Авторами показана Высокая эффективность использования титана и его сплавов (главным образом, марок 0Т4) даже в тех средах, где нержавеющая сталь подвергается язвенной коррозии и коррозионному растрескиванию в условиях коррозии под напряжением. Высокая прочность титана и его сплавов позволяет применять его для изготовления деталей, испытывающих большое ускорение. По мнению американских исследователей [109], спрос на титановую annapaiypy будет увеличиваться с переходом к более высоким давлениям и температурам и более агрессивным средам.

Пищевая промышленность. В пищевой промышленности целесообразно использование титана в виде аппаратуры для переработки пищевых продуктов (автоклавы, реакторы, колонны, центрифуги и др.). Использование на консервных заводах одного титанового котла позволило заменить три котла из дорогостоящих никеля, монель-металла и нержавеющей стали [43]. В США из титана изготавливают смесители, варочные котлы и резервуары для рассолов, маринадов, томатных и других острых соусов. В пищевой промышленности Японии применяют листовую сталь, плакированную титаном, для колонн реакторов, теплообменников, резервуаров в производстве глютаминовой соли и в молочной промышленности.

2. Экономическая эффективность использования титана

Даже весьма краткий перечень примеров использования титана и его сплавов в промышленности свидетельствует о том, что техническая эффективность от применения его по сравнению со многими традиционными материалами не нуждается в дополнительных доказательствах - она очевидна.

Вопросы экономической эффективности более сложны. В ряде ранних работ 50-х и 60-х годов основное внимание обращалось на значительно более высокую цену титановых полуфабрикатов по сравнению с другими металлами и сплавами, на основании чего делался вывод о существенном удорожании деталей или конструкций при изготовлении их из титана. Однако по истечении определенного периода эксплуатации, титановых конструкций, работающих в разнообразных отраслях промышленности, был выявлен ряд важнейших факторов, которые необходимо учитывать при расчете экономической эффективности. ; Так, например, стоимость единицы массы полуфабрикатов из титана дороже полуфабрикатов из качественных сталей марки 0Х18Н10Т в 5,5-7 раз (листы), в 5,2-6,3 раза (прутки). Однако с учетом малого удельного веса титана стоимость единицы объема технического титана (листы) лишь в 1,6-2 раза выше стоимости стали 0Х18Н10Т, а в сравнении с листовой высоколегированной сталью 0Х23Н28М ниже на 43% [33]. Высокая прочность большинства титановых сплавов позволяет применять в ряде конструкций профили малого сечения, что при-

водит к уменьшению их массы и объема. Так, сплав Ti-6А1- 4V имеет предел текучести в 2 раза выше, чем у монеля. Сравнительная оценка применения титана и медноникелевых трубок в тепло-обменных аппаратах показала, что за счет использования титана можно уменьшить массу трубной системы на 75-80% [125].

В большинстве промышленных агрессивных сред издержки, обусловленные потерями металла с равных площадей за одинаковый период времени, при использовании титана значительно ниже, чем в случае применения нержавеющей стали. Соответственно, стоимость титанового оборудования оказывается лишь в 2-3 раза выше, чем стоимость стального, а в ряде случаев - одинаковой [33]. Высокая коррозионная стойкость титана обусловливает значительно более долгий срок службы изделий, работающих в агрессивных промышленных средах, по сравнению с изделиями из таких материалов, как чугун, углеродистые и легированные стали, что существенно снижает затраты на ремонт и переоборудование. Так, в производстве никеля насосы из хромо-никель-молибденовой стали (12-25% Ni; 18*о Сг, 3% Мо) выходили из строя через 20-30 дней, насосы из менее легированной стали Х18Н12МЗТ - через 3-5 дней. Аналогичные насосы из титана не имели коррозионных повреждений и через 3 года службы. С учетом годовых амортизационных затрат экоиол !Ч ский эффекг от замены только одного стального насоса производительностью 200 м/ч на титановый составил около 5000 руб./год даже без учета значительной экономии от сокращения численности ремонтного и дежурного персонала [32]. При замену стали на титан в насосах производительностью 400 м/ч годовой экономический эффект вырастал вдвое. .

Замена на Березниковском титано-магниевом комбинате стальных деталей вентиляторов на титановые с учетом амортизационных затрат привела к годовому экономическому эффекту только по 6 вентиляторам до 20 ООО руб. Эксплуатация семи титановых вентиляторов в одном из цехов Усть-Каменогорского титано-магниевого комбината дает свыше 93 ООО руб. экономии в год [74].

Как следует из табл. 63, первоначальная стоимость титановых шаровых клапанов для систем воды значительно выше, чем аналогичных клапанов из монеля. Однако при учете срока их службы соотношение затрат изменяется в обратную сторону.

В различных отраслях машиностроения огромное значение приобретают такие качества титана, как высокая надежность при повышенных нагрузках наряду с высокой удельной прочностью. Известно, что на восстановление действующего парка машин (ремонты и межремонтное обслуживание) ежегодно расходуются десятки миллионов рублей. Затраты такого рода в год составляют около 25% стоимости машины. Трудоемкость капитального ремонта грузового автомобиля в 3-4 раза больше трудоемкости его изготовления. Как было показано выше (см. табл.62), замена

Таблица 63. Стоимость шаровых клапанов из сплава Ti-6AI-4V и монеля [141]

ряда стальных деталей на титановые в автотракторной отрасли может существенно повысить срок службы механизма.

По мнению зарубежных авторов [109], в авиации оправдано 10-20-кратное превышение первоначальной стоимости, изделий из титана над стоимостью других материалов.

Таким образом, при расчете экономической эффективности кроме первоначальной стоимости изделия необходимо учитывать следующие факторы: уменьшение массы конструкции при сохранении ее надежности; возможность создания принципиально новых механизмов и изделий, технологических процессов, внедрение комплексной механизации и автоматизации; увеличение срока службы изделия, а следовательно, сокращение простоев и затрат на ремонт, уменьшение численности ремонтного персонала; возможность использования более агрессивных сред, высоких давлений и температур; использование более коротких технологических схем и улучшение качества за счет ликвидации коррозии.

В результате расчетов усредненного экономического эффекта от использования титана в различных отраслях промышленности [33] было показано, что каждая тонна изделий из титана дает в год экономический эффект в тыс. руб.:

Цветная металлургия............... До 10-15

Химическая промышленность........... 10-33

Гальванотехника................. 30-40

Целлюлозно-бумажная промышленность...... 15-20

Пищевая промышленность ............ 7-10

Черная металлургия............... 5-10

Энергомашиностроение............. 35-40

Таким образом, современный уровень знаний в области сплавов титана, исключительно благоприятное сочетание характеристик этих материалов для изделий машиностроения, экономический эффект, получаемый при их использовании позволяют надеяться, что в ближайшие годы титан и его сплавы найдут более широкое применение.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агеев Н. В. Кристаллохимия титана, его соединений и сплавов.- В кн.: Металлургия и металловедение. М., Наука , 1959, с. 3-6.

2. Агеев Н. В., Петрова Л. А. Общие закономерности стабилизации Р-твердого раствора в сплавах титана. - ДАН СССР, 1961, т. 133, № 2, с. 58-61.

3. Акопян В. О., Анитов И. С. Повышение антифрикционных свойств титана и его сплавов нанесением молибденовых и вольфрамовых покрытий из паров кар-бонилов. - В кн.: Применение титановых сплавов (материалы 4-го науч.-техн. совещания). М., ВИАМ, 1963, с. 148-167.

4. Алферова Н. С, Шевченко В. Н. О рекристаллизации холоднодеформи-рованных титановых сплавов. - В кн.: Структура и свойства текстурованных металлов и сплавов. М., Наука , 1969, с. 153-160.

5. Андреев Н. X. Циклическая прочность точечных соединений из титановых, алюминиевых сплавов и специальных сталей. - Сварочное производство , 1962, № 6, с. 11-14.

6. Анисимов М. И., Васильев Д. М., Гольдфайн В. Н. Исследование кинетики окисления и н&пряженного состояния поверхностных слоев сплава ВТЗ-1. - Сб. трудов ЛПИ Физика металлов и металловедение . Изд. ЛГУ, 1973, № 331, с. 82-88.

7. Анитов И. С, Максимова А. Г., Щербакова 3. В. Термическое и анодное оксидирование как методы повышения поверхностных свойств титана и его сплавов. - В кн.: Химико-термическая обработка сталей и сплавов. Л., Дом техники, 1961, с. 3-16. н

8. Афонии А. И., Кузьменко В. А., Шевчук А. Д. К вопросу о влиянии частоты нагружения на усталостную прочность металлов. - Проблемы прочности , 1972, ЗЧЬ 4, с. 62-67.

9. Боуден Ф. П., Гейбор Д. Трение и смазка твердых тел, М., Машиностроение , 1968. 543 с.

10. Белоусов О. К-, Корнилов И. И., Михеев В. С. Механические свойства твердых растворов на основе а-титана при -196° С. Известия АН СССР (Сер. Металлургия и горное дело), 1963, № 2, с. 130-135.

11. Бернштейн М. Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов. М., Металлургия , 1968, т. 2. 570 с, с ил.

12. Биргер И. А., Иосилевич Г. Б. Резьбовые соединения. М., Машиностроение , 1973. 256 с.

13. Болтарович А. В., Похмурский В. И., Гутман Э. М. Коррозия под напряжение титанового сплава ВТЗ-1. - $ХММ, 1965, № 4, с, 499-502.

14. Брагин Д. Я-, Логинов Н. 3., Шканов И. Н. Влияние некоторых технологических факторов на усталостную прочность титановых сплавов. - Проблемы прочности , 1971, т. 3, № 8, с. 78-82.

15. Вайнштейн В. Э., Трояновская Г. И. Сухие смазки и самосмазывающиеся материалы. М., Машиностроение , 1968. 180 с, с ил.

16. Вульф Б. К. Термическая обработка титановых сплавов. М., Металлургия , 1969. 374 с, с ил.

17. Генинов В. Н., Греков Н. А. Исследование ползучести и релаксации напряжений высокопрочных немагнитных материалдв. - В кн.: Свойства и применение жаропрочных сплавов. М., Наука , 1966, с. 248-253.

18. Глазова В. В. Легирование титана. М., ОНТИ, 1966. 191 с, с ил.

19. Глазунов С. Г. Жаропрочные сплавы на основе титана. М., Оборонгиз, 1958. 78 с, с ил.

20. Глазунов С. Г., Моисеев В. Н. Конструкционные титановые сплавы. М., Металлургия , 1974. 367 с, с ил.

21. Гликман Л. Д., Фейгин И. М. Природа снижения усталостной прочности титановых сплавов в результате шлифования. - МиТОМ, 1967, № 12, с. 16-19.

22. Гликман Л. А., Шеховцев Е. Д. О малоцикловои усталости сплавов титана в коррозионной среде. - ФХММ, 1969, № 6, с. 744-746.

23. Гольдфайн В. И., Зуев А. М., Клабу.чов А. Г. О влиянии водорода и кислорода на трение н износ титановых сплавов. - В кн.: Проблемы трения и изнашивания. Киев, Техника , 1975, вып. 8, с. 49-52.

24. Гринченко И. Г. Упрочнение деталей з жаропрочных и титановых сплавов. М., Машиностроение , 1971. 120 с, с ил.

25. Грузин П. Л., Курдюмов Г. В., Тютюник А. Д. О роли диффузионных перемещений атомов в жаропрочности.- В кн.. Исследование по жаропрочным сплавам. М., Изд. АН СССР, 1957, т. II, с. 3-7.

26. Гуляев А. П. Прочность стали и проблема легирования. - МиТОМ, 1966, № 7, с. 23-26.

27. Гуляницкий Б. С. Новое в титановой промышленности зарубежных стран. - Цветные мета.плы , 1970, №8, с. 97-101.

28. Джаффи Р. И., Либман М. Е. Основы металловедения титановых сплавов. - В кн.: Успехи физики металлов (пер. с англ.). М., Металлургия , 1961, т. IV, с. 17-Ю1.

29. Завьялов А. С, Брук Б. И. Дораспадное перераспределение компонентов в твердых растворах. - В кн.: Металловедение. Л., Судпромгиз, 1962, № 6, с. 154-159.

30. Зобачев Ю. Е., Костров Е. Н., Шеховцев Е. Д. Циклическая прочность титановых сплавов. - Сб. трудов ЦНИИМФ Техническая эксплуатация морского флота . Л., Транспорт , 1969, вып. И, с. 107-117.

31. Иванова В. С. Современные представления о природе усталостного разрушения и новые направления исследований. - В кн.: Усталость металлов и сплавов. М., Наука , 1971, с. 3-14.

32. Ительсон Г. М., Жилкин В. В. Титановое оборудование в производстве никеля. Мурманское книжное изд-во, 1963. 126 с, с ил.

33. Канюк А. М., Иванова-Степанова Н. Ф., Азарова А. П. Вопросы методики расчетов экономической эффективности применения титанового оборудования, М., Цветметинформацня, 1972. 32 с.

34. Каптюг И. С., Сыщиков В. И. Влияние легирования на фрикционные свойства титана. - МиТОМ, 1959, № 4, с. 8-11.

35. Клабуков А. Г., Зуев А. М. Повышение износостойкости титановых сплавов оксидированием. - Известия вузов (Сер. Машиностроение), 1974, № 3, с. 120-124.

36. Колачев Б. А., Ливанов В. А., Буханова А. А. Механические свойства титана и его сплавов. М., Металлургия , 1974. 544 с, с ил.

37. Корнилов И. И., Волкова М. А., Пылаева Е. П. Исследования диаграммы равновесия богатых титаном сплавов сисгемы Ti-А1. - В кн.: Новые исследования титановых сплавов. М., Наука , 1965, с. 48-51.

38. Корнилов И. И., Заикин Ю. К-, Важеиин С. Ф. Перспективы применения титановых сплавов для деталей дизельных и автомобильных двигателей. - В кн.: Применение титана в промышленности. М., Цветметинформацня, 1970, вып. 1, с. 31-36.

39. Корнилов И. И., Михеев В. С, Андреев О. Н, Сравнительная жаропрочность некоторых титановых сплавов при температурах 450-700° С. - В кн.: Титан и его сплавы. Исследования титановых сплавов. М.,Изд. АН СССР, 1963, вып. X, с. 234-244.

40. Кравченко Б. А. Влияние остаточных напряжений на предел выносливости жаропрочного сплава ЭИ 4375 и титанового сплава ВТЗ-1. - Труды Куйбышевского авиационного ин-та , 1963, вып. 18, с. 59-66.

41. Крагельский И. В. Трение и износ. М., Машиностроение , 1968. 400 с, с ил.

42. Кржижановский Р. Е. Исследование теплопроводности и электропроводности некоторых титановых сплавов. - Теплоэнергетика , 1961, № 6, с. 56-61.

43. Кручер Г. Н. Производство и применение титановых полуфабрикатов за рубежом. М., Цветметинформацня, 1966. 126 с, с ил.

44. Крылов Б. С, Шеховцев Е. Д. Коррозионно-усталостная прочность титановых сплавов в области ограниченной долговечности. - Сб. трудов

ЦНИИМФ Техническая эксплуатация морского флота . Л., Транспорт , I973 вып. 175, с. 58-68.

45. Кудрявцев И. В., Вайнштейн В. Г. Влияние низкой температуры на усталостную прочность титанового сплава. - В кн.: Исследование по упрочнению деталей машин. М., Машиностроение , 1972, кн. III, с. 49-54.

46. Кудрявцев И. В., Вайнштейн В. Г. Влияние поверхностного механического упрочнения на усталость титанового сплава в- малоцикловой области. - МиТОМ, 1971, № 12, с. 44-46.

47. Кузема Ю. А., Ковпак В. И. Исследование прочности титанового сплава при пульсирующей нагрузке растяжением. - В кн.: Прочность при малом числе циклов нагружения. М., Наука , 1969, с. 216-218.

48. Кузема Ю. А., Семирог-Орлик В. Н., Ковпак В. И. Ползучесть и разрушение титанового сплава ВТ8 в условиях малоциклового растяжения при нормальной температуре. - Проблемы прочности , 1969, № 1, с. 66-69.

49. Кузьменко В. А., Гришаков С. В. О влиянии высокой частоты нагружения на выносливость ряда конструкционных сплавов при низкой (-196° С) и комнатной температурах. - Проблемы прочности , 1974, № 10, с. 31-36.

50. Логинов Н. 3., Шканов И. Н. Рассеяние характеристик усталостной прочности и структурная неоднородность двухфазных титановых сплавов. - В кн. Структура и свойства титановых сплавов. М., ОНТИ, 1972, с. 42-49.

51. Локшин Ф. Я., Шаханова Г. В., Коробов О. С. Объемные изменения при старении титановых сплавов ВТЗ-1 и ВТ14. - Техиол. легких сплавов. Научн.-техн. бюл. ВИЛСа. М., 1969, № 4, с. 106-110.

52. Лужников Л. П., Новикова В. М., Мареев Р. П. Прокаливаемость промышленных титановых сплавов. - МиТОМ, 1965, № 5, с. 21-23.

53. Лужников Л. П., Новикова В. М., Мареев А. П. Растворимость р-стаби-литаторов в сс-титане.-МиТОМ, 1963, № 2, с. 9-11.

54. Ляхович Л. С. Многокомпонентные диффузионнЬге покрытия. Минск, Наука и техника , 1974 . 216 с, с ил.

55. Макквиллэн А. Д., Макквиллэн М. К. Титан (пер. с анл.). М., Металлург-издат, 1958. 458 с, с ил.

56. Матвеев В. В., Чайковский Б. С, Бочарова Л. А. Демпфирующие свойства турболопастных материалов при рабочих температурах. - Проблемы прочности , 1973, № 4, с. 8-15.

57. ]Йиллер П. Д., Холлидэй И. В. Трение и износ титана. Машиностроение за рубежом.-Сб. пер. и обзоров иностр. лит. М., Машиностроение , 1959, №6, с. 10-20.

58. Моисеев В. И. Основные предпосылки создания высокопрочных титановых сплавов с а -f р-структурой путем легирования и термической обработки. - В кн.: Металловедение -титана. М., Наука , 1964, с. 147-150.

59. Мороз Л. С. Значения характеристик пластичности, отражающих некоторые стороны физического состояния сплавов. - ЖТФ, 1954, т. XXIX, № 3, с. 425-428.

60. Мороз Л. С, Разуваева И. И., Ушков С. С. Особенности влияния алюминия на рлеханические <:войства титана. - В кн.: Новый конструкционный металл - титан. М., Наука , 1972, с. 109-114.

61. Мороз Л. С, Хесин Ю. Д., Белова О. С. Исследование взаимосвязи между структурой и свойствами титановых сплавов. - МиТОМ, 1963, № 2, с. 5-8.

62. Мороз Л. С, Хесин Ю. Д., Маринец Т. К- Исследование ползучести и длительной прочностижелеза при низких температурах. - ФМиМ, 1962, т. 13, вып. 6, с. 912-919.

63.Мороз Л.С, Чечулин Б.Б. Водородная]хрупкость металлов. М.,Метал-Лургиздат,1967. 256 с, с ил.

64. Москаленко В. А., Ульянов Р. А., Тарасов И. Д. Пластическая деформация сс-титановых сплавов при низких температурах.- В кн.: Прочность и пластичность металлов и сплавов (Сер. Металлофизика). Киев, Наукова думка , 1968, с. 56-64.

65. Назаренко Г. Т., Ищенко И. И., Белецкий В. М. Влияние обкатки надреза и накатки резьбы на сопротивление усталости образцов из титановых сплавов ВТЗ-1 и ВТ16. - Проблемы прочности , 1973, т. 5, № 1, с. 101-103.