ог*ги

о. га

о. о с

о ч

о. с к

§ о.

га о

С R о О.

f Началом использования титана в ракетной технике США следует считать 1957 г. Тогда на производство управляемых снарядов пошло 3% обш,его потребления титана в стране. В ракетной технике титан применяется для баллонов высокого давления и корпусов ракетных двигателей, работающих на твердом топливе. В ракетах Атлас , Титан-1 , Титан-3 и др. применены различные титановые баллоны и сварные балки для окислителя и топлива. В космос титан вышел вместе с космическим кораблем Меркурий (1961), в капсуле массовая доля его составляла 18% (каркас, внутренняя обшивка, контейнер антенны и парашюта и др.). На космическом корабле Джеминай из титана были изготовлены детали общей массой 545 кг (рама, двухслойная обшивка, емкость высокого давления). Титан применен также в конструкциях служебного отсека корабля Апполон . Корабль для перемещения космонавтов по лунной поверхности был снабжен титановыми баками. Из титана также изготовляются корпуса искусственных спутников. Следует отметить, что в авиационной и космической технике применяется в основном сплав Ti- 6А1-4V или его аналоги. Иные сплавы используются реже и рассматриваются как перспективные.

Этот сплав успешно используется для изготовления баллонов высокого давления топливных систем (окислитель, азот, гелий) в ракетах Титан-2 , Атлас , Апполон , Поларис и т. п Одним из наиболее перспективных титановых сплавов и для изготовления сосудов высокого давления считается также сплав Ti-13V-11Сг-ЗА1. Фирмой Budd и С° производятся цилиндры методом спиральной намотки тавров из этого сплава, используя вьЛокую пластичность его в закаленном состоянии.

В трубных системах для жидкого углерода и других сред применяются бесшовные трубы, изготовленные из ряда сплавов и, в частности, из сплава Ti-ЗА1-2,5V. Компания МаПогу- Sharon Metals рекомендует применять для изготовления высокопрочных труб сплав Ti-16V-2,5А1, рассматривая его как свариваемый, хорошо деформируемый и коррозионностойкий материал.

Фирмой Т. Y. Вгоокз освоено производство болтов из сплавов Ti-6А1-4V и Ti-4А1-4Мп. Считается, что титановый крепеж (по усталостной прочности) обладает большей работоспособностью, чем аналогичный крепеж из стали.

Из титановых сплавов изготавливаются столь ответственные изделия, как втулки несущего винта вертолетов типа S-65, валы шасси и т. п. Весьма широкое применение нашли титановые сплавы для изготовления компрессорной части газотурбинных двигателей. Из сплавов типа Ti-6А1-4V, Ti-8А1-10V, Ti-8А1-IMp-IV производят диски и лопатки компрессоров низкого и высокого давления и температур до 400° С. Для более высоких температур перспективными считаются высокоалюмини-стые сплавы типа Ti-20А1-2V, а также недавно разработанные

многокомпонентные сплавы Ti-6А1-6V-2Sn-ICu-IFe-3Zr- IGr-IMo и TOT же сплав, но без молибдена и хрома. По сообщению фирмы Pratt and Whitney*, лопатки компрессора из сплава Ti-6А1-4V эксплуатировались в течение 7 лет без поломок. Имеются сведения об изготовлении компрессорных лопаток из композиционного материала в виде порошка сплава Ti-6А1-4V, армированного молибденовой проволокой. Композиционные ме-таллокерагшческие материалы применительно к компрессорным лопаткам могут создаваться и на базе двух титановых сплавов, например на основе высокочистых порошков Ti-6A1~4V (68%) н Ti-20 Nb-7,5А1 (32о). После термообработки такой материал при 593° С имеет предел прочности выше, чем сплав Ti-6А1-4V при 427° С. Для повышения температурных характеристик сплавов применяют также покрытия, состоящие из 95% серебра и 5% алюминия.

Судостроение. Отмечалось, что титановые сплавы нашли широкое применение для изготовления лопаток компрессорной части авиационных двигателей. Имеются также сведения о применении титана и в морских газовых турбинах. Так, сплав Ti-6А1-4V был применен для изготовления лопаток первых ступеней ротора паровой турбины, где наблюдалась сильная питтинговая коррозия на лопатках турбин, изготовленных из сплава, содержащего 12% хрома. Титановые лопатки после 2000 ч эксплуатации не имели каких-либо признаков коррозионных и эрозионных повреждений.

Титановые сплавы применяются также в морских газотурбинных двигателях. Известно, в частности, что катера оборудуются дизель-газотурбинной установкой, являющейся модификацией авиационного двигателя, в конструкции которого нержавеющая сталь 403, обычно применяемая для лопаток ротора и статора, заменена титановым сплавом Ti-6А1-4V. Эта установка применена также на торпедном катере и ряде кораблей пограничной охраны.

За последнее десятилетие применение газовых турбин в корабельных энергоустановках существенно возросло. Эксплуатация ГТД 1-го поколения (модернизированные авиационные двигатели) оказалась успешной, особенно когда требуется быстрое развитие полной мощности, -надежная работа и простота эксплуатации. В настоящее время в США создаются ГТД 2-го поколения, которые должны отличаться более высокой коррозионной стойкостью, экономным расходом топлива, меньшей массой, большим сроком эксплуатации и повышенной надежностью. В турбине LM2500, являющейся типичным представителем ГТД 2-го поколения, ротор и статор компрессора (16 ступеней, трехдисковый ротор) выполнены из титановых сплавов, что обеспечивает им высокую коррозионную стойкость и пониженную массу.

Опреснительные и теплообменные установки. В настоящее время в США требуется опреснительная установка мощностью 1 биллион галлонов в сутки опресненной воды, к 1980-1985 гг.

эта потребность возрастет в 20 раз. Создание высокопроизводительных опреснительных установок требует применения титановых сплавов. Применение титановых труб в теплообменных и опреснительных установках позволило увеличить выход конденсата с 2840 до 5680 м* в сутки. Вследствие этого оказалось возможным снизить массу трубной системы теплообменных аппаратов на 75-80% по сравнению с медноникелевыми сплавами. Уменьшение толщины стенок труб из титановых сплавов позволяет улучшить теплообменные характеристики трубной системы, несмотря на их меньшую теплопроводность по сравнению с медноникелевыми или нержавеющими трубами. Опытные системы с трубами и арматурой из титановых сплавов проработали в воде свыше 39 мес при скорости потока до 6,1 м/с без признаков повреждений; при очень высоких скоростях потока (42 м/с), недопустимых для любых других материалов, отмечены незначительные коррозионно-эррозионные процессы; износ - 0,2 мм/год. Следует отметить при этом, что высокая удельная прочность титановых сплавов позволяет уменьшить размеры, массу и улучшить условия размещения систем. Если учесть, что усталостная прочность титановых сплавов не снижается в воде, то можно охарактеризовать их как идеальный материал для трубопроводов. Зарубежные специалисты отмечают, что титановые сплавы подвержены биологическому обрастанию в такой же мере, как нержавеющие стали. Однако процесс очистки титановых систем значительно проще. Кроме обычных противообрастающих красок возможно хлорирование титановых систем с промыванием теплой водой (52° С) при скорости до 1,6 м/с. После снятия обрастания не наблюдаются щелевая или питтинговая виды коррозии.

Автомобилестроение. В Англии организовано производство титановых шатунов для гоночных автомобилей объемо.м цилиндров 350 и 500 см*. При этом достигнуто уменьшение массы шатуна на 30%, что привело к снижению инерционных нагрузок-кривошипно-шатунного механизма, увеличению мощности двигателя на 12 л. с. и экономии горюче-смазочных материалов. Кроме того, в roHoyiHbix автомобилях титановые сплавы применяют для изготовления коленчатых валов, клапанов, передних и задних осей, втулок, гаек, торсионйых рычагов, деталей подвески и выхлопной системы и др. Опыт использования титановых сплавов за рубежом показывает, что наиболее целесообразно применение их для деталей высоконагруженных двигателей, несущей конструкции и ходовой части автомобиля. По данным работы [38], применение сплавов титана длн таких деталей автомобильных идизельных двигателей, как шатуны, клапаны и глушители, позволит существенно увеличить мощность двигателя, повысить надежность и долговечность ряда деталей возвратно-поступательных систем (табл. 62).

Цветная металлургия. В цветной металлургии титановые сплавы успешно используются для деталей механизмов, работаю-

щих в агрессивных средах [74]. На Запорожском титано-магние-вом комбинате замена чугунных деталей насосов, работающих на перекачке растворов хлоридов калия, натрия, магния и слабой соляной кислоты, на титановые позволила повысить срок службы их в 15-20 раз, а потери жидкости при транспортировке снизить в 2,5 раза.

На Березниковском титано-магниевом комбинате в цехе хлорирования установлены кюбели под сухие возгоны, дроссели и переходы на вентиляторах, форсунки на скрубберах и решетки на канализационных стоках. Вентиляторы с деталями из титана не ремонтировались в течение 5 лет, тогда как срок службы вентиляторов из гуммированных углеродистых сталей не превышал одного месяца. Насосы КНЗ-6/30 из титана работают без ремонта несколько лет; те же насосы, изготовленные из легированных нержавеющих сталей, выходят из строя каждые 2-3 мес. На Усть-Каменогорском титано-магниевом комбинате насосы, работающие на перекачке 20% НС1, служили более 4 лет; чугунные насосы в той же среде работали не более 5-7 дней. Внедрение газоходов и вентиляторов из титана увеличило срок их службы в i2 раз по сравнению с гуммированными сталями. На Норильском горнометаллургическом комбинате титан используется на гидрометаллургическом переделе получения катодного никеля, для коммуникаций оборудования и отдельных узлов. В цехе электролиза никеля был разработан и установлен на испытание образец титанового фильтра сгустителя с полнопогружными дисками для непредельной фильтрации никелевого раствора с одновременным удалением железокобальтового осадка. Опытный образец фильтра-сгустителя заменил 10 единиц старого оборудования, дал возлюжность увеличить производительность передела, ликвидировать ручной труд, улучшить санитарные условия труда.

Подробный анализ качества работы деталей и механизмов из титана в этой отрасли про1Мышленности позволил рекомендовать титан и его сплавы для изготовления следующего оборудования [102]: насосы по перекачке агрессивных сред; трубопроводы; общезаводские и цеховые вентиляционные трубы для выброса агрессивных газов; запорная арматура на трубопроводах по перекачке агрессивных растворов; автоклавы различной емкости; трубчатые и пластинчатые теплообменники для агрессивных растворов и пара; холодильники-змеевики, холодильники - труба в трубе; валы и роторы вентиляторов и др.

Химическая промышленность. Вопрос использования титана в химическом машиностроении весьма подробно рассмотрен в монографии [89], где детально описаны условия работы и различные типы изделий и механизмов из титана: емкостная химическая аппаратура; теплообменная аппаратура; фильтры; колонная аппаратура, автоклавы, сушилки, роторы центрифуг, арматура, насосы, детали трубопроводов и т. д.

Таблица 62. Рекомендуемые марки титановых сплавов для замены стальных деталей, наиболее часто выходящих из строя в результате усталостных разрушений