрического тока. Скорость сварки достигает многих десятков метров в минуту. Для предохранения расплавленного титана от взаимодействия с воздухом металл защищают подачей (как снаружи, так и изнутри) инертного газа аргона.

Сварные трубы дешевле бесшовных, для их изготовления расходуется меньше титана. Они гораздо прочнее бесшовных или, как их называют иначе, цельнотянутых труб из других распространенных материалов. Так, например, сварные трубы из титана вдвое прочнее труб из нержавеющей стали, втрое прочнее медно-никелевых труб и в тринадцать раз прочнее графитовых. Что же касается стойкости титана против коррозии, то она не нуждается в дополнительной рекламе и несоизмерима со стойкостью традиционных материалов.

Проволока из титана производится волочением проволочной заготовки. Главная трудность при изготовлении проволоки заключается в том, что из-за склонности прикипать к другим металлам титан налипает на волочильный инструмент. Чтобы уменьшить налипание, поверхность титановых заготовок обрабатывают очень вязкими смазками. Титановую проволоку в основном используют как присадочный материал при сварке титановых конструкций.