Титан в последние годы в технике находит все большее применение. Главное преимущество титана и его сплавов перед другими конструкционными материалами заключается в сочетании высоких механических свойств и коррозийной стойкости с малым удельным весом по сравнению с железными и другими сплавами.
Кроме того, титан и титановые сплавы имеют специфические
свойства, которые крайне необходимы для ряда отраслей промышленности. Они
обладают достаточно высокими механическими свойствами в условиях как повышенных
температур 500—550°, так и низких; они имеют малый коэффициент линейного
расширения, немагнитны и т. п.
Благодаря этому титан и его сплавы применяют в
ракетной технике, в судостроении, химическом машиностроении, пищевой и других
отраслях промышленности.
Производство титана представляет большие трудности в связи с тем, что он обладает высокой химической активностью при высоких температурах и требует создания для плавки среды инертных газов или вакуума.
Титан в природе встречается в ильмените и титаномагнетите, где содержание ТЮг (рутила) колеблется от 8 до 60%. Титановую руду методом флотации отделяют от пустой породы и получают концентрат с высоким содержанием титанового окисла (90—99% ТiO2). Восстановление окислов титана представляет трудности ввиду большого сродства титана с кислородом. Поэтому в современной практике титан восстанавливают из тетрахлорид титана TiCl4. Тетрахлорид получают одновременным восстановлением окислов ТiO2 и хлорированием по реакции:
ТiO2 + 2С12 + 2С→TiС14 + 2СО.
Процесс получения тетрахлорида титана идет при высоких температурах. Тетрахлорид титана TiCl4 устойчивое химическое соединение ципщ при 136°, но разлагается только при очень высоких температурах.
В настоящее время применяют несколько способов восстовления TiCl4, которые дают возможность вести восстановление его при более низких температурах водородом, натрием, магнием соответствующим реакциям:
TiCl4 + 2H2→Ti + 4HC1;
Ti
Cl4 + 4 Na→Ti + 4 Na CI и
TiCl4 + 2Mg→Ti +
2MgCl2.
Способ восстановления титана магнием наиболее перспективен.
Восстановление ведется в специальных герметически закрытых аппаратах в среде инертных газов, например, аргона. Магний расплавляют и через жидкий металл пропускают пары TiCl4, который реагирует с магнием и восстанавливается; процесс ведется при 850—950°. В результате образуется продукт, который после охлаждения представляет собой смесь из титана, хлористого магния и избытка магния. Этот продукт далее подвергают механической и химической обработке с целью извлечения металлического титана. Титан получается пористый в виде губки, которая переплавляется в порошкообразном состоянии или в виде прессованных электродов.
Плавка титана ведется в электрических высокочастотных или в электродуговых печах. Электродуговые печи находят большое применение и разделяются на два типа с постоянным водоохлаждаемым вольфрамовым электродом или с расходуемым прессованным электродом из титановой губки. На рис. 37, а и б представлена схема печей для плавки титана. Плавка ведется в вакууме или в среде инертных газов. Емкость, в которой накапливается титан и образуется слиток, изготавливается из графита или из чистой красной меди и усиленно охлаждается водой.
Рис.37. Схема конструкции печей для плавки титана и его сплавов: а - электродуговая с постоянным вольфрамовым электролитом: 1-электрод; 2-изолирующая втулка; 3-вибратор; 4-загрузочный бункер; 5-зажим; 6-гибкий сильфон; 7-окно; 8-изолятор; 9-резиновя прокладка; 10-медный тигель;б-электропечь с высокочастотным нагревом: 1-балаган;2-водоохлаждаемый высокочастотный индуктор; 3-окно для наблюдения; 4-графитовая втулка;5-мешалка; 6-щуп для загрузки; 7-загрузочный бункер; 8-графитовая труба; 9 - графитовый плавильный тигель; 10-кварцевый кожух; 11-водоохлаждаемый высокочастотный индуктор; 12 — опорные блоки; 13-графитовая муфта; 14-графитовая изложница
В электропечи с постоянным вольфрамовым электродом (рис. 37, с) охлаждаемый тигель постепенно наплавляется титаном, потом из него извлекают слиток. Форма слитка соответствует форме тигля. В электропечи с высокочастотным нагревом (рис. 37, б) наплавляют тигель титаном и поддерживают его в жидком состоянии за счет высокочастотного обогрева. Когда емкость графитового тигля заполнена внизу, расплавляется пробка и титан заполняет изложницу. Форму слитка можно получить любую. Таким образом из титана или его сплава можно также получать и литые фасонные детали.
