Вечерний плагиат
![топ 100 блогов](/media/images/default.jpg)
Люблю о греческой мифологии перед сном...
Попалось здесь: https://www.yaplakal.com/forum2/topic2701849.html
![Вечерний плагиат Вечерний плагиат](/images/main/vecherniy-plagiat-cd1d15.jpg?from=https://s00.yaplakal.com/pics/pics_preview/3/3/9/18610933.jpg)
К титану, как сейчас часто говорят, прилипли мемы — «металл
космической эры», «металл будущего». И что любопытно, это
действительно так. Он нашел применение в различных отраслях: в
авиа- и ракетостроении, химической промышленности, энергетике,
медицине и т.д. А сейчас из него еще делают корпуса для
смартфонов…
Все наиболее значимые авиационные и ракетно-космические проекты
СССР, в числе которых создание космических комплексов, а также
крупные проекты в судостроении не могли бы осуществиться без
применения изделий из титановых сплавов. Аналогичная история
произошла и в США. Как известно, Titan — серия американских
ракетоносителей. В этом материале мы подробно расскажем о том, как
этот металл был открыт и где применялся. А особенно о его довольно
интересной судьбе в СССР.
А много ли его?
Титан встречается главным образом в минералах анатазе, бруките,
ильмените, лейкоксене, перовските, рутиле и сфене. Из этих
минералов только ильменит, лейкоксен и рутил имеют значительное
экономическое значение. Как металл титан хорошо известен своей
коррозионной стойкостью и высоким соотношением прочности к
весу.
Примерно 95% титана потребляется в виде диоксида титана (TiO2),
белого пигмента в красках, бумаге и пластмассах (в простонародье
«титановые белила» им мы посвятим отдельную статью).
На 2023 г. разведанные запасы оцениваются 650 млн т ильменита и 49
млн т рутила. Мировые ресурсы анатаза, ильменита и рутила
составляют более 2 млрд т; на долю ильменита приходится около 90%.
Мировое производство пигментного диоксида титана составляет 6,4 млн
т (миллионов тонн!), выпуск губчатого титана около 250 тыс. т,
титановых слитков 240 тыс. т, титанового проката 205 тыс. т.
Россия располагает одной из крупнейших в мире сырьевых баз титана
(15% запасов мира), но руды сложные и долгие годы не осваивались.
Только в декабре 2021 г. заработал Туганский ГОК на россыпном
месторождении в Томской области. Комбинат производит ильменитовый,
цирконовый и рутил-лейкоксеновый концентраты. Крупнейший покупатель
титанового концентрата знаменитое предприятие — «ВСМПО-АВИСМА»,
снабжавшее до недавнего времени почти что все крупные
авиастроительные корпорации мира.
Титановые сплавы из-за их высокого соотношения прочности к весу и
коррозионной стойкости на 80% использует мировая аэрокосмическая
промышленность. Другие области применения включают медицинские
протезы, морскую, нефтегазовую и специализированную химическую
промышленность. В сталелитейной индустрии титан используется для
раскисления, контроля размера зерен, а также контроля и
стабилизации содержания углерода и азота. К сталям с высоким
содержанием титана относятся междоузельные, свободные, нержавеющие
и высокопрочные низколегированные стали.
История открытия титана
Впервые титан в виде диоксида был идентифицирован англичанином
Уильямом МакГрегором в 1789 г. при исследовании корнвалийского
менахалита — титанистого магнитного железняка. В 1795 г. немецкий
химик Мартин Генрих Клапрот, исследуя рутил, пришел к заключению,
что этот минерал содержит новый элемент, который он назвал титаном;
а новый окисел — «титановой землей». Название титан Мартин Генрих
Клапрот взял из греческой мифологии. Напомним, Τιτᾶνες, ед. ч.
Τιτάν божества второго поколения, дети Урана (неба) и Геи (земли).
Вот это научная прозорливость! Угадать аэрокосмическое значение
металла. Не удивлюсь, если это он предугадал дизайн знаменитого
монумента советским космонавтам «Покорители космоса» из титановых
листов на ВДНХ.
Источник: https://www.flickr.com/photos/jasoneppink/9226797708/
Рисунок 1: «Покорители космоса»
![Вечерний плагиат Вечерний плагиат](/images/main/vecherniy-plagiat-543988.jpg?from=https://s00.yaplakal.com/pics/pics_preview/6/3/9/18610936.jpg)
История металлического титана
Изготовление металлического титана сравнительно сложный раздел
металлургии, имеющий существенные особенности и серьезно
отличающийся от производства меди, магния или алюминия (все они,
как известно, входят в группу цветных металлов).
В течение многих лет предпринимались попытки получить чистый титан,
но обычные методы нагревания оксида в присутствии углерода были
безуспешными, поскольку образовывался карбид титана, а не ожидаемое
восстановление до металла.
Впервые значительного успеха удалось достигнуть только в 1887 г.
шведским ученым-химикам Л.Ф. Нильсону и О. Петерсону, которые,
восстанавливая четыреххлористый титан металлическим натрием,
получили продукт, содержащий около 95% титана.
Первый процесс, с помощью которого начали изготавливать титан в
промышленном масштабе, был изобретён европейским химиком Кролем
(при рождении Гийом Жюстен Кролль, но в США он стал Уильямом
Джастином Кроллом; 24 ноября 1889 — 30 марта 1973). Титановая губка
(пористые бесформенные куски металла с небольшой плотностью)
образовывалась путем восстановления тетрахлорида титана
магнием.
TiCl4 (жидкость) + 2Mg (расплав) = Ti (твердое) + 2MgCl2
(расплав)
Титановая губка
Титан входит в число самых распространённых металлов в земной коре
(алюминий - 8,45%; железо - 4,4%; кальций - 3,3%; натрий - 2,6%;
калий - 2,5%; магний - 2,1%; титан - 0,61%).-3
![Вечерний плагиат Вечерний плагиат](/images/main/vecherniy-plagiat-1315aa.jpg?from=https://s00.yaplakal.com/pics/pics_original/0/4/9/18610940.jpg)
В 1946 г. технология была опробована в промышленных условиях в
США. Этот способ в настоящее время является основой промышленного
получения металлического титана.
Гийом Жюстен Кроль (он же Уильям Кролл) родился в Люксембурге,
закончил школу, в в 1910-1914 гг. учился в Техническом университете
в Берлине, там же закончил аспирантуру и защитил диссертацию. Потом
работал в Австрии в области металлургии свинца и алюминия. В 1923
году Кроль вернулся в Люксембург и открыл частную лабораторию; в
ней он изобрел сталь с дисперсионным упрочнением карбидом титана.
Изобретя в 1938 г. титановую губку, он посетил США, но в то время
интереса к титану со стороны американцев не было. Разочарованный,
он вернулся в Люксембург. После начала войны в Европе Кроль
эмигрировал в Штаты, где в 1940 г. получил патент №2205854 на метод
производства титана и его сплавов.
В 1948 г. титан в промышленном масштабе впервые в мире начала
производить химическая корпорация DuPont de Nemours, Inc., а Кролл
переключился на исследования циркония (мы о нём ещё напишем).
![Вечерний плагиат Вечерний плагиат](/images/main/vecherniy-plagiat-211f37.jpg?from=https://s00.yaplakal.com/pics/pics_original/7/4/9/18610947.png)
Титан в СССР
Как и с ядерной бомбой, в титане мы были догоняющей страной. Как
ранее с автомобилями, аэропланами, танками. Вспомним же начало
создания титановой отрасли СССР, связанное с развертыванием
опытно-экспериментальных и опытно-промышленных работ, выходом
постановления Совета Министров СССР № 407-177 от 9 марта 1954 г. «О
мерах по реализации производства титана». Для отрасли середина
1950-х гг. была временем ее становления.
Мы не будем пересказывать директивные и нормативные акты, которые
дают представление о приоритетах развития, направлениях и динамике
ее формирования, сферах применения титана, основных проблемах
технологии и производства, путях их решения, подписанные
председателями Совета Министров СССР Г.М. Маленковым, Н.А.
Булганиным, Н.С. Хрущевым, первым заместителем председателя СМ СССР
Ф.Р. Козловым, а также переписку руководства предприятий, Главного
управления титаномагниевой промышленности (Главтитан), 8-го
Главного управления Минцветмета и Минавиапрома СССР с Главснабом,
Главцветметсбытом.
Ветераны вспомнят, что в отраслевых, ведомственных и региональных
изданиях «Титан», «Технология легких сплавов», «Цветные металлы»,
«Металлоснабжение и сбыт», «Уральский рынок металлов» и других
публиковались аналитические и дискуссионные статьи по вопросам
технической и технологической модернизации производства,
направлений развития титановой отрасли.
Даже первоначальные исследования показали, что сплавы на основе
титана демонстрируют полезные характеристики: корозионностойкость и
прочность при сравнительно низкой удельной массе. Это
предопределило основные области применения — авиацию, космос,
судостроение.
В 1947-1954 гг. прошла подготовительная стадия, в которой
участвовали Государственный научно-исследовательский и проектный
институт редкометаллической промышленности (Гиредмет), Всесоюзный
институт авиационных материалов (ВИАМ), Центральный
научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.
Бардина (ЦНИИчермет), Институт металлургии им. А.А. Байкова АН СССР
и другие. В 1954 г. были получены первые опытные титановые слитки.
Промышленное производство титановой губки в Советском Союзе
началось в начале 1960-х гг.
Березниковский магниевый завод (БМЗ) стал базой создания
титано-магниевого комбината — БТМК. С момента перехода на титан он
на протяжении десятилетий не менял ни названия, ни ведомственной
принадлежности. 26 сентября 1990 г. предприятие стало именоваться
АВИСМА, значившее «авиастроительные материалы», а сейчас ПАО
«Корпорация ВСМПО-АВИСМА».
В СССР осуществлена разработка титановых сплавов, обладавших
различными свойствами. Главную работу выполнили
научно-исследовательские центры: Гиредмет, ВИАМ, ИМЕТ, ЦНИИЧермет и
другие.
Так, в ВИАМ (институт авиационных материалов) была организована
лаборатория титановых сплавов под руководством С.Г. Глазунова. Она
занималась разработкой металловедческих основ получения
металлического титана, новых сплавов, технологии плавки и фасонного
литья, а также прессования и прокатки слитков.
Благодаря этим исследованиям удалось коренным образом пересмотреть
господствовавшее вплоть до конца 1940-х гг. представление о титане
как хрупком металле, который можно обрабатывать только методами
порошковой металлургии. Особо следует отметить, что на основе
результатов всего комплекса проведенных изысканий в 1956 г. был
разработан вакуумно-дуговой метод плавки титана с расходуемым
электродом. До настоящего времени этот метод является одним из
самых распространенных в титановой промышленности.
Исследования титана в ВИАМ проходили несколько этапов. На первом
изучались механические свойства и технологические особенности
технического титана, осуществлялась его паспортизация. На следующем
этапе исследовались легирующие элементы (алюминий, олово, ванадий)
для создания сплавов средней прочности, достаточной пластичности и
свариваемости. В результате, была впервые создана промышленная
технология производства листового проката из титановых сплавов и
организовано его серийное производство.
Полученные сплавы и их модификации (ВТ6, ВТ6С) до настоящего
времени широко применяются для изготовления авиационных
конструкций. Кроме того, ВИАМ и Верхнесалдинский завод №95
разработали группу конструкционных титановых сплавов (ОТ4–0, ОТ4–1,
ОТ4, ОТ4–2), имевших лучшее соотношение прочности и пластичности по
сравнению с существовавшими. Вскоре они стали основными
промышленными сплавами с регламентированным уровнем прочности.
В ИМет им. А.А. Байкова созданы широко применявшиеся экономно
легированные сплавы серии АТ. Жаропрочные сплавы серии СТ были
рекомендованы для изготовления дисков высокоскоростных компрессоров
и реакторов.
Наряду с центральными НИИ проблемами титанового производства
занимались отраслевые научно-исследовательские институты, созданные
в середине 1950-х гг. непосредственно на предприятиях. Так, 1956 г.
в Запорожье было создано головное учреждение, которое занималось
разработкой и совершенствованием способов производства титана и
магния в СССР, а также проектированием титано-магниевых предприятий
— Украинский научно-исследовательский и проектный институт
титана.
Его специалисты спроектировали оборудование для получения губчатого
титана (руднотермические печи, высокоэффективные хлораторы),
разработали новые способы очистки тетрахлорида титана, технологию
восстановления и вакуумной сепарации в новых полусовмещенных
аппаратах и т.д.
В 1956 г. в Березниках создан филиал Всесоюзного
научно-исследовательского и проектного института алюминиевой,
магниевой и электродной промышленности (ВАМИ), позже —
государственный институт титана и магния (с 1991 г. Российский
государственный научно-исследовательский и проектный институт
титана и магния РИТМ). В 1961 г. на базе московского завода №65 был
организован Всесоюзный институт легких сплавов (ВИЛС), являвшийся
на протяжении 30 с лишним лет головной организацией в области
разработки технологических процессов получения титановых изделий
для авиационной промышленности.
Именно в советские годы сложилась маркировка отечественных
титановых композиций, которых в настоящее время насчитывается
несколько сотен, более 50 из них применяется в промышленности.
Отечественные титановые сплавы обычно маркируют буквой, отражающей
наименование организации-разработчика, и цифрой, соответствующей
порядковому номеру сплава. Марка ВТ означает «ВИАМ титан» (Москва);
ОТ — «Опытный титан» — сплавы, разработанные совместно ВИАМ и
ВСМПО; ПТ — «Прометей титан» (Санкт-Петербург); АТ — сплавы,
разработанные в ИМет им.А.А.Байкова (Москва).
Производство советского титана развивалось в острой конкуренции с
американским (по информации от агентов в научно-техническом отделе
ЦРУ, были несколько специальных тематических исследований,
посвященных проблеме развития титана в СССР для подводных атомных
крейсеров и тяжелых стратегических ракетоносителей).
В 1990 г. выпуск губчатого титана в СССР достиг 97,7 тыс. т,
превысив в 1,9 раза объемы производства титановой губки всего
западного мира и в четыре раза США.
По мере развития авиационной, космической техники и судостроения
росла доля титана в конструкциях летательных аппаратов, кораблей,
подводных лодок и т.д. Применение титановых сплавов в конструкциях
отечественных самолетов Ил-62М, Ан-124, Ан-77, Ту-334, Ил-86,
Ту-204, Ил-96-300, ЯК-42, «Руслан», «Мрия» составляло 5-10%.
Применялись титановые сплавы и в военной авиации. В частности, в
серии МиГов часть планера там из нержавейки и титана.
В отличие от авиации, для судостроения разрабатывались свариваемые
сплавы, сочетающие прочностные и пластические свойства. Именно эту
проблему решал ЦНИИ КМ «Прометей» в 1980-е годы. К выпуску
крупногабаритных полуфабрикатов привлекались другие предприятия —
Ижорский, Коммунарский машиностроительный, «Большевик» (ныне
Обуховский), Никопольский южно-трубный заводы. Первая в мире
титановая субмарина — легендарная «Альфа» служила до 1989 года
(потом исключена из состава ВМФ, а в 2010-м утилизирована).
Подлодке К-162 проекта 661 «Анчар» принадлежит рекорд подводной
скорости — 44,7 узла (80,4 километра в час).
Случались и трагические события. Так, на Верхнесалдинском
предприятии взрыв печи, повлекший человеческие жертвы и разрушения.
Он произошел в сентябре 1971 г. в результате прожога стенки
изложницы и попадания воды из контура охлаждения на жидкий металл.
Для разработки мер по предотвращению подобных случаев были
привлечены ведущие организации и специалисты страны, в том числе
лауреат Нобелевской премии академик Н.Н. Семенов.
Современное изобретательство
В базе ФИПС по словосочетанию «титановый сплав» 497 действующих
патентов РФ на изобретения и 70 патентов на полезные модели. Они
посвящены как получению сплавов различного состава, так и их
применению в различных устройствах, в том числе в комбинации со
сталями.
Так, Санкт-Петербургский государственный морской технический
университет получил патент №2800900 «Градиентный материал для
соединения титанового сплава BT1-0 с нержавеющей сталью 316L
методом прямого лазерного выращивания».
В МИСИС изобретён сплав TiFeCuSn (патент №2798517). Титаниум Металс
Корпорейшн (US) запатентовала в РФ (№2725395) высокопрочный
титановый сплав с альфа-бета-структурой.
Области применения титановых сплавов широки — от корпусов
газотурбинных двигателей (патент №177607) до эндопротезов коленного
сустава.
Литература
Аношкин Н.Ф. Применение титановых сплавов в авиапромышленности. М.,
1960.
Titanium: Past, Perfect, Future. Washington D.C., 1983.
Квасов Ф.И., Каганович И.Н., Кожевникова Л.И. Титан. Производство,
применение, люди. М., 1992.
Металлургические заводы Урала. XVII – XX вв.: Энциклопедия.
Екатеринбург, 2001.
Покорение крылатого металла. Екатеринбург, 2003.
Kathleen L. Housley. Black Sand. The History of Titanium. Metal
Management Aerospace Inc., 2007.
Ежов А.О. Становление и развитие титанового производства на Урале
(середина 1950-х гг. – начало 1990-х гг.) Диссертация на соискание
ученой степени кандидата исторических наук. Екатеринбург. 2018