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Titane et ses alliages. Titane - une description d'un élément avec une photo, une caractéristique de son effet sur le corps humain, ainsi que le besoin de cet élément chimique

Dans le tableau périodique, l'élément chimique titane est désigné comme Ti (Titane) et est situé dans un sous-groupe secondaire du groupe IV, dans la 4ème période sous le numéro atomique 22. C'est un métal solide blanc argenté qui fait partie d'un grand nombre de minéraux. Vous pouvez acheter du titane sur notre site Web.

Le titane a été découvert à la fin du XVIIIe siècle par des chimistes anglais et allemands, Ulyam Gregor et Martin Klaproth, et indépendamment les uns des autres avec une différence de six ans. Le nom de l'élément a été donné par Martin Klaproth en l'honneur des anciens caractères grecs des titans (créatures énormes, fortes et immortelles). En fin de compte, le nom est devenu prophétique, mais il a fallu plus de 150 ans à l'humanité pour se familiariser avec toutes les propriétés du titane. Seulement trois décennies plus tard, il était possible d'obtenir le premier échantillon de métal titane. A cette époque, il n'était pratiquement pas utilisé en raison de sa fragilité. En 1925, après une série d'expériences, utilisant la méthode à l'iodure, les chimistes Van Arkel et De Boer extraient du titane pur.

En raison des propriétés précieuses du métal, les ingénieurs et les concepteurs ont immédiatement attiré l'attention sur lui. C'était une vraie percée. En 1940, Kroll a développé une méthode thermique au magnésium pour produire du titane à partir de minerai. Cette méthode est toujours d'actualité.

Propriétés physiques et mécaniques

Le titane est un métal assez réfractaire. Son point de fusion est de 1668 ± 3°C. Selon cet indicateur, il est inférieur à des métaux tels que le tantale, le tungstène, le rhénium, le niobium, le molybdène, le tantale, le zirconium. Le titane est un métal paramagnétique. Dans un champ magnétique, il n'est pas magnétisé, mais il n'en est pas expulsé. Image 2
Le titane a une faible densité (4,5 g/cm³) et une résistance élevée (jusqu'à 140 kg/mm²). Ces propriétés ne changent pratiquement pas à des températures élevées. Il est plus de 1,5 fois plus lourd que l'aluminium (2,7 g/cm³), mais 1,5 fois plus léger que le fer (7,8 g/cm³). En termes de propriétés mécaniques, le titane est bien supérieur à ces métaux. En termes de résistance, le titane et ses alliages sont comparables à de nombreuses nuances d'aciers alliés.

En termes de résistance à la corrosion, le titane n'est pas inférieur au platine. Le métal a une excellente résistance à la cavitation. Les bulles d'air formées dans un milieu liquide lors du mouvement actif d'une pièce en titane ne la détruisent pratiquement pas.

C'est un métal dur qui peut résister à la rupture et à la déformation plastique. Il est 12 fois plus dur que l'aluminium et 4 fois plus dur que le cuivre et le fer. Un autre indicateur important est le point de rendement. Avec une augmentation de cet indicateur, la résistance des pièces en titane aux charges opérationnelles s'améliore.

Dans les alliages avec certains métaux (notamment le nickel et l'hydrogène), le titane est capable de « se souvenir » de la forme d'un produit créé à une certaine température. Un tel produit peut alors se déformer et il conservera longtemps cette position. Si le produit est chauffé à la température à laquelle il a été fabriqué, le produit reprendra sa forme d'origine. Cette propriété est appelée "mémoire".

La conductivité thermique du titane est relativement faible et le coefficient de dilatation linéaire, respectivement, est également relativement faible. Il s'ensuit que le métal ne conduit pas bien l'électricité et ne chauffe pas bien. Mais à basse température, c'est un supraconducteur de l'électricité, ce qui lui permet de transmettre de l'énergie sur de longues distances. Le titane a également une résistance électrique élevée.
Le titane pur est soumis à divers types de traitement à froid et à chaud. Il peut être étiré et transformé en fil, forgé, roulé en bandes, feuilles et feuilles d'une épaisseur allant jusqu'à 0,01 mm. Les types de produits laminés suivants sont fabriqués à partir de titane : ruban de titane, fil de titane, tubes en titane, bagues en titane, cercle en titane, barre de titane.

Propriétés chimiques

Le titane pur est un élément réactif. Du fait qu'un film protecteur dense se forme à sa surface, le métal est très résistant à la corrosion. Il ne subit pas d'oxydation à l'air, dans l'eau de mer salée, ne se modifie pas dans de nombreux environnements chimiques agressifs (par exemple : acide nitrique dilué et concentré, eau régale). À haute température, le titane interagit beaucoup plus activement avec les réactifs. Il s'enflamme à l'air à une température de 1200°C. Lorsqu'il est enflammé, le métal dégage une lueur brillante. Une réaction active se produit également avec l'azote, avec la formation d'un film de nitrure jaune-brun à la surface du titane.

Les réactions avec les acides chlorhydrique et sulfurique sont faibles à température ambiante, mais lorsqu'il est chauffé, le métal se dissout fortement. À la suite de la réaction, des chlorures inférieurs et du monosulfate sont formés. De faibles interactions avec les acides phosphorique et nitrique se produisent également. Le métal réagit avec les halogènes. La réaction avec le chlore a lieu à 300°C.
Une réaction active avec l'hydrogène a lieu à une température légèrement supérieure à la température ambiante. Le titane absorbe activement l'hydrogène. 1 g de titane peut absorber jusqu'à 400 cm³ d'hydrogène. Le métal chauffé décompose le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. L'interaction avec la vapeur d'eau se produit à des températures supérieures à 800 ° C. À la suite de la réaction, un oxyde métallique est formé et de l'hydrogène est volatilisé. À des températures plus élevées, le titane chaud absorbe le dioxyde de carbone et forme du carbure et de l'oxyde.

Modes d'obtention

Le titane est l'un des éléments les plus abondants sur Terre. Son contenu dans les entrailles de la planète en masse est de 0,57%. La plus forte concentration de métal est observée dans la "coquille de basalte" (0,9%), dans les roches granitiques (0,23 %) et dans les roches ultrabasiques (0,03 %). Il existe environ 70 minéraux de titane dans lesquels il se trouve sous forme d'acide ou de dioxyde de titane. Les principaux minéraux des minerais de titane sont l'ilménite, l'anatase, le rutile, la brookite, la loparite, le leucoxène, la pérovskite et le sphène. Les principaux producteurs mondiaux de titane sont la Grande-Bretagne, les États-Unis, la France, le Japon, le Canada, l'Italie, l'Espagne et la Belgique.
Il existe plusieurs façons d'obtenir du titane. Tous sont appliqués dans la pratique et sont assez efficaces.

1. Processus thermique magnétique.

Un minerai contenant du titane est extrait et transformé en dioxyde, qui est lentement chloré à très haute température. La chloration est réalisée en milieu carboné. Ensuite, le chlorure de titane formé à la suite de la réaction est réduit avec du magnésium. Le métal résultant est chauffé dans un équipement sous vide à haute température. En conséquence, le magnésium et le chlorure de magnésium s'évaporent, laissant le titane avec de nombreux pores et vides. Le titane spongieux est refondu pour obtenir un métal de qualité.

2. Méthode hydrure-calcium.

Tout d'abord, l'hydrure de titane est obtenu, puis il est séparé en composants : le titane et l'hydrogène. Le processus se déroule dans un espace sans air à haute température. De l'oxyde de calcium se forme, qui est lavé avec des acides faibles.
Les méthodes thermiques à l'hydrure de calcium et au magnésium sont couramment utilisées à l'échelle industrielle. Ces méthodes vous permettent d'obtenir une quantité importante de titane en peu de temps, avec des coûts financiers minimes.

3. Méthode d'électrolyse.

Le chlorure de titane ou le dioxyde de titane est exposé à un ampérage élevé. Le résultat est la décomposition des composés.

4. Méthode à l'iodure.

Le dioxyde de titane interagit avec la vapeur d'iode. Ensuite, l'iodure de titane est exposé à des températures élevées, ce qui donne du titane. Cette méthode est la plus efficace, mais aussi la plus coûteuse. Le titane est obtenu avec une très grande pureté sans impuretés ni additifs.

Application de titane

En raison de ses bonnes propriétés anti-corrosion, le titane est utilisé pour la fabrication d'équipements chimiques. La haute résistance à la chaleur du métal et de ses alliages facilite leur utilisation dans la technologie moderne. Les alliages de titane sont d'excellents matériaux pour la construction aéronautique, les fusées et la construction navale.

Les monuments sont en titane. Les cloches faites de ce métal sont connues pour leur son extraordinaire et très beau. Le dioxyde de titane est un composant de certains médicaments, tels que les onguents pour les maladies de la peau. Les composés de métal avec du nickel, de l'aluminium et du carbone sont également très demandés.

Le titane et ses alliages ont trouvé des applications dans des domaines tels que les industries chimiques et alimentaires, la métallurgie des non-ferreux, l'électronique, la technologie nucléaire, l'ingénierie énergétique, la galvanoplastie. Les armes, les plaques de blindage, les instruments et implants chirurgicaux, le matériel d'irrigation, les équipements sportifs et même les bijoux sont fabriqués à partir de titane et de ses alliages. Au cours du processus de nitruration, un film doré se forme à la surface du métal, ce qui n'est pas inférieur en beauté, même à l'or véritable.

Propriétés physiques et chimiques du titane, production de titane

L'utilisation du titane sous sa forme pure et sous forme d'alliages, l'utilisation du titane sous forme de composés, l'effet physiologique du titane

Section 1. Histoire et nature du titane.

Titane -c'est un élément d'un sous-groupe latéral du quatrième groupe, la quatrième période du système périodique des éléments chimiques de DI Mendeleev, avec le numéro atomique 22. La substance simple titane (numéro CAS : 7440-32-6) est un blanc argenté clair métal. Il existe sous deux modifications cristallines : α-Ti avec un réseau hexagonal compact, β-Ti avec un garnissage cubique centré, la température de transformation polymorphe α↔β est de 883°C. Point de fusion 1660 ± 20 ° C.

Histoire et nature du titane

Titan a été nommé d'après les anciens caractères grecs des Titans. Il a été nommé ainsi par le chimiste allemand Martin Klaproth pour ses propres raisons, contrairement aux Français qui ont essayé de donner des noms en fonction des caractéristiques chimiques de l'élément, mais depuis lors les propriétés de l'élément étaient inconnues, un tel nom était choisi.

Le titane, c'est 10 éléments selon le nombre de celui-ci sur notre planète. La quantité de titane dans la croûte terrestre est égale à 0,57 % en masse et à 0,001 milligramme pour 1 litre d'eau de mer. Les gisements de titane sont situés sur le territoire de la République d'Afrique du Sud, de l'Ukraine, de la Russie, du Kazakhstan, du Japon, de l'Australie, de l'Inde, de Ceylan, du Brésil et de la Corée du Sud.

En termes de propriétés physiques, le titane est un métal argenté léger, en outre, il se caractérise par une viscosité élevée lors de l'usinage et a tendance à coller à l'outil de coupe. Par conséquent, des lubrifiants spéciaux ou une pulvérisation sont utilisés pour éliminer cet effet. A température ambiante, il est recouvert d'un film lasivant d'oxyde TiO2, grâce auquel il résiste à la corrosion dans les environnements les plus agressifs, à l'exception des alcalis. La poussière de titane a tendance à exploser, avec un point éclair de 400°C. Les copeaux de titane sont dangereux pour le feu.

Pour produire du titane sous sa forme pure ou ses alliages, dans la plupart des cas, le dioxyde de titane est utilisé avec un petit nombre de composés qu'il contient. Par exemple, concentré de rutile obtenu lors de l'enrichissement de minerais de titane. Mais les réserves de rutile sont extrêmement faibles et à cet égard, elles utilisent le laitier dit de rutile synthétique ou de titane obtenu lors du traitement des concentrés d'ilménite.

Le moine anglais de 28 ans William Gregor est considéré comme le découvreur du titane. En 1790, alors qu'il effectuait des relevés minéralogiques dans sa paroisse, il attira l'attention sur la prévalence et les propriétés inhabituelles du sable noir dans la vallée de Menacan au sud-ouest de l'Angleterre et commença à l'explorer. Dans le sable, le prêtre a découvert des grains d'un minéral noir brillant, qui est attiré par un aimant ordinaire. Obtenu en 1925 par Van Arkel et de Boer par la méthode à l'iodure, le titane le plus pur s'est avéré être un métal ductile et transformable avec de nombreuses propriétés précieuses, qui a attiré l'attention d'un large éventail de concepteurs et d'ingénieurs. En 1940, Kroll proposa une méthode magnéso-thermique pour extraire le titane des minerais, qui est toujours la principale aujourd'hui. En 1947, les 45 premiers kg de titane commercialement pur ont été produits.

Dans le tableau périodique des éléments de Mendeleev, le titane porte le numéro de série 22. La masse atomique du titane naturel, calculée à partir des résultats des études de ses isotopes, est de 47,926. Ainsi, le noyau d'un atome de titane neutre contient 22 protons. Le nombre de neutrons, c'est-à-dire de particules neutres non chargées, est différent : le plus souvent 26, mais il peut varier de 24 à 28. Par conséquent, le nombre d'isotopes du titane est différent. Au total, on connaît aujourd'hui 13 isotopes de l'élément n° 22. Le titane naturel est constitué d'un mélange de cinq isotopes stables, le plus largement représenté est le titane-48, sa part dans les minerais naturels est de 73,99%. Le titane et d'autres éléments du sous-groupe IVB ont des propriétés très proches des éléments du sous-groupe IIIB (groupe scandium), bien qu'ils diffèrent de ces derniers par leur capacité à présenter une valence élevée. La similitude du titane avec le scandium, l'yttrium, ainsi qu'avec les éléments du sous-groupe VB - vanadium et niobium, s'exprime également dans le fait que le titane se trouve souvent dans les minéraux naturels avec ces éléments. Avec les halogènes monovalents (fluor, brome, chlore et iode), il peut former des composés di-tri- et tétra, avec le soufre et les éléments de son groupe (sélénium, tellure) - mono- et disulfures, avec l'oxygène - oxydes, dioxydes et trioxydes .

Le titane forme également des composés avec de l'hydrogène (hydrures), de l'azote (nitrures), du carbone (carbures), du phosphore (phosphures), de l'arsenic (arsides), ainsi que des composés avec de nombreux métaux - composés intermétalliques. Le titane forme non seulement des composés simples, mais aussi de nombreux composés complexes; beaucoup de ses composés avec des substances organiques sont connus. Comme le montre la liste des composés auxquels le titane peut participer, il est chimiquement très actif. Et en même temps, le titane est l'un des rares métaux avec une résistance à la corrosion exceptionnellement élevée : il est pratiquement éternel dans l'atmosphère de l'air, dans l'eau froide et bouillante, il est très stable dans l'eau de mer, dans les solutions de nombreux sels, inorganiques et acides organiques. En termes de résistance à la corrosion dans l'eau de mer, il surpasse tous les métaux, à l'exception des métaux nobles - or, platine, etc., la plupart des types d'acier inoxydable, nickel, cuivre et autres alliages. Le titane pur ne se corrode pas dans l'eau, dans de nombreux environnements corrosifs. Résiste à la corrosion du titane et à l'érosion résultant d'une combinaison d'action chimique et mécanique sur le métal. À cet égard, il n'est pas inférieur aux meilleures nuances d'aciers inoxydables, d'alliages à base de cuivre et d'autres matériaux de structure. Il résiste bien au titane et à la corrosion par fatigue, qui se manifeste souvent sous la forme de violations de l'intégrité et de la résistance du métal (fissuration, foyers locaux de corrosion, etc.). Le comportement du titane dans de nombreux environnements agressifs, tels que nitrique, chlorhydrique, sulfurique, eau régale et autres acides et alcalis, provoque la surprise et l'admiration pour ce métal.

Le titane est un métal hautement réfractaire. On a longtemps cru qu'il fondait à 1800°C, mais au milieu des années 50. Les scientifiques britanniques Diardorf et Hayes ont établi le point de fusion du titane élémentaire pur. Il était de 1668 ± 3 ° .En termes de réfractarité, le titane est le deuxième derrière des métaux tels que le tungstène, le tantale, le niobium, le rhénium, le molybdène, les platinoïdes, le zirconium, et il se classe au premier rang des principaux métaux de structure. La caractéristique la plus importante du titane en tant que métal est ses propriétés physiques et chimiques uniques : faible densité, résistance élevée, dureté, etc. L'essentiel est que ces propriétés ne changent pas de manière significative à haute température.

Le titane est un métal léger, sa densité à 0°C n'est que de 4,517 g/cm8, et à 100°C - 4,506 g/cm3. Le titane appartient au groupe des métaux dont la densité est inférieure à 5 g/cm3. Cela inclut tous les métaux alcalins (sodium, cadium, lithium, rubidium, césium) avec une densité de 0,9-1,5 g/cm3, magnésium (1,7 g/cm3), aluminium (2,7 g/cm3) et etc. Le titane est plus que 1,5 fois plus lourd que l'aluminium, et en cela, bien sûr, il y perd, mais il est 1,5 fois plus léger que le fer (7,8 g / cm3). Cependant, occupant une position intermédiaire entre l'aluminium et le fer en densité, le titane est plusieurs fois supérieur dans ses propriétés mécaniques.). Le titane a une dureté importante : il est 12 fois plus dur que l'aluminium, 4 fois plus dur que le fer et le cuivre. Une autre caractéristique importante d'un métal est sa limite d'élasticité. Plus il est élevé, plus les pièces constituées de ce métal résistent aux sollicitations opérationnelles. La limite d'élasticité du titane est presque 18 fois supérieure à celle de l'aluminium. La résistance spécifique des alliages de titane peut être augmentée de 1,5 à 2 fois. Ses propriétés mécaniques élevées sont bien maintenues à des températures allant jusqu'à plusieurs centaines de degrés. Le titane pur convient à tous les types de traitement à chaud et à froid : il peut être forgé comme le fer, étiré et même transformé en fil, roulé en tôles, bandes, en feuille jusqu'à 0,01 mm d'épaisseur.

Contrairement à la plupart des métaux, le titane a une résistance électrique importante : si la conductivité électrique de l'argent est de 100, alors la conductivité électrique du cuivre est de 94, de l'aluminium - 60, du fer et du platine -15 et du titane - seulement 3,8. Le titane est un métal paramagnétique, il n'est pas magnétisé comme le fer dans un champ magnétique, mais il n'en est pas expulsé comme le cuivre. Sa susceptibilité magnétique est très faible, cette propriété peut être utilisée en construction. Le titane a une conductivité thermique relativement faible, seulement 22,07 W / (mK), ce qui est environ 3 fois inférieur à la conductivité thermique du fer, 7 fois inférieur au magnésium, 17 à 20 fois inférieur à l'aluminium et au cuivre. En conséquence, le coefficient de dilatation thermique linéaire du titane est inférieur à celui des autres matériaux de structure : à 20°C il est 1,5 fois inférieur à celui du fer, 2 fois inférieur pour le cuivre, et presque 3 fois inférieur pour l'aluminium. Ainsi, le titane est un mauvais conducteur d'électricité et de chaleur.

En raison de leur haute résistance à la corrosion dans l'eau de mer, le titane et ses alliages sont utilisés dans la construction navale pour la fabrication d'hélices, le décorticage de navires, de sous-marins, de torpilles, etc. Les coques n'adhèrent pas au titane et à ses alliages, ce qui augmente fortement la résistance du récipient lors de son mouvement. Progressivement, les domaines d'application du titane s'étendent. Le titane et ses alliages sont utilisés dans les industries chimiques, pétrochimiques, des pâtes et papiers et alimentaires, la métallurgie non ferreuse, l'ingénierie énergétique, l'électronique, la technologie nucléaire, la galvanoplastie, dans la fabrication d'armes, pour la fabrication de plaques de blindage, d'instruments chirurgicaux, d'implants chirurgicaux , usines de dessalement, pièces de voitures de course, équipements sportifs (clubs de golf, matériel d'alpinisme), pièces pour montres-bracelets et même bijoux. La nitruration du titane conduit à la formation d'un film doré à sa surface, qui n'est pas inférieur en beauté à l'or véritable.

La découverte du TiO2 a été faite presque simultanément et indépendamment l'une de l'autre par l'Anglais W. Gregor et le chimiste allemand M.G. Klaproth. W. Gregor, enquêtant sur la composition du sable ferreux magnétique (Creed, Cornwall, Angleterre, 1791), a identifié une nouvelle "terre" (oxyde) d'un métal inconnu, qu'il a nommé Menakenova. En 1795, le chimiste allemand Klaproth découvrit un nouvel élément dans le minéral rutile et le nomma titane. Deux ans plus tard, Klaproth établit que le rutile et la terre ménakenienne sont des oxydes du même élément, derrière lesquels le nom "titane", proposé par Klaproth, est resté. Dix ans plus tard, le titane est découvert pour la troisième fois. Le scientifique français L. Vauquelin a découvert le titane dans l'anatase et a prouvé que le rutile et l'anatase sont des oxydes de titane identiques.

Le premier échantillon de titane métallique a été obtenu en 1825 par J. J. Berzelius. En raison de la forte activité chimique du titane et de la complexité de sa purification, un échantillon de Ti pur a été obtenu par les Hollandais A. van Arkel et I. de Boer en 1925 par décomposition thermique de vapeur d'iodure de titane TiI4.

Le titane est le 10ème plus abondant dans la nature. La teneur dans la croûte terrestre est de 0,57 % en poids, dans l'eau de mer de 0,001 mg/l. Dans les roches ultrabasiques 300 g/t, dans les roches basiques - 9 kg/t, dans les roches acides 2,3 kg/t, dans les argiles et schistes 4,5 kg/t. Dans la croûte terrestre, le titane est presque toujours tétravalent et n'est présent que dans les composés oxygénés. Introuvable sous forme libre. Le titane dans des conditions d'altération et de sédimentation a une affinité géochimique pour Al2O3. Il est concentré dans la bauxite de la croûte d'altération et dans les sédiments argileux marins. Le titane est transféré sous forme de fragments mécaniques de minéraux et sous forme de colloïdes. Jusqu'à 30 % de TiO2 en poids s'accumule dans certaines argiles. Les minéraux de titane sont résistants aux intempéries et forment de grandes concentrations dans les placers. Plus de 100 minéraux contenant du titane sont connus. Les plus importants d'entre eux sont le rutile TiO2, l'ilménite FeTiO3, la titanomagnétite FeTiO3 + Fe3O4, la pérovskite CaTiO3, la titanite CaTiSiO5. Il existe des minerais de titane primaires - ilménite-titanomagnétite et des minerais de placer - rutile-ilménite-zircon.

Les principaux minerais sont l'ilménite (FeTiO3), le rutile (TiO2), la titanite (CaTiSiO5).

Pour 2002, 90 % du titane extrait a été utilisé pour la production de dioxyde de titane TiO2. La production mondiale de dioxyde de titane était de 4,5 millions de tonnes par an. Les réserves prouvées de dioxyde de titane (hors Russie) s'élèvent à environ 800 millions de tonnes.Pour 2006, selon l'US Geological Survey, en termes de dioxyde de titane et hors Russie, les réserves de minerais d'ilménite sont de 603 à 673 millions de tonnes, et de minerais de rutile - 49,7 à 52,7 millions de tonnes Ainsi, au rythme actuel d'extraction des réserves mondiales prouvées de titane (hors Russie) suffiront pour plus de 150 ans.

La Russie possède les deuxièmes plus grandes réserves de titane au monde après la Chine. La base de ressources minérales de titane en Russie est composée de 20 gisements (dont 11 sont des gisements primaires et 9 sont des gisements de placers), qui sont assez uniformément dispersés dans tout le pays. Le plus grand des gisements explorés (Yaregskoye) est situé à 25 km de la ville d'Ukhta (République des Komis). Les réserves du gisement sont estimées à 2 milliards de tonnes de minerai avec une teneur moyenne en dioxyde de titane d'environ 10 %.

Le plus grand producteur de titane au monde est la société russe VSMPO-AVISMA.

En règle générale, le matériau de départ pour la production de titane et de ses composés est du dioxyde de titane avec une quantité relativement faible d'impuretés. En particulier, il peut s'agir d'un concentré de rutile obtenu lors de l'enrichissement de minerais de titane. Cependant, les réserves de rutile dans le monde sont très limitées et le laitier dit de rutile synthétique ou de titane obtenu lors du traitement des concentrés d'ilménite est souvent utilisé. Pour obtenir du laitier de titane, le concentré d'ilménite est réduit dans un four à arc électrique, tandis que le fer est séparé en une phase métallique (fonte), et les oxydes non réduits de titane et les impuretés forment une phase de laitier. Les scories riches sont traitées par la méthode au chlorure ou à l'acide sulfurique.

Sous forme pure et sous forme d'alliages

Monument en titane à Gagarine sur Leninsky Prospekt à Moscou

Le métal est utilisé dans : l'industrie chimique (réacteurs, canalisations, pompes, raccords de canalisation), l'industrie militaire (pare-balles, blindages et pare-feu dans l'aviation, coques de sous-marins), les procédés industriels (usines de dessalement, procédés de pâtes et papiers), les industrie automobile, industrie agricole, industrie alimentaire, bijoux piercing, industrie médicale (prothèses, ostéoprothèses), instruments dentaires et endodontiques, implants dentaires, articles de sport, bijoux (Alexander Khomov), téléphones portables, alliages légers, etc. matériel dans les avions, fusée, construction navale.

La coulée du titane est réalisée dans des fours sous vide dans des moules en graphite. La coulée de précision sous vide est également utilisée. En raison de difficultés technologiques, il est utilisé dans une mesure limitée dans la coulée artistique. La première sculpture monumentale en fonte de titane au monde est le monument à Youri Gagarine sur la place qui porte son nom à Moscou.

Le titane est un ajout d'alliage dans de nombreux aciers alliés et la plupart des alliages spéciaux.

Le nitinol (nickel-titane) est un alliage à mémoire de forme utilisé en médecine et en technologie.

Les aluminures de titane sont très résistants à l'oxydation et à la chaleur, ce qui à son tour a déterminé leur utilisation dans l'aviation et l'industrie automobile en tant que matériaux de structure.

Le titane est l'un des matériaux getter les plus couramment utilisés dans les pompes à vide poussé.

Le dioxyde de titane blanc (TiO2) est utilisé dans les peintures (comme le blanc de titane) ainsi que dans le papier et les plastiques. Complément alimentaire E171.

Les composés organo-titane (par exemple le tétrabutoxytitane) sont utilisés comme catalyseur et durcisseur dans les industries chimiques et de la peinture.

Les composés inorganiques du titane sont utilisés dans les industries chimiques, électroniques et de la fibre de verre comme additifs ou revêtements.

Le carbure de titane, le diborure de titane, le carbonitrure de titane sont des composants importants des matériaux extra-durs pour le traitement des métaux.

Le nitrure de titane est utilisé pour revêtir des outils, des dômes d'église et dans la production de bijoux fantaisie. a une couleur semblable à l'or.

Titanate de baryum BaTiO3, titanate de plomb PbTiO3 et un certain nombre d'autres titanates - ferroélectriques.

Il existe de nombreux alliages de titane avec différents métaux. Les éléments d'alliage sont divisés en trois groupes, en fonction de leur effet sur la température de transformation polymorphe : sur les bêta-stabilisants, les alpha-stabilisants et les durcisseurs neutres. Les premiers abaissent la température de transformation, les seconds augmentent, les troisièmes ne l'affectent pas, mais conduisent au durcissement en solution de la matrice. Exemples de stabilisants alpha : aluminium, oxygène, carbone, azote. Bêta stabilisants : molybdène, vanadium, fer, chrome, nickel. Durcisseurs neutres : zirconium, étain, silicium. Les bêta-stabilisants, à leur tour, sont divisés en bêta-isomorphes et bêta-eutectoïdes formant. L'alliage de titane le plus courant est le Ti-6Al-4V (dans la classification russe - VT6).

60 % de peinture ;

20% - plastique;

13% - papier;

7% - génie mécanique.

15-25 $ le kilogramme, selon la pureté.

La pureté et la qualité du titane brut (éponge de titane) sont généralement déterminées par sa dureté, qui dépend de la teneur en impuretés. Les marques les plus courantes sont TG100 et TG110.

Le prix du ferrotitane (au moins 70% de titane) au 22/12/2010 est de 6,82 $ le kilogramme. Le 01.01.2010, le prix était au niveau de 5,00 $ le kilogramme.

En Russie, les prix du titane au début de 2012 étaient de 1200 à 1500 roubles / kg.

Avantages :

la faible densité (4500 kg/m3) permet de réduire la masse du matériau utilisé ;

haute résistance mécanique. Il convient de noter qu'à des températures élevées (250-500 ° C), les alliages de titane ont une résistance supérieure aux alliages d'aluminium et de magnésium à haute résistance;

résistance à la corrosion exceptionnellement élevée en raison de la capacité du titane à former de minces films continus (5-15 m) d'oxyde de TiO2 à la surface, fermement liés à la masse du métal ;

la résistance spécifique (rapport résistance-densité) des meilleurs alliages de titane atteint 30-35 et plus, ce qui est presque le double de la résistance spécifique des aciers alliés.

Désavantages:

coût de production élevé, le titane est beaucoup plus cher que le fer, l'aluminium, le cuivre, le magnésium ;

interaction active à haute température, notamment à l'état liquide, avec tous les gaz qui composent l'atmosphère, de sorte que le titane et ses alliages ne peuvent être fondus que sous vide ou dans un environnement de gaz inerte ;

les difficultés liées à la production de déchets de titane ;

mauvaises propriétés antifriction dues à l'adhérence du titane à de nombreux matériaux ; le titane associé au titane ne peut pas fonctionner pour la friction ;

forte tendance du titane et de plusieurs de ses alliages à la fragilité à l'hydrogène et à la corrosion saline ;

mauvaise usinabilité, similaire à celle des aciers inoxydables austénitiques ;

une activité chimique élevée, une tendance à la croissance des grains à haute température et des transformations de phase au cours du cycle de soudage entraînent des difficultés lors du soudage du titane.

La majeure partie du titane est dépensée pour les besoins de la technologie de l'aviation et des fusées et de la construction navale. Le titane (ferrotitane) est utilisé comme additif d'alliage pour les aciers de haute qualité et comme désoxydant. Le titane technique est utilisé pour la fabrication de réservoirs, réacteurs chimiques, canalisations, raccords, pompes, vannes et autres produits fonctionnant dans des environnements corrosifs. Les grilles et autres parties des appareils à électro-vide fonctionnant à haute température sont en titane compact.

Le titane est à la 4ème place en termes d'utilisation comme matériau de structure, derrière seulement Al, Fe et Mg. Les aluminures de titane sont très résistants à l'oxydation et à la chaleur, ce qui à son tour a déterminé leur utilisation dans l'aviation et l'industrie automobile en tant que matériaux de structure. La sécurité biologique du titane en fait un excellent matériau pour l'industrie alimentaire et la chirurgie reconstructive.

Le titane et ses alliages ont trouvé une large application dans la technologie en raison de leur résistance mécanique élevée, qui est conservée à des températures élevées, de leur résistance à la corrosion, de leur résistance à la chaleur, de leur résistance spécifique, de leur faible densité et d'autres propriétés utiles. Le coût élevé du titane et de ses alliages est dans de nombreux cas compensé par leur plus grande efficacité, et dans certains cas, ils sont le seul matériau à partir duquel il est possible de fabriquer des équipements ou des structures capables de fonctionner dans ces conditions spécifiques.

Les alliages de titane jouent un rôle important dans l'ingénierie aéronautique, où l'objectif est d'obtenir la conception la plus légère associée à la résistance requise. Le titane est léger par rapport aux autres métaux, mais en même temps, il peut fonctionner à des températures élevées. Les alliages de titane sont utilisés pour la fabrication de revêtements, de pièces de fixation, de groupes électrogènes, de pièces de châssis et de diverses unités. En outre, ces matériaux sont utilisés dans la conception de moteurs à réaction d'avion. Cela vous permet de réduire leur poids de 10 à 25 %. Les alliages de titane sont utilisés pour produire des disques et des aubes de compresseur, des parties de l'admission d'air et des aubes directrices, et des fixations.

Le titane et ses alliages sont également utilisés en fusée. En raison du fonctionnement à court terme des moteurs et du passage rapide des couches denses de l'atmosphère dans les fusées, les problèmes de résistance à la fatigue, d'endurance statique et en partie de fluage sont en grande partie éliminés.

En raison de sa résistance thermique insuffisamment élevée, le titane technique n'est pas adapté à une utilisation dans l'aviation, mais en raison de sa résistance extrêmement élevée à la corrosion, il est dans certains cas indispensable dans l'industrie chimique et la construction navale. Il est donc utilisé dans la fabrication de compresseurs et de pompes pour le pompage de fluides agressifs tels que l'acide sulfurique et chlorhydrique et leurs sels, canalisations, vannes, autoclaves, divers types de conteneurs, filtres, etc. Seul le titane est résistant à la corrosion dans les fluides tels que l'eau chlore, solutions aqueuses et acides de chlore, par conséquent, les équipements pour l'industrie du chlore sont fabriqués à partir de ce métal. Les échangeurs de chaleur sont en titane, fonctionnant dans des environnements corrosifs, par exemple, dans l'acide nitrique (non fumant). Le titane est utilisé dans la construction navale pour la fabrication d'hélices, le placage de navires de mer, de sous-marins, de torpilles, etc. Les coques n'adhèrent pas au titane et à ses alliages, ce qui augmente fortement la résistance du récipient lors de son mouvement.

Les alliages de titane sont prometteurs pour une utilisation dans de nombreuses autres applications, mais leur diffusion technologique est limitée par le coût élevé et la rareté du titane.

Les composés de titane sont également largement utilisés dans diverses industries. Le carbure de titane a une dureté élevée et est utilisé dans la fabrication d'outils de coupe et de matériaux abrasifs. Le dioxyde de titane blanc (TiO2) est utilisé dans les peintures (comme le blanc de titane) ainsi que dans le papier et les plastiques. Les composés organo-titane (par exemple le tétrabutoxytitane) sont utilisés comme catalyseur et durcisseur dans les industries chimiques et de la peinture. Les composés inorganiques du titane sont utilisés dans les industries chimiques, électroniques et de la fibre de verre comme additif. Le diborure de titane est un composant important des matériaux extra-durs pour le travail des métaux. Le nitrure de titane est utilisé pour le revêtement des outils.

Avec les prix élevés actuels du titane, il est principalement utilisé pour la production d'équipements militaires, où le rôle principal n'est pas joué par le coût, mais par les caractéristiques techniques. Néanmoins, il existe des cas d'utilisation des propriétés uniques du titane pour des besoins civils. À mesure que le prix du titane diminue et que sa production augmente, l'utilisation de ce métal à des fins militaires et civiles se développera de plus en plus.

Aviation. La faible densité et la résistance élevée (en particulier à des températures élevées) du titane et de ses alliages en font des matériaux aéronautiques très précieux. Le titane remplace de plus en plus l'aluminium et l'acier inoxydable dans la fabrication d'avions et de moteurs d'avion. Lorsque la température augmente, l'aluminium perd rapidement de sa résistance. D'autre part, le titane a un net avantage en termes de résistance à des températures allant jusqu'à 430°C, et des températures élevées de cet ordre se produisent à des vitesses élevées en raison de l'échauffement aérodynamique. L'avantage de remplacer l'acier par du titane dans l'aviation est un gain de poids sans sacrifier la résistance. La réduction globale du poids avec des performances accrues à des températures élevées permet une charge utile, une autonomie et une maniabilité accrues de l'avion. Cela explique les efforts visant à étendre l'utilisation du titane dans la fabrication d'avions dans la fabrication de moteurs, la construction de fuselage, la peau et même les attaches.

Dans la construction de moteurs à réaction, le titane est principalement utilisé pour la fabrication d'aubes de compresseurs, de disques de turbines et de nombreuses autres pièces embouties. Ici, le titane remplace les aciers alliés inoxydables et traités thermiquement. Le gain d'un kilo de poids moteur permet d'économiser jusqu'à 10 kg sur le poids total de l'avion grâce à l'allègement du fuselage. A l'avenir, il est prévu d'utiliser des tôles de titane pour la fabrication des carters des chambres de combustion des moteurs.

Le titane est largement utilisé dans la construction aéronautique pour les pièces de fuselage fonctionnant à des températures élevées. La feuille de titane est utilisée pour la fabrication de toutes sortes de douilles, de gaines de protection pour câbles et de guides pour projectiles. Divers raidisseurs, cadres de fuselage, nervures, etc. sont fabriqués à partir de feuilles de titane alliées.

Les couvercles, volets, protège-câbles et guides de projectiles sont en titane non allié. Le titane allié est utilisé pour la fabrication du cadre de fuselage, des cadres, des canalisations et des pare-feu.

Le titane est de plus en plus utilisé dans la construction des avions F-86 et F-100. À l'avenir, le titane sera utilisé pour fabriquer des trappes de trains d'atterrissage, des canalisations hydrauliques, des tuyaux et tuyères d'échappement, des longerons, des volets, des jambes de force repliables, etc.

Le titane peut être utilisé pour fabriquer des plaques de blindage, des pales d'hélice et des boîtes à projectiles.

Actuellement, le titane est utilisé dans la construction des avions militaires Douglas X-3 pour la peau, du Republican F-84F, du Curtiss-Wright J-65 et du Boeing B-52.

Le titane est également utilisé dans la construction d'avions civils DC-7. En remplaçant les alliages d'aluminium et l'acier inoxydable par du titane dans la fabrication des nacelles de moteurs et des pare-feu, Douglas a déjà réalisé des économies de poids de la structure de l'avion d'environ 90 kg. Actuellement, le poids des pièces en titane de cet avion est de 2 %, et ce chiffre devrait être porté à 20 % du poids total de l'avion.

L'utilisation du titane permet de réduire le poids des hélicoptères. La feuille de titane est utilisée pour les sols et les portes. Une réduction significative du poids de l'hélicoptère (environ 30 kg) a été obtenue en remplaçant l'acier allié par du titane pour le revêtement des pales de ses pales de rotor.

Marine. La résistance à la corrosion du titane et de ses alliages les rend très précieux en mer. L'US Navy effectue des recherches approfondies sur la résistance à la corrosion du titane contre les gaz de combustion, la vapeur, l'huile et l'eau de mer. La résistance spécifique élevée du titane a presque la même importance dans les affaires navales.

La faible densité du métal, combinée à la résistance à la corrosion, augmente la maniabilité et la portée des navires, et réduit également le coût de maintenance de la pièce matérielle et de sa réparation.

Les applications navales du titane comprennent les silencieux d'échappement pour les moteurs diesel de sous-marins, les disques de jauge, les tubes à paroi mince pour les condenseurs et les échangeurs de chaleur. Selon les experts, le titane, comme aucun autre métal, peut augmenter la durée de vie des silencieux d'échappement des sous-marins. Pour les disques de jauge exposés à l'eau salée, à l'essence ou à l'huile, le titane offrira une meilleure résistance. La possibilité d'utiliser du titane pour la fabrication de tubes d'échangeurs de chaleur, qui doivent être résistants à la corrosion dans l'eau de mer lavant les tubes de l'extérieur, et en même temps résister à l'effet des condensats d'échappement circulant à l'intérieur, est à l'étude. La possibilité de fabriquer des antennes et des ensembles d'installations radar en titane, qui doit être résistant aux effets des fumées et de l'eau de mer, est à l'étude. Le titane peut également être utilisé pour la production de pièces telles que des vannes, des hélices, des pièces de turbine, etc.

Artillerie. Apparemment, le plus gros consommateur potentiel de titane peut être l'artillerie, où des recherches intensives de divers prototypes sont actuellement en cours. Cependant, dans ce domaine, la production de pièces détachées uniquement et de pièces en titane est standardisée. L'utilisation très limitée du titane dans l'artillerie avec un large champ de recherche s'explique par son coût élevé.

Divers équipements d'artillerie ont été étudiés du point de vue de la possibilité de remplacer les matériaux conventionnels par du titane, à condition que les prix du titane soient réduits. L'accent a été mis sur les pièces pour lesquelles il y a une réduction significative du poids (pièces portées à la main et à l'air).

Plaque de base de mortier en titane au lieu d'acier. Par un tel remplacement et après quelques modifications au lieu d'une plaque d'acier, il a été possible de créer une pièce pesant 11 kg à partir de deux moitiés avec un poids total de 22 kg. Grâce à ce remplacement, il est possible de réduire le nombre de personnel de maintenance de trois à deux. La possibilité d'utiliser du titane pour la fabrication de pare-flammes à canon est à l'étude.

Des supports d'armes à feu, des affûts d'armes à feu et des cylindres de recul en titane sont actuellement testés. Le titane peut être largement utilisé dans la production de missiles guidés et de missiles.

Les premières études sur le titane et ses alliages ont montré la possibilité d'en fabriquer des plaques de blindage. Le remplacement d'une armure en acier (12,7 mm d'épaisseur) par une armure en titane de même résistance aux projectiles (16 mm d'épaisseur) permet d'obtenir, selon ces études, un gain de poids allant jusqu'à 25 %.

Des alliages de titane de meilleure qualité permettent d'espérer la possibilité de remplacer les plaques d'acier par du titane d'égale épaisseur, ce qui permet un gain de poids jusqu'à 44%. L'utilisation industrielle du titane offrira une plus grande maniabilité, augmentera la portée de transport et la durabilité du pistolet. Le niveau actuel de développement du transport aérien met en évidence les avantages des voitures blindées légères et autres véhicules en titane. Le département d'artillerie a l'intention d'équiper à l'avenir l'infanterie de casques, de baïonnettes, de lance-grenades et de lance-flammes à main en titane. L'alliage de titane a d'abord été utilisé en artillerie pour la fabrication du piston de certaines armes automatiques.

Transport. De nombreux avantages de l'utilisation du titane dans la fabrication de matériel blindé s'appliquent également aux véhicules.

Le remplacement des matériaux de structure actuellement consommés par les entreprises d'ingénierie des transports par du titane devrait conduire à une diminution de la consommation de carburant, une augmentation de la capacité de charge utile, une augmentation de la limite de fatigue des pièces du mécanisme de manivelle, etc. Sur les chemins de fer, il est extrêmement important de réduire les morts poids. Une réduction significative du poids total du matériel roulant grâce à l'utilisation du titane permettra d'économiser en traction, de réduire les dimensions des tourillons et des boîtes d'essieux.

Le poids est également important pour les véhicules tractés. Ici, le remplacement de l'acier par du titane dans la production d'essieux et de roues augmenterait également la charge utile.

Toutes ces possibilités pourraient être réalisées en réduisant le prix du titane de 15 à 2-3 dollars par livre de produits semi-finis en titane.

Industrie chimique. Dans la fabrication d'équipements pour l'industrie chimique, le plus important est la résistance à la corrosion du métal. Il est également important de réduire le poids et d'augmenter la résistance de l'équipement. Il est logique de supposer que le titane pourrait fournir un certain nombre d'avantages dans la production d'équipements pour le transport d'acides, d'alcalis et de sels inorganiques à partir de celui-ci. Des opportunités supplémentaires pour l'application du titane s'ouvrent dans la production d'équipements tels que des réservoirs, des colonnes, des filtres et toutes sortes de cylindres à haute pression.

L'utilisation de tuyaux en titane peut augmenter l'efficacité des serpentins de chauffage dans les autoclaves de laboratoire et les échangeurs de chaleur. L'applicabilité du titane pour la production de cylindres dans lesquels les gaz et les liquides sont stockés sous pression pendant une longue période est démontrée par l'utilisation en microanalyse des produits de combustion au lieu d'un tube de verre plus lourd (montré dans la partie supérieure de l'image). En raison de sa faible épaisseur de paroi et de sa faible densité, ce tube peut être pesé sur des balances analytiques plus sensibles et de plus petites dimensions. Ici, la combinaison de la légèreté et de la résistance à la corrosion améliore la précision de l'analyse chimique.

Autres domaines d'application. L'utilisation du titane est conseillée dans les industries alimentaires, pétrolières et électriques, ainsi que pour la fabrication d'instruments chirurgicaux et en chirurgie elle-même.

Les tables de préparation des aliments, les tables de cuisson à la vapeur en titane sont de qualité supérieure aux produits en acier.

Dans l'industrie du forage pétrolier et gazier, la lutte contre la corrosion est d'une grande importance, c'est pourquoi l'utilisation du titane permettra de remplacer moins souvent les tiges corrosives des équipements. En production catalytique et pour la fabrication d'oléoducs, il est souhaitable d'utiliser du titane, qui conserve ses propriétés mécaniques à haute température et présente une bonne résistance à la corrosion.

Dans l'industrie électrique, le titane peut être utilisé pour le blindage des câbles en raison de sa bonne résistance spécifique, de sa résistance électrique élevée et de ses propriétés non magnétiques.

Diverses industries commencent à utiliser des attaches d'une forme ou d'une autre, en titane. Une expansion supplémentaire de l'utilisation du titane est possible pour la fabrication d'instruments chirurgicaux principalement en raison de sa résistance à la corrosion. Les instruments en titane sont supérieurs aux instruments chirurgicaux conventionnels à cet égard lorsqu'ils sont bouillis ou autoclavés à plusieurs reprises.

Dans le domaine de la chirurgie, le titane est supérieur au vitalium et aux aciers inoxydables. La présence de titane dans le corps est tout à fait acceptable. La plaque et les vis en titane pour fixer les os sont restées dans le corps de l'animal pendant plusieurs mois, et l'os a poussé dans les filets des filets de vis et dans le trou de la plaque.

Le titane a également l'avantage que le tissu musculaire se forme sur la plaque.

Environ la moitié de la production mondiale de titane est généralement destinée à l'industrie aéronautique civile, mais son déclin après les événements tragiques bien connus oblige de nombreux acteurs de l'industrie à rechercher de nouveaux domaines d'application du titane. Ce matériel représente la première partie d'une sélection de publications dans la presse métallurgique étrangère consacrée aux perspectives du titane dans les conditions modernes. Selon les estimations de l'un des principaux producteurs américains de titane RT1, sur le volume total de production de titane à l'échelle mondiale de 50 à 60 000 tonnes par an, le segment aérospatial représente jusqu'à 40 consommations, applications industrielles et les applications représentent 34, et le secteur militaire 16, et environ 10 proviennent de l'utilisation du titane dans les produits de consommation. Les applications industrielles du titane comprennent les procédés chimiques, l'énergie, l'industrie pétrolière et gazière, les usines de dessalement. Les applications militaires non aéronautiques comprennent principalement l'utilisation dans l'artillerie et les véhicules de combat. Les secteurs avec des volumes importants d'utilisation de titane sont l'automobile, l'architecture et la construction, les articles de sport, la bijouterie. Presque tout le titane en lingots est produit aux États-Unis, au Japon et dans la CEI - l'Europe ne représente que 3,6 % du volume mondial. Les marchés régionaux pour l'utilisation finale du titane sont très différents - l'exemple le plus frappant de l'unicité est le Japon, où le secteur de l'aérospatiale civile ne représente que 2 ou 3 % lorsqu'il utilise 30 de la consommation totale de titane dans les équipements et les éléments structurels des usines chimiques. . Les centrales nucléaires et à combustible solide représentent environ 20 % de la demande totale du Japon, le reste provenant de l'architecture, de la médecine et du sport. L'image inverse est observée aux États-Unis et en Europe, où la consommation dans le secteur aérospatial est extrêmement importante - 60-75 et 50-60 pour chaque région, respectivement. Aux États-Unis, les marchés finaux traditionnellement forts sont l'industrie chimique, l'équipement médical, l'équipement industriel, tandis qu'en Europe, la plus grande part est dans l'industrie pétrolière et gazière et l'industrie de la construction. La forte dépendance à l'égard de l'industrie aérospatiale est une préoccupation de longue date de l'industrie du titane, qui tente d'étendre les applications du titane, ce qui est particulièrement vrai dans le contexte du ralentissement actuel de l'aviation civile à l'échelle mondiale. Selon le US Geological Survey, au premier trimestre de 2003, il y a eu une baisse significative des importations d'éponges de titane - seulement 1319 tonnes, soit 62 de moins que 3431 tonnes pour la même période de 2002. Selon John Barber, directeur du développement du marché du géant américain du titane et fournisseur de produits en titane, Type John Barber, le secteur aérospatial sera toujours l'un des principaux marchés du titane, mais nous, l'industrie du titane, devons relever le défi et tout faire. pour s'assurer que notre industrie ne suive pas les cycles de développement et de récession dans le secteur aérospatial. Certains des principaux fabricants de titane voient des opportunités de croissance sur les marchés existants, dont le marché des équipements et matériaux sous-marins. Selon Martin Proco, directeur des ventes et de la distribution chez RT1, le titane est utilisé depuis longtemps, depuis le début des années 1980, dans la production d'électricité et les opérations sous-marines, mais ce n'est qu'au cours des cinq dernières années que ces domaines se sont progressivement développés avec une croissance correspondante. dans le créneau du marché. Quant aux opérations sous-marines, la croissance est ici principalement due aux opérations de forage à de plus grandes profondeurs, où le titane est le matériau le plus approprié. Son cycle de vie sous-marin est pour ainsi dire de cinquante ans, ce qui correspond à la durée habituelle des projets sous-marins. Ci-dessus, nous avons déjà listé les domaines dans lesquels une augmentation de l'utilisation du titane est probable. Selon Bob Funnell, directeur des ventes de la société américaine Howmet Ti-Cast, l'état actuel du marché peut être considéré comme une augmentation des opportunités dans de nouveaux domaines tels que les turbocompresseurs rotatifs dans les camions, les fusées et les pompes.

L'un de nos projets en cours est le développement de systèmes d'artillerie légers BAE Howitzer XM777 en calibre 155 mm. Nawmet fournira 17 des 28 assemblages de moulage de titane structurel pour chaque support de pistolet, qui devraient commencer à être expédiés au US Marine Corps en août 2004. Avec un poids total de 9 800 livres d'environ 4,44 tonnes, le titane représente environ 2 600 livres d'environ 1,18 tonne dans sa conception - en utilisant l'alliage 6A14U avec un grand nombre de pièces moulées, explique Frank Hrster, responsable des systèmes d'appui-feu BAE 8u81et8. Ce système XM777 devrait remplacer le système actuel d'obusier M198, qui pèse environ 17 000 livres environ 7,71 tonnes. La production de masse est prévue pour la période de 2006 à 2010 - initialement prévue pour des livraisons aux États-Unis, au Royaume-Uni et en Italie, mais il est possible d'étendre le programme pour des livraisons aux pays membres de l'OTAN. John Barber de Timet souligne que des exemples de matériel militaire qui utilisent des quantités importantes de titane sont le char Abraham et le véhicule de combat Bradley. Depuis deux ans, un programme conjoint de l'OTAN, des États-Unis et de la Grande-Bretagne est mené pour intensifier l'utilisation du titane dans les systèmes d'armement et de défense. Comme déjà noté plus d'une fois, le titane est très adapté à une utilisation dans l'industrie automobile, cependant, la part de cette direction est assez modeste - environ 1 du volume total de titane consommé, soit 500 tonnes par an, selon la société italienne Rogipolini, un fabricant d'assemblages et de pièces en titane pour les motos de Formule 1 et de course. Daniele Stoppolini, le chef du département de recherche et développement de cette société, estime que la demande actuelle de titane dans ce segment de marché au niveau de 500 tonnes avec l'utilisation massive de ce matériau dans les conceptions de soupapes, ressorts, systèmes d'échappement, arbres de transmission, les boulons peuvent potentiellement atteindre le niveau de presque pas 16 000 tonnes par an. Il a ajouté que son entreprise commençait tout juste à développer la production automatisée de boulons en titane afin de réduire les coûts de production. À son avis, les facteurs limitants en raison desquels l'utilisation du titane ne se développe pas de manière significative dans l'industrie automobile sont l'imprévisibilité de la demande et l'incertitude de l'approvisionnement en matières premières. Dans le même temps, une grande niche potentielle pour le titane reste dans l'industrie automobile, combinant des caractéristiques de poids et de résistance optimales pour les ressorts hélicoïdaux et les systèmes d'échappement. Malheureusement, sur le marché américain, l'utilisation généralisée du titane dans ces systèmes n'est notée que pour le modèle semi-sportif plutôt exclusif Chevrolet-Corvette Z06, qui ne peut en aucun cas prétendre être une voiture de masse. Cependant, en raison des défis constants de l'économie de carburant et de la résistance à la corrosion, les perspectives du titane dans ce domaine demeurent. Pour l'approbation sur les marchés des applications non aérospatiales et non militaires, une joint-venture UNITI a récemment été créée en son nom, le mot unité - unité et Тi - la désignation du titane dans le tableau périodique en tant que partie des principaux producteurs mondiaux de titane - l'américain Allegheny Technologies et le russe VSMPO-Avisma. Ces marchés ont été délibérément exclus, a déclaré Karl Multon, président de la nouvelle société - nous avons l'intention de faire de la nouvelle société un fournisseur leader de pièces et de sous-ensembles en titane, principalement dans les industries pétrochimiques et énergétiques. De plus, nous avons l'intention de commercialiser activement des appareils de dessalement, des véhicules, des produits de consommation et des appareils électroniques. Je pense que nos installations de production se complètent bien - VSMPO a des capacités exceptionnelles pour la production de produits finaux, Allegheny a d'excellentes traditions dans la production de produits laminés en titane à froid et à chaud. UNITI devrait détenir une part de 45 millions de livres d'environ 20 411 tonnes sur le marché mondial du titane. Le marché des équipements médicaux peut être considéré comme un marché en constante évolution - selon le British Titanium International Group, la teneur annuelle en titane dans le monde dans divers implants et prothèses est d'environ 1 000 tonnes, et ce chiffre augmentera à mesure que les possibilités de chirurgie pour remplacer les articulations humaines après des accidents ou des blessures. Outre les avantages évidents de flexibilité, de résistance, de légèreté, le titane est hautement biocompatible avec le corps en raison de l'absence de corrosion des tissus et des fluides du corps humain. En dentisterie, l'utilisation de prothèses et d'implants monte également en flèche - elle a triplé au cours de la dernière décennie, selon l'American Dental Association, en grande partie grâce aux caractéristiques du titane. Bien que le titane soit utilisé en architecture depuis plus de 25 ans, sa généralisation dans ce domaine n'a commencé que ces dernières années. L'agrandissement de l'aéroport d'Abou Dhabi aux Émirats arabes unis, dont l'achèvement est prévu en 2006, utilisera jusqu'à 1,5 million de livres d'environ 680 tonnes de titane. De nombreux projets architecturaux et de construction utilisant du titane sont prévus non seulement dans les pays développés des États-Unis, du Canada, de la Grande-Bretagne, de l'Allemagne, de la Suisse, de la Belgique, de Singapour, mais aussi en Égypte et au Pérou.

Le segment du marché grand public est actuellement le segment à la croissance la plus rapide du marché du titane. Alors qu'il y a 10 ans, ce segment n'était que de 1 à 2 marchés du titane, il est aujourd'hui passé à 8 à 10 marchés. Dans l'ensemble, la consommation de titane dans la production de biens de consommation a augmenté environ deux fois plus vite que l'ensemble du marché du titane. L'utilisation du titane dans le sport est la plus durable et représente la plus grande part de l'utilisation du titane dans les produits de consommation. La raison de la popularité de l'utilisation du titane dans les équipements sportifs est simple - il vous permet d'obtenir un rapport poids/résistance supérieur à tout autre métal. L'utilisation du titane dans les vélos a commencé il y a environ 25-30 ans et a été la première utilisation du titane dans les équipements sportifs. Les principaux tuyaux utilisés sont Ti3Al-2.5V ASTM Grade 9. Les autres pièces en alliage de titane comprennent les freins, les pignons et les ressorts de siège. L'utilisation du titane dans la production de clubs de golf a commencé à la fin des années 1980 et au début des années 1990 par les fabricants de clubs de golf au Japon. Jusqu'en 1994-1995, cette utilisation du titane était pratiquement inconnue aux États-Unis et en Europe. Cela a changé lorsque Callaway a présenté son club de golf en titane, fabriqué par Ruger Titanium, appelé Great Big Bertha. En raison des avantages évidents et grâce au marketing bien pensé de Callaway, les clubs de golf en titane sont instantanément devenus extrêmement populaires. En peu de temps, les clubs en titane sont passés d'un inventaire exclusif et coûteux d'un petit groupe de golfeurs à une large utilisation par la plupart des golfeurs, tout en restant plus chers que l'acier. Je voudrais citer les principales tendances, à mon avis, du développement du marché du golf ; il est passé du high-tech à la production de masse en un court laps de temps de 4 à 5 ans en suivant le chemin d'autres industries à coûts de main-d'œuvre élevés, comme la production de vêtements, de jouets et d'électronique grand public, la production de clubs de golf est allée dans les pays avec la main-d'œuvre la moins chère, d'abord à Taïwan, puis en Chine, et maintenant des usines sont construites dans des pays avec une main-d'œuvre encore moins chère, comme le Vietnam et Le titane de Thaïlande est définitivement utilisé pour les conducteurs conducteurs, où ses qualités supérieures donnent un net avantage et justifient le prix plus élevé... Cependant, le titane n'a pas encore trouvé d'utilisation très répandue sur les clubs de golf ultérieurs, car les augmentations de coût significatives ne s'accompagnent pas d'une amélioration correspondante du jeu. Actuellement, les drivers sont principalement fabriqués avec des surfaces de frappe forgées, des dessus forgés ou coulés et des fonds coulés. limite du soi-disant taux de retour, en relation avec lequel tous les fabricants de clubs essaieront d'augmenter les propriétés de ressort de la surface de frappe. Pour ce faire, il est nécessaire de réduire l'épaisseur de la surface de frappe et d'utiliser des alliages plus durables, tels que SP700, 15-3-3-3 et VT-23. Attardons-nous maintenant sur l'utilisation du titane et de ses alliages sur d'autres équipements sportifs. Les tubes pour vélos de course et autres pièces sont en alliage ASTM Grade 9 Ti3Al-2.5V. Une quantité étonnamment importante de feuille de titane est utilisée dans la fabrication de couteaux de plongée. La plupart des fabricants utilisent du Ti6Al-4V, mais cet alliage n'offre pas la durabilité du bord de la lame comme d'autres alliages plus durs. Certains fabricants se tournent vers l'alliage VT23.

Le prix de détail des couteaux de plongée en titane est d'environ 70-80 $. Les fers à cheval en titane coulé offrent une réduction de poids significative par rapport à l'acier, tout en offrant la résistance nécessaire. Malheureusement, cette utilisation du titane n'a pas vu le jour, car les fers à cheval en titane scintillaient et effrayaient les chevaux. Peu de gens accepteront d'utiliser des fers à cheval en titane après les premières mauvaises expériences. Titanium Beach Company, basée à Newport Beach, Californie Newport Beach, Californie, a développé des lames de patin Ti6Al-4V. Malheureusement, c'est encore le problème de la durabilité du bord de la lame. Je pense que ce produit a une chance de vie, à condition que les fabricants utilisent des alliages plus résistants comme le 15-3-3-3 ou le VT-23. Le titane est très largement utilisé dans l'alpinisme et le tourisme, pour presque tous les articles que les grimpeurs et les randonneurs transportent dans leurs sacs à dos, les bouteilles, les tasses se vendent entre 20 et 30 $, les kits de cuisine se vendent environ 50 $, la vaisselle principalement en titane commercialement pur de grade 1 et 2. D'autres exemples d'équipement d'escalade et de camping sont les réchauds compacts, les poteaux et les poteaux de tente, les piolets et les broches à glace. Les fabricants d'armes ont récemment commencé à produire des pistolets en titane pour le tir sportif et les forces de l'ordre.

L'électronique grand public est un marché relativement nouveau et en croissance rapide pour le titane. Dans de nombreux cas, l'utilisation du titane dans l'électronique grand public est due non seulement à ses excellentes propriétés, mais également à l'aspect attrayant des produits. Le titane de grade 1 commercialement pur est utilisé pour fabriquer des boîtiers pour ordinateurs portables, téléphones portables, téléviseurs à écran plat plasma et autres équipements électroniques. L'utilisation de titane dans la construction des haut-parleurs offre de meilleures propriétés acoustiques en raison de la légèreté du titane par rapport à l'acier, ce qui entraîne une sensibilité acoustique accrue. Les montres en titane, mises au point par les fabricants japonais, sont désormais l'un des produits de consommation en titane les plus abordables et les plus reconnus. La consommation mondiale de titane dans la production de bijoux traditionnels et dits portables se mesure à plusieurs dizaines de tonnes. On trouve de plus en plus souvent des alliances en titane, et bien sûr, les personnes qui portent des bijoux sur leur corps sont simplement obligées d'utiliser du titane. Le titane est largement utilisé dans la fabrication d'attaches et de raccords marins, où la combinaison d'une résistance à la corrosion et d'une résistance élevées est très importante. Atlas Ti, basé à Los Angeles, fabrique une large gamme de ces produits en alliage VTZ-1. L'utilisation du titane dans la fabrication d'outils a commencé en Union soviétique au début des années 80, lorsque, sur les instructions du gouvernement, des outils légers et pratiques ont été fabriqués pour faciliter le travail des travailleurs. Le géant soviétique de la production de titane, la Verkhne-Salda Metal Processing Production Association, produisait à cette époque des pelles, des arrache-clou, des leviers, des haches et des clés en titane.

Plus tard, les fabricants d'outils japonais et américains ont commencé à utiliser du titane dans leurs produits. Il n'y a pas si longtemps, VSMPO a signé un contrat avec Boeing pour la fourniture de plaques de titane. Ce contrat a sans aucun doute eu un effet très bénéfique sur le développement de la production de titane en Russie. Le titane est largement utilisé en médecine depuis de nombreuses années. Les avantages sont la solidité, la résistance à la corrosion, et surtout, certaines personnes sont allergiques au nickel, un composant essentiel des aciers inoxydables, alors que personne n'est allergique au titane. Les alliages utilisés sont du titane commercialement pur et du Ti6-4Eli. Le titane est utilisé dans la fabrication d'instruments chirurgicaux, de prothèses internes et externes, y compris les prothèses critiques telles que la valve cardiaque. Les béquilles et les fauteuils roulants sont en titane. L'utilisation du titane dans l'art remonte à 1967, lorsque le premier monument en titane a été érigé à Moscou.

À l'heure actuelle, un nombre important de monuments et de bâtiments en titane ont été érigés sur presque tous les continents, y compris des monuments aussi célèbres que le musée Guggenheim, construit par l'architecte Frank Gehry à Bilbao. Le matériau est très apprécié des artistes pour sa couleur, son apparence, sa solidité et sa résistance à la corrosion. Pour ces raisons, le titane est utilisé dans les souvenirs et les bijoux et les bijoux, où il rivalise avec succès avec les métaux précieux tels que l'argent et même l'or. ... Comme l'a noté Martin Proco de RTi, le prix moyen d'une éponge de titane aux États-Unis est de 3,80 la livre, en Russie il est de 3,20 la livre. De plus, le prix des métaux dépend fortement de la nature cyclique de l'industrie aérospatiale commerciale. Le développement de nombreux projets peut s'accélérer considérablement s'il est possible de trouver des moyens de réduire les coûts des processus d'obtention et de traitement du titane, du traitement de la ferraille et des technologies de fusion, explique Markus Holz, directeur général de Deutsche Titan, Allemagne. Un porte-parole de British Titanium convient que l'expansion de la production de titane est limitée par des coûts de production élevés et que de nombreuses améliorations de la technologie moderne sont nécessaires avant que le titane puisse être produit en série.

L'une des étapes dans cette direction est le développement du procédé dit FFC, qui est un nouveau procédé électrolytique pour l'obtention de titane métallique et d'alliages, dont le coût est nettement inférieur. Selon Daniele Stoppolini, la stratégie globale de l'industrie du titane nécessite le développement des alliages les plus appropriés, la technologie de production pour chaque nouveau marché et l'application du titane.

Sources de

Wikipédia - L'Encyclopédie libre, WikiPedia

metotech.ru - Métotechnique

housetop.ru - Maison Haut

atomesteel.com - Technologie Atom

domremstroy.ru - DomRemStroy

TITANE ET SES ALLIAGES

Le titane appartient au groupe des métaux réfractaires, son point de fusion est de 1668°C. Le titane a deux modifications allotropiques α et ß. La modification α est à basse température et existe lorsqu'elle est chauffée à 882,5 ° C, a un réseau hexagonal. À une température de 882,5 ° C, la modification se transforme en ß - une modification avec un réseau cubique centré sur le corps. Lors du passage du α-titane au β-titane, le volume du métal diminue légèrement et la conductivité électrique augmente brusquement.

Les principaux avantages du titane sont sa densité (4,5 g/cm 3 ), sa haute résistance à la corrosion et sa haute résistance mécanique. Malgré le fait que le titane soit chimiquement très actif et réagisse facilement avec un grand nombre d'éléments, il présente une résistance élevée à la corrosion en raison de l'effet protecteur d'un film d'oxyde fort et dense formé à sa surface. Dans la plupart des environnements corrosifs, le titane et ses alliages ont une résistance plus élevée que les aciers résistants aux acides et l'aluminium.

Avec l'introduction d'éléments d'alliage, il est possible d'obtenir des alliages à haute résistance mécanique. Les principaux éléments d'alliage sont Al, Sn, Mn, Cr, Mo, V. Les éléments d'alliage affectent la stabilité des modifications allotropiques du titane. Conformément à l'influence des éléments d'alliage sur les transformations allotropiques, les alliages de titane sont classés selon leur structure comme suit :

1) alliages a-titane, dont la structure est constituée de la phase (par exemple, alliage VT5-1);

2) α + ß - alliages dans la structure desquels les deux phases sont présentes (VTZ-1, VT6);

3) alliages ß - dont la structure est constituée d'une phase - mécaniquement stable (BT15); les alliages diphasiques (α + ß) et les alliages , contrairement aux alliages , sont durcis par traitement thermique.

Les alliages de titane ont non seulement une résistance mécanique plus élevée, mais également une résistance à la corrosion plus élevée que le titane pur. Le titane et ses alliages se prêtent bien au travail à chaud et à froid par pression, se soudent bien dans un environnement inerte, mais ont de faibles propriétés antifriction et, par rapport à l'acier, sont moins usinés par découpage.

Les alliages de titane sont largement utilisés dans la technologie de l'aviation et des fusées, dans l'industrie chimique, la métallurgie non ferreuse et d'autres industries, où l'utilisation des alliages de titane est déterminée par leurs précieuses propriétés anticorrosives. Ainsi, les échangeurs de chaleur en titane fonctionnant dans l'acide nitrique ont un taux de corrosion 60 fois inférieur à celui des échangeurs de chaleur similaires en acier inoxydable. Les équipements pour l'industrie du chlore, les hélices, etc. sont en titane.

Le titane (Ti) (Titane) est un élément chimique de numéro atomique 22 dans le tableau périodique des éléments de D.I. Mendeleev, poids atomique 47, 88, métal blanc argenté clair. Densité 4, 51 g/s m³, point de fusion = 1668 + (-) 5° , point d'ébullition = 3260° С.

En termes de densité et de capacité thermique massique, le titane occupe une place intermédiaire entre les deux principaux métaux de structure : l'aluminium et le fer. Il est également intéressant de noter que sa résistance mécanique est environ deux fois celle du fer pur et près de six fois celle de l'aluminium. Mais le titane peut absorber activement l'oxygène, l'azote et l'hydrogène, ce qui réduit fortement les propriétés plastiques du métal. Avec le carbone, le titane forme des carbures réfractaires à haute dureté.

Le titane a une faible conductivité thermique, qui est 13 fois inférieure à celle de l'aluminium et 4 fois inférieure à celle du fer. Le coefficient de dilatation thermique à température ambiante est relativement faible, et il augmente avec l'augmentation de la température.

Les modules d'élasticité du titane sont faibles et présentent une anisotropie importante. Lorsque la température s'élève à 350 °C, les modules d'élasticité diminuent presque linéairement. La faible valeur des modules d'élasticité du titane est son inconvénient important, car dans certains cas, pour obtenir des structures suffisamment rigides, il est nécessaire d'utiliser des sections de produits importantes par rapport à celles qui découlent des conditions de résistance.

Le titane a une résistivité électrique assez élevée, qui, selon la teneur en impuretés, varie de 42 · 10-8 à 80 · 10-6 Ohm · cm. À des températures inférieures à 0,45 K, il devient supraconducteur.

Le titane est un métal paramagnétique. Dans les substances paramagnétiques, la susceptibilité magnétique diminue généralement lorsqu'elle est chauffée. Le titane est une exception à cette règle - sa sensibilité augmente considérablement avec la température.

Pour les nuances de titane technique VT-00 et VT1-0, la densité est d'environ 4, 32 g/s m³. Le titane et les alliages de titane allient légèreté, solidité, haute résistance à la corrosion, faible coefficient de dilatation thermique, capacité à travailler dans une large plage de températures (de -290°C à 600°C).

Le métal a un certain nombre de propriétés utiles qui en font l'un des principaux matériaux dans certaines industries. Les produits laminés en titane sont utilisés dans la construction de fusées et d'avions, l'industrie chimique, la construction navale, l'ingénierie mécanique

Par exemple, une feuille de titane et une barre de titane sont utilisées dans la construction de coques de sous-marins nucléaires ;
les tuyaux en titane sont utilisés dans l'industrie chimique en raison de leurs caractéristiques anticorrosives élevées et de leur inertie chimique vis-à-vis des réactifs ;
le fil de titane est utilisé comme fil d'apport pour la création de cadres, de moules et de boîtiers en alliages de titane stratégiques.

Fil de titane souvent utilisé dans l'industrie médicale, en particulier la dentisterie. Les propriétés utiles des produits à base de produits laminés en titane comprennent une résistance mécanique élevée, une résistance à la corrosion (résistante dans de nombreux environnements chimiquement actifs), une résistance à la chaleur (t pl = 1668 ° C), ainsi qu'une faible densité (4 505 g / cm 3 ). . Les principales propriétés physiques et chimiques du titane peuvent être trouvées dans ce tableau. Mais le titane a aussi ses inconvénients. L'un des principaux inconvénients est le coût de production élevé. La fusion du titane ne peut être effectuée que sous vide ou dans un environnement de gaz inerte, car ce métal interagit activement (surtout à l'état liquide) avec tous les gaz qui composent l'atmosphère. De plus, les produits en titane ont de mauvaises propriétés antifriction, une forte tendance à la fragilisation par l'hydrogène et à la corrosion saline, une mauvaise usinabilité et une mauvaise soudabilité.

La base de la production de titane technique et de ses alliages est une éponge de titane obtenue par la méthode thermique au magnésium. L'éponge de titane est une substance grise poreuse avec une densité apparente de 1,5 à 2,0 g / cm 3 et une viscosité très élevée.

Selon la teneur en impuretés, le titane technique est divisé en plusieurs grades : GR1 (le titane le plus pur), GR2 (le plus contaminé).

Alliages de titane

Les alliages de titane jouent un rôle important dans l'ingénierie aéronautique, où l'objectif est d'obtenir la conception la plus légère associée à la résistance requise. Le titane est léger par rapport à d'autres métaux, mais en même temps peut fonctionner à des températures élevées (voir Fig. 2). Les alliages de titane sont utilisés pour la fabrication de revêtements, de pièces de fixation, de groupes électrogènes, de pièces de châssis et de diverses unités. En outre, ces matériaux sont utilisés dans la conception de moteurs à réaction d'avion. Cela vous permet de réduire leur poids de 10 à 25 %. Les alliages de titane sont utilisés pour produire des disques et des aubes de compresseur, des parties de l'admission d'air et des aubes directrices, et des fixations.

Les alliages de titane sont prometteurs pour une utilisation dans de nombreuses autres applications, mais leur diffusion technologique est limitée par le coût élevé et la rareté du titane.

Actuellement, une assez grande variété d'alliages de titane est connue, différant par leur composition chimique, leurs propriétés mécaniques et technologiques. Les éléments d'alliage les plus couramment utilisés dans les alliages de titane : aluminium, vanadium, molybdène, manganèse, chrome, silicium, étain, zirconium, fer.

L'alliage de titane VT5 contient, en plus du titane, 5% d'aluminium. Il diffère par des propriétés de résistance plus élevées par rapport au titane, mais sa capacité de fabrication est faible. L'alliage est forgé, laminé, embouti et bien soudé.

Le titane (alliage) VT5 est utilisé pour produire des tiges de titane, du fil de titane et des tuyaux en titane. Il est utilisé dans la fabrication de pièces fonctionnant à des températures allant jusqu'à 400°C.

L'alliage de titane VT5-1, en plus de 5 % d'aluminium, contient 2 à 3 % d'étain. L'étain améliore ses propriétés technologiques. Tous les types de produits semi-finis obtenus par traitement sous pression sont fabriqués à partir de l'alliage de titane VT5-1 : feuilles de titane, plaques, pièces forgées, emboutis, profilés, tubes et fils de titane. Il est destiné à la fabrication de produits fonctionnant dans une large gamme de températures : de la cryogénie à 450°C.

Les alliages de titane OT4 et OT4-1, en plus du titane, contiennent de l'aluminium et du manganèse. Ils ont une haute plasticité technologique (ils sont bien déformés à chaud et à froid) et sont bien soudés par tous les types de soudure. Le titane de ces qualités est principalement utilisé pour la production de feuilles, de bandes et de bandes de titane, ainsi que pour la production de tiges, de pièces forgées, de profilés et de tubes en titane. A partir des alliages de titane OT4 et OT4-1, les pièces sont fabriquées par soudage, emboutissage et pliage, fonctionnant jusqu'à une température de 350°C. Ces alliages présentent des inconvénients : 1) une résistance mécanique et une résistance thermique relativement faibles ; 2) une grande tendance à la fragilité hydrogène. Dans l'alliage PT3V, le manganèse est remplacé par le vanadium.

L'alliage de titane VT20 a été développé en tant qu'alliage de tôle plus résistant que le VT5-1. Le durcissement de l'alliage VT20 est dû à son alliage, en plus de l'aluminium, avec du zirconium et de petites quantités de molybdène et de vanadium. La plasticité technologique de l'alliage VT20 est faible en raison de la teneur élevée en aluminium. Le titane VT20 se caractérise par une haute résistance à la chaleur. Il se soude bien, la résistance du joint soudé est égale à la résistance du métal de base. L'alliage est destiné à la fabrication de produits qui fonctionnent longtemps à des températures allant jusqu'à 500 ° C.

L'alliage de titane VT3-1 appartient au système Ti - Al - Cr - Mo - Fe - Si. Il est généralement soumis à un recuit isotherme. Ce recuit offre la stabilité thermique la plus élevée et une ductilité maximale. L'alliage VT3-1 est l'un des alliages les plus utilisés en production. Il est conçu pour un fonctionnement continu à 400 - 450 ° ; c'est un alliage résistant à la chaleur avec une résistance à long terme assez élevée. Des tiges de titane, des profilés, des plaques, des pièces forgées, des emboutis en sont fournis.

Titane et ses alliages

Le titane fond à une température de 1660°C, allotropique, impuretés nocives N, C, O, H. Le film TiO2 protège le titane de l'oxydation, de la corrosion dans toute eau, de certains acides. Il est fondu, coulé, soudé à l'argon et soumis à l'OMD. Le titane est utilisé pour fabriquer des tôles, des tuyaux, des profilés et des fils. Ses alliages avec Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si, Ga, Ge, La, Nb, Ta, Zr, W, Mo, Co, Si, ont une résistance accrue, une résistance à la chaleur, une résistance à la corrosion.Les alliages de titane sont traitement thermique.

Les alliages de titane sont déformés, coulés, fabriqués à partir de poudres, trempés, revenus, bien usinés.

Alliages de titane corroyés :

- ά - alliages : VT5, VT-5-1, OT-4 ;

- alliages ά - β : VT-6, VT14, VT8 ; VT15

Alliages de fonderie : VT5L, VT6L, VT14L, VT3-1L

Les alliages de titane en poudre sont produits à partir de poudres par pressage, ils sont résistants et ductiles.

Les alliages de titane sont utilisés pour fabriquer la peau des avions, des navires, des sous-marins, des coques de missiles, des moteurs, des pièces de turbines, des compresseurs, des hélices, des cylindres pour gaz liquéfiés, des conteneurs pour produits chimiques et bien d'autres produits. Les alliages de titane peuvent être soumis à un recuit, une trempe, un vieillissement et un CTO. Le recuit des alliages α - est effectué à 800 - 850 0С, et des alliages + β - à 750 - 800 0С. Le recuit sous vide réduit la teneur en hydrogène, ce qui conduit à une ténacité accrue, moins de fracture et moins de fissuration.

A forte concentration de l'élément d'alliage et de trempe, une phase martensitique ׀׀ - avec un réseau rhombique apparaît et ω - une phase avec une structure hexagonale. Dans le processus de vieillissement des alliages trempés, leur renforcement se produit en raison de la décomposition des phases ׀׀ et -. Les alliages de titane corroyés sont bien traités par pression à chaud, soudables et ont une résistance élevée à la corrosion.

Les caractéristiques du titane sont une faible densité de 4,51 kg / dm3, une résistance élevée, qui est maintenue jusqu'à 6000C, une résistance à la corrosion. Ils définissent le champ de son application. Les alliages de titane combinent une résistance élevée (σВ = 800-1500 MPa) avec une bonne ductilité (δ = 12-25%), une résistance thermique relativement bonne jusqu'à 600-7000С, une résistance élevée à la corrosion dans de nombreux environnements corrosifs sauf HCL, HF. Les alliages α-titane ne vieillissent pas et sont utilisés dans les installations cryogéniques jusqu'à des températures d'hélium (-2720C). L'un des inconvénients des alliages de titane est leur faible usinabilité avec des outils de coupe.

Titane. L'invention du titane. Titane et ses alliages.

Aujourd'hui, les alliages de titane sont largement utilisés dans la technologie aéronautique. Les alliages de titane ont d'abord été utilisés à l'échelle industrielle dans la conception de moteurs d'avions. L'utilisation du titane dans la conception des moteurs à réaction permet de réduire leur poids de 10 ... 25 %. En particulier, les alliages de titane sont utilisés pour fabriquer des disques et des aubes de compresseur, des pièces d'admission d'air, des aubes directrices et des fixations. Les alliages de titane sont indispensables pour les avions supersoniques. L'augmentation des vitesses de vol des avions a entraîné une augmentation de la température de la peau, à la suite de laquelle les alliages d'aluminium ont cessé de répondre aux exigences imposées par la technologie aéronautique à des vitesses supersoniques. Dans ce cas, la température de gainage atteint 246 ... 316 ° C. Dans ces conditions, les alliages de titane s'avèrent être le matériau le plus acceptable. Dans les années 70, l'utilisation d'alliages de titane pour la cellule des avions civils a considérablement augmenté. Dans l'avion moyen-courrier TU-204, le poids total des pièces en alliage de titane est de 2570 kg. L'utilisation du titane dans les hélicoptères se développe progressivement, principalement pour des parties du système de rotor principal, d'entraînement et de contrôle. Les alliages de titane jouent un rôle important dans les fusées.
En raison de leur haute résistance à la corrosion dans l'eau de mer, le titane et ses alliages sont utilisés dans la construction navale pour la fabrication d'hélices, le décorticage de navires, de sous-marins, de torpilles, etc. Les coques n'adhèrent pas au titane et à ses alliages, ce qui augmente fortement la résistance du récipient lors de son mouvement. Progressivement, les domaines d'application du titane s'étendent. Le titane et ses alliages sont utilisés dans les industries chimiques, pétrochimiques, des pâtes et papiers et alimentaires, la métallurgie non ferreuse, l'ingénierie énergétique, l'électronique, la technologie nucléaire, la galvanoplastie, dans la fabrication d'armes, pour la fabrication de plaques de blindage, d'instruments chirurgicaux, d'implants chirurgicaux , usines de dessalement, pièces de voitures de course, équipements sportifs (clubs de golf, matériel d'alpinisme), pièces pour montres-bracelets et même bijoux. La nitruration du titane conduit à la formation d'un film doré à sa surface, qui n'est pas inférieur en beauté à l'or véritable.

Titane et ses alliages ont une résistance élevée à la corrosion dans l'atmosphère. conditions, eau douce et de mer, solutions de la plupart des chlorures, hypochlorites, dioxyde de chlore et bien d'autres. sels minéraux to-t à la fois à des températures normales et élevées. Le titane et ses alliages présentent également une résistance élevée à la corrosion dans les oxydes acides. environnements (azote et chromique à -vous, etc.) et dans une solution d'alcalis. En acides non oxydants (sulfurique, chlorhydrique), le titane donne satisfaction. résistance à la corrosion à température-pax habituelle et concentration de to-t jusqu'à 8-10%. Avec une augmentation de la température, de la concentration de to-t et des alcalis, la vitesse de corrosion du titane augmente fortement. Pour l'acide sulfurique, il existe deux taux de corrosion maximum correspondant à une concentration de 40 et 75 %. Dans les to-ces à 40% sulfuriques, le processus de corrosion s'accompagne d'un dégagement d'hydrogène, ce to-qui se caractérise par la conductivité électrique la plus élevée et les maxima, la concentration en ions hydrogène. Dans une solution à 75 %, le processus de corrosion s'accompagne de la réduction de l'acide sulfurique en H3S et en soufre libre, et à des concentrations élevées (80-90 %), du SO2 et du soufre libre sont libérés. Dans l'acide phosphorique, le titane est relativement plus stable et conserve une résistance élevée à la corrosion jusqu'à une solution à 30%, avec une augmentation de la concentration, le taux de corrosion augmente. Les additifs d'oxydants (K2Cr207 ; HNOs ; Fe+++ ; Cu++) réduisent fortement la vitesse de corrosion du titane et de ses alliages en sel et acide sulfurique.

Titane : α- titane- hexagonal, - titane- cubique ...

Le titane se classe au 4e rang en termes de distribution dans la production, mais une technologie efficace pour son extraction n'a été développée que dans les années 40 du siècle dernier. C'est un métal de couleur argent avec une faible densité et des caractéristiques uniques. Pour analyser le degré de distribution dans l'industrie et d'autres domaines, il est nécessaire d'exprimer les propriétés du titane et la portée de ses alliages.

Caractéristiques principales

Le métal a une faible densité - seulement 4,5 g / cm³. Les propriétés anti-corrosion sont dues au film d'oxyde stable qui se forme à la surface. En raison de cette qualité, le titane ne modifie pas ses propriétés lors d'une exposition prolongée à l'eau, à l'acide chlorhydrique. Aucun dommage de contrainte ne se produit, ce qui est le principal problème de l'acier.

Le titane pur possède les qualités et caractéristiques suivantes :

point de fusion nominal - 1660 ° ;
lorsqu'il est exposé à la chaleur +3 227 ° il bout;
résistance à la traction - jusqu'à 450 MPa;
caractérisé par un faible indice d'élasticité - jusqu'à 110,25 GPa;
sur l'échelle HB, la dureté est de 103 ;
la limite d'élasticité est l'une des plus optimales parmi les métaux - jusqu'à 380 MPa;
conductivité thermique du titane pur sans additifs - 16,791 W / m * С;
coefficient minimal de dilatation thermique;
cet élément est paramagnétique.

A titre de comparaison, la résistance de ce matériau est 2 fois celle du fer pur et 4 fois celle de l'aluminium. Le titane a également deux phases polymorphes - à basse température et à haute température.

Pour les besoins de production, le titane pur n'est pas utilisé en raison de son coût élevé et des performances requises. Pour augmenter la rigidité, des oxydes, des hybrides et des nitrures sont ajoutés à la composition. Moins fréquemment, des changements dans les caractéristiques des matériaux pour améliorer la résistance à la corrosion. Les principaux types d'additifs pour la production d'alliages : acier, nickel, aluminium. Dans certains cas, il agit comme un composant supplémentaire.

Domaines d'utilisation

En raison de sa faible densité et de ses paramètres de résistance, le titane est largement utilisé dans les industries aéronautique et spatiale. Il est utilisé comme matériau structurel principal dans sa forme pure. Dans des cas particuliers, des alliages moins chers sont fabriqués en réduisant la résistance à la chaleur. Cependant, sa résistance à la corrosion et sa résistance mécanique restent inchangées.

De plus, le matériau avec des additifs au titane a trouvé une application dans les domaines suivants :

Industrie chimique. Sa résistance à presque tous les milieux agressifs, à l'exception des acides organiques, permet de fabriquer des équipements complexes avec de bons indicateurs de durée de vie sans entretien.
Fabrication de véhicules. La raison en est la faible densité et la résistance mécanique. Des cadres ou des éléments structurels porteurs en sont fabriqués.
Médicament. À des fins spéciales, un alliage spécial de nitinol (titane et nickel) est utilisé. Sa particularité est la mémoire de forme. Pour réduire le fardeau des patients et minimiser la probabilité d'effets négatifs sur le corps, de nombreuses attelles médicales et dispositifs similaires sont fabriqués en titane.
Dans l'industrie, le métal est utilisé pour la fabrication de boîtiers et d'équipements individuels.
Les bijoux en titane ont un aspect et une sensation uniques.

Dans la plupart des cas, le matériau est traité en usine. Mais il existe un certain nombre d'exceptions - connaissant les propriétés de ce matériau, une partie du travail de modification de l'apparence du produit et de ses caractéristiques peut être effectuée dans un atelier à domicile.

Fonctionnalités de traitement

Pour donner au produit la forme souhaitée, il est nécessaire d'utiliser un équipement spécial - un tour et une fraiseuse. La coupe ou le fraisage manuel du titane n'est pas possible en raison de sa dureté. Outre le choix de la puissance et des autres caractéristiques de l'équipement, il est nécessaire de choisir les bons outils de coupe : fraises, fraises, alésoirs, perceuses, etc.

Dans ce cas, les nuances suivantes sont prises en compte :

Les copeaux de titane sont hautement inflammables. Refroidissement forcé requis de la surface de la pièce et travail à des vitesses minimales.
Le pliage du produit n'est effectué qu'après un chauffage préalable de la surface. Sinon, des fissures risquent d'apparaître.
Soudage. Veillez à respecter les conditions particulières.

Le titane est un matériau unique avec de bonnes performances et des propriétés techniques. Mais pour le traiter, vous devez connaître les spécificités de la technologie et, surtout, les précautions de sécurité.

Beaucoup s'intéressent au titane légèrement mystérieux et pas complètement étudié - un métal dont les propriétés sont quelque peu ambiguës. Le métal est à la fois le plus solide et le plus fragile.

Le métal le plus dur et le plus fragile

Il a été découvert par deux scientifiques à 6 ans d'intervalle - l'Anglais W. Gregor et l'Allemand M. Klaproth. Le nom du titan est associé, d'une part, aux titans mythiques, surnaturels et intrépides, d'autre part, à Titania, la reine des fées.
C'est l'un des matériaux les plus répandus dans la nature, mais le processus d'obtention du métal pur est particulièrement complexe.

22 élément chimique du tableau de D. Mendeleev Le titane (Ti) appartient au 4ème groupe de la 4ème période.

La couleur du titane est blanc argenté avec un lustre prononcé. Ses reflets scintillent de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel.

C'est l'un des métaux réfractaires. Il fond à une température de +1660°C (± 20°). Le titane est paramagnétique : il n'est pas magnétisé dans un champ magnétique et n'en est pas expulsé.
Le métal se caractérise par une faible densité et une résistance élevée. Mais la particularité de ce matériau est que même des impuretés minimes d'autres éléments chimiques modifient radicalement ses propriétés. En présence d'une fraction insignifiante d'autres métaux, le titane perd sa résistance à la chaleur et un minimum de substances non métalliques dans sa composition rend l'alliage cassant.
Cette caractéristique détermine la présence de 2 types de matériaux : purs et techniques.

Le titane pur est utilisé lorsqu'une substance très légère est requise pour résister à de lourdes charges et à des plages de températures ultra-élevées.
Le matériau technique est utilisé lorsque des paramètres tels que la légèreté, la résistance et la résistance à la corrosion sont valorisés.

La substance a la propriété d'anisotropie. Cela signifie que le métal peut changer ses caractéristiques physiques en fonction de la force appliquée. Vous devez faire attention à cette caractéristique lors de la planification de l'utilisation du matériel.

Le titane perd de sa résistance à la moindre présence d'impuretés d'autres métaux

Les études des propriétés du titane dans des conditions normales confirment son inertie. La substance ne réagit pas aux éléments présents dans l'atmosphère environnante.
La modification des paramètres commence lorsque la température atteint + 400 ° C et plus. Le titane réagit avec l'oxygène, peut s'enflammer dans l'azote et absorber les gaz.
Ces propriétés rendent difficile l'obtention d'une substance pure et de ses alliages. La production de titane est basée sur l'utilisation d'équipements sous vide coûteux.

Titane et concurrence avec d'autres métaux

Ce métal est constamment comparé aux alliages d'aluminium et de fer. De nombreuses propriétés chimiques du titane sont nettement meilleures que celles de ses concurrents :

En termes de résistance mécanique, le titane surpasse le fer de 2 fois et l'aluminium de 6 fois. Sa résistance augmente avec la diminution de la température, ce qui n'est pas observé chez les concurrents.
Les caractéristiques anticorrosives du titane sont nettement supérieures à celles des autres métaux.
A température ambiante, le métal est absolument inerte. Mais lorsque la température dépasse + 200 ° C, la substance commence à absorber de l'hydrogène, modifiant ses caractéristiques.
À des températures plus élevées, le titane réagit avec d'autres éléments chimiques. Il a une résistance spécifique élevée, qui est 2 fois supérieure aux propriétés des meilleurs alliages de fer.
Les propriétés anticorrosion du titane sont nettement supérieures à celles de l'aluminium et de l'acier inoxydable.
La substance ne conduit pas bien l'électricité. Le titane a une résistivité 5 fois plus élevée que le fer, 20 fois plus élevée que l'aluminium et 10 fois plus élevée que le magnésium.
Le titane se caractérise par une faible conductivité thermique en raison de son faible coefficient de dilatation thermique. C'est 3 fois moins que celui du fer, et 12 fois moins que celui de l'aluminium.

Comment obtenir du titane ?

Le matériau se classe 10e en termes de distribution dans la nature. Il existe environ 70 minéraux contenant du titane sous forme d'acide titanique ou de dioxyde de titane. Les plus courants d'entre eux et contenant un pourcentage élevé de dérivés métalliques :

ilménite;
rutile;
anatase;
pérovskite;
brookite.

Les principaux gisements de minerais de titane sont situés aux États-Unis, en Grande-Bretagne, au Japon, d'importants gisements d'entre eux ont été découverts en Russie, Ukraine, Canada, France, Espagne, Belgique.

L'extraction du titane est un processus coûteux et à forte intensité de main-d'œuvre

Obtenir du métal d'eux coûte très cher. Les scientifiques ont développé 4 méthodes de production de titane, dont chacune est un ouvrier et est effectivement utilisée dans l'industrie :

Méthode thermique au magnésium. Les matières premières extraites contenant des impuretés de titane sont traitées et du dioxyde de titane est obtenu. Cette substance est chlorée dans des électrolyseurs de mine ou au sel à des températures élevées. Le procédé est très lent et s'effectue en présence d'un catalyseur carboné. Dans ce cas, le dioxyde solide est converti en une substance gazeuse - le tétrachlorure de titane. Le matériau résultant est réduit avec du magnésium ou du sodium. L'alliage formé au cours de la réaction est chauffé dans une unité sous vide à des températures ultra-élevées. À la suite de la réaction, l'évaporation du magnésium et de ses composés avec le chlore se produit. À la fin du processus, un matériau semblable à une éponge est obtenu. Il est fondu et du titane de haute qualité est obtenu.
Méthode à l'hydrure de calcium. Le minerai est mis à réagir chimiquement pour produire de l'hydrure de titane. L'étape suivante est la séparation de la substance en ses composants. Le titane et l'hydrogène sont libérés lors du chauffage dans les installations sous vide. A la fin du processus, on obtient de l'oxyde de calcium, qui est lavé avec des acides faibles. Les deux premières méthodes concernent la production industrielle. Ils permettent d'obtenir du titane pur dans les plus brefs délais à des coûts relativement faibles.
Méthode d'électrolyse. Les composés de titane sont exposés à des courants élevés. Selon la matière première, les composés sont divisés en composants : chlore, oxygène et titane.
Méthode à l'iodure ou raffinage. Le dioxyde de titane obtenu à partir de minéraux est aspergé de vapeur d'iode. À la suite de la réaction, il se forme de l'iodure de titane, qui est chauffé à une température élevée - + 1300 ... + 1400 ° C et exposé à un courant électrique. Dans ce cas, les composants sont séparés de la matière première : l'iode et le titane. Le métal obtenu par ce procédé ne contient ni impuretés ni additifs.

Domaines d'utilisation

L'utilisation du titane dépend du degré de sa purification des impuretés. La présence même d'une petite quantité d'autres éléments chimiques dans la composition de l'alliage de titane modifie radicalement ses caractéristiques physiques et mécaniques.

Le titane avec une certaine quantité d'impuretés est appelé technique. Il a des niveaux élevés de résistance à la corrosion, c'est un matériau léger et très durable. Son application dépend de ces indicateurs et d'autres.

Dans l'industrie chimique les échangeurs de chaleur de divers diamètres de tuyaux, raccords, carters et pièces de pompes à usages divers sont fabriqués à partir de titane et de ses alliages. La substance est irremplaçable dans les endroits où une résistance élevée et une résistance aux acides sont requises.
Sur les transports le titane est utilisé pour la fabrication de pièces et d'assemblages pour vélos, voitures, wagons et trains. L'utilisation du matériau réduit le poids du matériel roulant et des voitures, rend les pièces de vélo légères et durables.
Le titane est d'une grande importance au département de la marine... Des parties et éléments de coques de sous-marins, des hélices de bateaux et d'hélicoptères en sont fabriqués.
Dans le BTP un alliage zinc-titane est utilisé. Il est utilisé comme matériau de finition pour les façades et les toits. Cet alliage très résistant a une propriété importante : il peut être utilisé pour réaliser des pièces architecturales de la configuration la plus fantastique. Il peut prendre n'importe quelle forme.
Au cours de la dernière décennie, le titane a été largement utilisé dans l'industrie pétrolière... Ses alliages sont utilisés dans la fabrication d'équipements pour le forage très profond. Le matériau est utilisé pour la fabrication d'équipements pour la production de pétrole et de gaz offshore.

Le titane a une très large gamme d'applications

Le titane pur a ses propres utilisations. Il est nécessaire là où la résistance aux températures élevées est requise et en même temps la résistance du métal doit être maintenue.

Il est utilisé dans :

construction aéronautique et industrie spatiale pour la fabrication de pièces de peau, coques, attaches, châssis;
médicaments pour prothèses et fabrication de valves cardiaques et autres dispositifs;
équipement pour travailler dans la zone cryogénique (ici, ils utilisent la propriété du titane - avec une diminution de la température, la résistance du métal augmente et sa plasticité n'est pas perdue).

En termes de pourcentage, l'utilisation du titane pour la production de divers matériaux ressemble à ceci :

60% est utilisé pour la fabrication de peinture;
le plastique en consomme 20 % ;
13% est utilisé dans la production de papier ;
la construction mécanique consomme 7 % du titane produit et de ses alliages.

Les matières premières et le processus d'obtention du titane sont chers, les coûts de sa production sont compensés et payés par la durée de vie des produits fabriqués à partir de cette substance, sa capacité à ne pas changer d'aspect sur toute la durée de fonctionnement.

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