Spis treści
  1. Tytan i stop tytanu w sektorze lotniczym
  2. Tytan i stop tytanu w sektorze medycznym
  3. Tytan i stop tytanu w przetwórstwie chemicznym
  4. Tytan i stop tytanu w inżynierii morskiej
  5. Tytan i stop tytanu w motoryzacji

Tytan i stop tytanu w sektorze lotniczym

Wczesne zastosowania tytanu w rozwoju przemysłu lotniczego

Stop tytanu materiały stosowane w lotnictwie i kosmonautyce, znane jako odlewy ze stopów tytanu, mają szerokie zastosowania. Należą do nich stawy, nity, i części odlewane. W produkcji samolotów, stopy tytanu są stosowane głównie w elementach sprężarek silników, rozwój rakiet, oraz niektóre elementy konstrukcyjne broni. Do połowy XXI wieku, tytan i jego stopy stały się szeroko stosowane w ogólnych dziedzinach przemysłu.

Innowacje w ramach samolotów ze stopów tytanu

Stop tytanu jest nowym i znaczącym materiałem konstrukcyjnym w przemyśle lotniczym. Jego gęstość i temperatura robocza mieszczą się pomiędzy aluminium i stalą, ale ma wyższy stosunek wytrzymałości do masy, doskonałą odporność na korozję w wodzie morskiej, i doskonałą wydajność w niskich temperaturach.

  • 1960Dalej: Zastosowanie stopów tytanu rozszerzyło się od tylnej części kadłuba do środkowej części kadłuba, częściowo zastępując stal konstrukcyjną do produkcji kluczowych elementów nośnych, takich jak grodzie, belki, i tory klap.
  • Obrona Narodowa: Wraz z ciągłą budową obrony narodowej, ilość stopu tytanu stosowanego w samolotach wojskowych gwałtownie wzrosła. Obecnie stanowią stopy tytanu 20% Do 25% całkowitego ciężaru konstrukcji statku powietrznego.
  • Samolot cywilny: Nadgodziny, samoloty cywilne również zaczęły szeroko stosować stopy tytanu. Na przykład, Boeinga 747 używa ponad 3,600 kg tytanu.
  • Szybki samolot: USA. Seria SR-72 na dużych wysokościach, szybki samolot rozpoznawczy, który leci z prędkością Macha 3.0 i osiąga wysokość 26,200 metrów, opiera się głównie na stopach tytanu, pogodzenie się 91% swojej masy konstrukcyjnej, zyskując przydomek “całkowicie tytanowy” samolot.

Sprężarki ze stopu tytanu

  • Podwyższone temperatury: Kiedy stosunek ciągu do masy silników lotniczych wzrósł z 4-6 Do 8-10, temperatura na wylocie sprężarki również wzrosła z 200°C-300°C do 500°C-600°C. Zatem, tarcze i łopatki sprężarki niskociśnieniowej, wcześniej wykonane z aluminium, trzeba było zastąpić stopami tytanu.
  • Wymiana stali nierdzewnej: Do produkcji tarcz i łopatek sprężarek wysokociśnieniowych zamiast stali nierdzewnej zastosowano stopy tytanu, zmniejszenie masy konstrukcyjnej samolotu.
  • 1970Dalej: Ogólnie uwzględniane są stopy tytanu 20% Do 30% masy konstrukcyjnej silników lotniczych, stosowany głównie w elementach sprężarek, takich jak kute wentylatory tytanowe, tarcze i łopatki sprężarki, odlewane tytanowe obudowy sprężarek, obudowy pośrednie, i obudowy łożysk.
  • Statek kosmiczny: Stopy tytanu są stosowane ze względu na wysoki stosunek wytrzymałości do masy, odporność na korozję, i wydajność w niskiej temperaturze do produkcji zbiorników ciśnieniowych, zbiorniki paliwa, elementy złączne, zespoły instrumentalne, ramki, i pociski rakietowe. Blachy ze stopów tytanu są również stosowane w spawanych częściach sztucznych satelitów, moduły księżycowe, załogowy statek kosmiczny, i promy kosmiczne.

Zastosowania części przędzalniczych ze stopu tytanu

W lotnictwie, stopy tytanu są stosowane w systemach statków kosmicznych nie tylko ze względu na ich mocne właściwości strukturalne i doskonałe właściwości fizyczne, ale także ze względu na lekkość i precyzję.

  • Nowe części obrotowe: Jakość i niezawodność nowych części przędzalniczych ze stopu tytanu wymagają wielu analiz danych eksperymentalnych. Ze względu na złożoność formowania arkuszy stopów tytanu, Jako materiał bazowy stosuje się TC4, łączenie zwykłych i wydajnych metod przędzenia w celu produkcji nowych półsferycznych części ze stopu tytanu.
  • Przybory: TC3 i TC4 są również stosowane jako materiały na blachy ze stopów tytanu, i przędzenie na gorąco służy do produkcji dwóch nowych typów półkul ze stopu tytanu.

Zastosowania w silnikach turbin gazowych

Innym ważnym zastosowaniem stopów tytanu w przemyśle lotniczym jest produkcja silników lotniczych.

  • Bieżące wykorzystanie: Około jedna trzecia ciężaru konstrukcyjnego silników turbinowych stosowanych w nowoczesnych samolotach w Chinach składa się ze stopów tytanu.
  • Wczesne zastosowania: Już w latach 40. i 50. XX w, kraje rozwinięte przemysłowo, takie jak Stany Zjednoczone i Wielka Brytania, zastosowały technologię stopów tytanu do ulepszenia elementów konstrukcyjnych silników odrzutowych na początku produkcji samolotów.
  • Składniki początkowe: Pierwszymi elementami silnika wykonanymi ze stopu tytanu były łopatki sprężarki, po którym nastąpił szybki rozwój tarcz sprężarek ze stopu tytanu. Obecnie, większość łopatek wentylatorów stosowanych w silnikach odrzutowych jest wykonana z nowych stopów tytanu.

Zastosowania wysokotemperaturowych stopów tytanu

Ze względu na dużą wytrzymałość termiczną i wysoki stosunek wytrzymałości do masy, Wysokotemperaturowe stopy tytanu są szeroko stosowane w silnikach lotniczych.

  • Podstawowe zastosowania: Stosowane są głównie w wentylatorach silników, ostrza, instrumenty precyzyjne, i urządzenia nawigacyjne.
  • Zastąpienie nadstopów na bazie niklu: Zastąpienie istniejących nadstopów na bazie niklu stopami tytanu zmniejsza ciężar konstrukcyjny sprężarek o 30% Do 35%.
  • Kompleksowy system stopów tytanu: Przez lata, aby sprostać wymaganiom silników o wysokich osiągach, opracowano kompleksowy system stopów tytanu.
Elementy płatowcaArkusze tytanowe, Talerze, Elementy złączne (śruby, orzechy, śruby), Stopień 2, Stopień 5
Silniki odrzutoweRury tytanowe, Elementy złączne (śruby, orzechy, śruby), Stopień 5
Łopaty wirnika helikopteraRury tytanowe, Stopień 5
Statek kosmicznyArkusze tytanowe, Talerze
Materiały ze stopów tytanu w przemyśle lotniczym

Tytan i stop tytanu w sektorze medycznym

Sztuczne stawy biodrowe

  • Opis:
    • Rodzaj stawu protetycznego zaprojektowanego tak, aby naśladować budowę ludzkiego stawu biodrowego.
  • Komponenty:
    • Metalowy pręt wprowadzany w górny koniec kości udowej z metalową kulką u góry.
    • Plastikowy lejek przylegający do kości biodrowej, w który wpasowuje się metalowa kulka.
  • Stosowanie:
    • Szeroko stosowany u dziesiątek tysięcy pacjentów wyposażonych w te stawy.
  • Przybory:
    • Powszechnie używany materiał: Stop tytanu.
    • Manufacturing methods:
      • Stop tytanu: Hot isostatic pressing.
      • Cobalt-chromium-molybdenum alloys: Casting.
      • Stainless steel: Forging.
    • Final products are machined and surface-treated.

Titanium Alloy Porcelain Teeth

  • Opis:
    • Intermediate materials between precious metal porcelain teeth and nickel-chromium alloy porcelain teeth.
  • Advantages:
    • Good biocompatibility.
    • Strong bond between titanium alloy and ceramic.
    • Resistance to chipping and durability.
    • Typically does not cause discoloration of surrounding tissues.
  • Disadvantages:
    • The inner crown has a gray metal color.
    • Slight bluish tint under certain lighting conditions.
    • Less aesthetically pleasing.

Titanium Alloy Frameworks

  • Advantages:
    • High strength.
    • Smooth surface.
    • Wear resistance.
    • Corrosion resistance.
    • Permanent repair capabilities.
  • Composition:
    • Typically contains 46% tytan.
    • Biocompatibility was comparable to 75% gold alloy.
  • Zastosowania:
    • Quick restoration of chewing function.
    • Minimalny dyskomfort i mocne trzymanie.
    • Nadaje się do protez stałych.
    • Idealny dla osób wrażliwych na jony niklu.
    • Szeroko stosowany w odbudowie zębów przednich.

Zastosowania materiałów tytanowych w przemyśle farmaceutycznym

  • Używa:
    • Kontenery produkcyjne, reaktory, i grzejniki.
  • Wyzwania w produkcji:
    • Sprzęt często ma kontakt z kwasami nieorganicznymi, kwasy organiczne, i ich sole.
    • Uszkodzenia korozyjne i zanieczyszczenie jonami żelaza ze sprzętu stalowego wpływają na jakość produktu.
  • Rozwiązania:
    • Sprzęt tytanowy zapobiega problemom związanym z korozją i zanieczyszczeniem.
    • Przykłady: Kotły do ​​estryfikacji penicyliny, zbiorniki scukrzające, Wyparki filmowe z chloramfenikolem, reaktory metamizolowe, Filtry metolowe, chłodnice siarczanu dimetylu, i filtry roztworów leków.
  • Korzyści:
    • Poprawiona ilość i jakość roztworów leków.
    • Zgodność ze standardami Farmakopei Chińskiej.

Modyfikacja powierzchni medycznego czystego tytanu i stopów tytanu

  • Zamiar:
    • Aby poprawić odporność na zużycie, odporność na korozję, i właściwości biologiczne (biokompatybilność i bioaktywność) implantów.
  • Wyzwania:
    • Moduł sprężystości stopów tytanu jest znacznie wyższy niż modułu kości, powodując niedopasowania mechaniczne.
    • Inny skład niż naturalna kość.
  • Biokompatybilność:
    • Dobra biokompatybilność bez otoczki włóknistej wokół implantu.
    • Integracja z kością to raczej mechaniczne połączenie niż silne wiązanie chemiczne.
Medyczny (implanty)Pręty tytanowe, Bary, Stopy (Stopień 5 preferowane), Stopień 5
Medyczny (instrumenty)Pręty tytanowe, Bary
Rodzaje materiałów tytanowych stosowanych w tej dziedzinie

Tytan i stop tytanu w przetwórstwie chemicznym

Zastosowania tytanu w przemyśle nawozowym

  • Produkcja mocznika:
    • Środek żrący: Karbaminian amonu, nadmiar amoniaku, mocznik, i wody w wysokich temperaturach i ciśnieniach.
    • Wymagany sprzęt: Tytan jest używany w urządzeniach wysokociśnieniowych, takich jak wieże syntezy, Striptizerki CO₂, i separatory pierwszego stopnia mające kontakt ze stopionym mocznikiem ze względu na lepszą odporność na korozję miejscową w porównaniu ze stalą nierdzewną.
    • Przykład: Wieże do usuwania mocznika należą do wytrzymałych urządzeń wyłożonych tytanem, zaprojektowanych i wyprodukowanych w kraju.
  • Połączona produkcja alkaliów:
    • Środek żrący: Roztwór chlorku amonu o wysokim stężeniu.
    • Wymagany sprzęt: Tylko tytan może skutecznie rozwiązać problemy korozji w połączonej produkcji alkaliów, gdzie ochrona powłoki jest niewystarczająca.
    • Zastosowania: Na płytki zaworowe stosuje się tytan i stopy tytanu, sprężyny w instalacjach chemicznych, np. sprężarki wysokociśnieniowe wodoru i azotu, oraz materiały anodowe do elektrochemicznej ochrony katodowej w celu zwiększenia odporności na korozję zmęczeniową i żywotności.

Zastosowania tytanu w przemyśle chloro-alkalicznym

  • Odporność na korozję: Wyjątkowa odporność tytanu na mokry chlor gazowy, chlorki, i roztwory zawierające chlor, bez wżerów i korozji naprężeniowej, czyni go nieocenionym w produkcji chloro-alkalicznej.
  • Kluczowy sprzęt:
    • Chłodnice mokrego chloru
    • Anody metalowe w elektrolizerach
    • Rury grzewcze wieży odchlorowującej
    • Pompy i zawory do próżniowego odchlorowania solanki zawierającej chlor
  • Korzyść: Tytan rozwiązał długotrwałe problemy z korozją w zakładach chloro-alkalicznych, czyniąc tę ​​branżę jednym z największych użytkowników sprzętu tytanowego.

Zastosowania tytanu w przemyśle włókien syntetycznych

  • Środek żrący: Procesy z udziałem związków halogenowych (chlorki, bromki) jako katalizatory lub półprodukty.
  • Wymagany sprzęt: Tytan jest używany w kluczowym sprzęcie zwalczającym silną korozję.
  • Przykłady:
    • Wieże utleniające w produkcji poliestrów
    • Reaktory fotochemiczne do produkcji ε-kaprolaktamu
    • Grzejniki pośrednie w hydrolizie disalu
    • Wymienniki ciepła z hydroksyloaminą
    • Reaktory utleniania w produkcji octanu winylu

Zastosowania tytanu w produkcji barwników i pestycydów

  • Środek żrący: Różne kwasy i zasady podczas produkcji barwników, pestycydy, i półprodukty.
  • Wymagany sprzęt: Tytan i stopy tytanu służą do przezwyciężenia silnej korozji sprzętu, zmniejszyć częstotliwość konserwacji, i przedłużyć żywotność.
  • Przykłady:
    • Wieże i wyparki azeotropowe w produkcji bezwodnika maleinowego
Przetwarzanie chemiczneArkusze tytanowe, Talerze, Rury, Kobza, Cewki, Folie, Kołnierze, Armatura, GrTypad 2
Typowe rodzaje materiałów tytanowych stosowanych w tej dziedzinie

Tytan i stop tytanu w inżynierii morskiej

Kadłuby ciśnieniowe

  • Wysoka wytrzymałość właściwa: Stopy tytanu są preferowanym materiałem na kadłuby ciśnieniowe sprzętu głębinowego ze względu na ich wysoką wytrzymałość właściwą, doskonała odporność na korozję, i właściwości niemagnetyczne.
  • Wczesna adopcja: Rosja była pierwszym krajem, który zastosował w nuklearnych okrętach podwodnych kadłuby ciśnieniowe ze stopu tytanu, z “Alfa” I “Tajfun” okręty podwodne tej klasy w szerokim zakresie wykorzystujące tytan.
  • Chińska innowacja: Chiny niezależnie się rozwinęły “Jiaolong” załogowy statek podwodny również wykorzystuje stop tytanu w swoim kadłubie ciśnieniowym, podkreślając kluczową rolę tytanu w eksploracji głębin morskich.

Układy napędowe

  • Odporność na zmęczenie korozyjne: Śruby ze stopu tytanu są idealne dla statków ze względu na ich wysoką wytrzymałość zmęczeniową na korozję i odporność na kawitację.
  • Historyczne użycie: Od lat 60. XX wieku, kraje takie jak Rosja i Wielka Brytania stosowały na statkach śruby napędowe ze stopu tytanu. Doświadczeni łowcy łodzi podwodnych i duże wojskowe łodzie wodolotowe Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych również zastosowali śmigła ze stopu tytanu.
  • Aplikacje silnikowe: Stopy tytanu są stosowane w silnikach okrętowych i układach napędowych strumieniem wody. Na przykład, Rosyjskie lodołamacze o napędzie atomowym wykorzystują silniki parowe ze stopów tytanu, podczas gdy amerykańska łódź eksperymentalna SES-100A i japońska “PT-10” łodzie torpedowe wykorzystują systemy napędu strumieniem wody wykonane z przemysłowego czystego tytanu i odkuwek ze stopów tytanu.

Lakierki, Zawory, i Rurociągi

  • Wyzwania dla środowiska morskiego: Pompy pokładowe, zawory, rurociągi, i akcesoria stawiają czoła trudnym warunkom morskim.
  • Wymagania materiałowe: Ze względu na stopy miedzi’ podatność na korozję w środowisku morskim, stopy tytanu są idealnym zamiennikiem.
  • Długowieczność i wydajność: Zastosowanie stopów tytanu w tych elementach znacznie zwiększa żywotność i wydajność systemu rurociągów statku.

Urządzenia akustyczne

  • Systemy sonarowe: Stopy tytanu są wykorzystywane do produkcji urządzeń akustycznych, takich jak systemy sonarowe, ze względu na ich niską gęstość, niska prędkość dźwięku, i doskonałe właściwości dopasowania impedancji akustycznej.
  • Ulepszone wykrywanie: Właściwości te zwiększają dokładność wykrywania i czułość urządzeń akustycznych.

Elektroniczne systemy informacyjne

  • Trwałość komponentów: Stopy tytanu odgrywają kluczową rolę w pokładowych elektronicznych systemach informatycznych, wykorzystywane do wykonywania obudów, radiatory, i inne części.
  • Stabilna praca: Elementy te zapewniają stabilną pracę sprzętu elektronicznego w trudnych warunkach morskich.

Materiały konstrukcyjne

  • Wysoka wytrzymałość właściwa i lekkość: Stopy tytanu idealnie nadają się na materiały konstrukcyjne statków ze względu na ich wysoką wytrzymałość właściwą i lekkość.
  • Zastosowania strukturalne: Można je wykorzystać do produkcji szkieletu statku, pokłady, i elementy kadłuba, skutecznie zmniejszając całkowitą masę statku i poprawiając jego właściwości nawigacyjne.
Inżynieria morskaArkusze tytanowe, Talerze, Pręty, Bary, Rury, Kobza, Kołnierze, Armatura, Stopień 2
Rodzaje materiałów tytanowych

Tytan i stop tytanu w motoryzacji

Korbowody silnika ze stopu tytanu

  • Lekki: Stosowanie stopu tytanu do korbowodów jest wysoce racjonalne ze względu na jego lekkie właściwości. W porównaniu do korbowodów stalowych, pręty ze stopu tytanu mogą zmniejszyć wagę 15%-20%.
  • Pierwsi użytkownicy: Ferrari 315LV8 było pierwszym samochodem, w którym zastosowano korbowody ze stopu tytanu.

Zawory silnika

  • Lekki i trwały: Zawory silnika ze stopu tytanu są lżejsze, mają dłuższą żywotność, i może zmniejszyć zużycie paliwa.
  • Porównanie do stali: Zawory ze stopu tytanu zmniejszają masę o około 30%-40% w porównaniu do stali, umożliwiając zwiększenie maksymalnych obrotów silnika o około 20%.

Ustalacze sprężyn zaworowych

  • Siła i odporność na zmęczenie: Wysoka wytrzymałość i odporność na zmęczenie stopu tytanu sprawiają, że idealnie nadaje się on na elementy ustalające sprężyn zaworowych.
  • Redukcja wagi: Elementy ustalające ze stopu tytanu są 30%-40% lżejszy od stali, zmniejszenie masy bezwładności zespołu zaworowego i zwiększenie maksymalnych obrotów silnika.

Sprężyny ze stopu tytanu

  • Moduł sprężystości: Sprężyny ze stopu tytanu mają niższy moduł sprężystości niż sprężyny stalowe.
  • Oszczędność miejsca i masy: Zapewniają tę samą elastyczność tylko przy 40% wysokości i 30%-40% ciężaru sprężyn stalowych, oferując większą przestrzeń projektową i dłuższą żywotność.

Wirniki turbosprężarki

  • Odporność na ciepło i skrawalność: Wirniki turbosprężarki ze stopu tytanu dobrze sprawdzają się w wysokich temperaturach i są łatwe w produkcji.
  • Wydajność w wysokich temperaturach: Wirniki te działają wydajnie w temperaturach do 850°C, prezentujący możliwości stopów tytanu.

Układy wydechowe i tłumiki

  • Wydajność i żywotność: Układy wydechowe ze stopu tytanu zwiększają wydajność, długowieczność, and aesthetics while improving fuel combustion efficiency.
  • Redukcja wagi: Titanium exhaust systems are approximately 40% lżejszy od stali, reducing the vehicle’s weight by about 5 kilograms.

Vehicle Frame

  • High Strength and Toughness: Some titanium alloys are ideal for vehicle frames due to their high strength and toughness.
  • Enhanced Driving Experience: Japanese manufacturers use titanium for vehicle frames to provide a better driving experience.

Titanium Alloy Wheel Hub Bolts

  • Lightweight and Strong: Essential for modified wheel hubs, titanium alloy bolts are lighter and stronger than steel bolts.
  • Aesthetic Appeal: Their unique luster enhances the appearance of wheel hubs.

Other Titanium Alloy Components

  • Diverse Applications: Titanium is also used in various other components, including:
    • Engine rocker arms
    • Suspension springs
    • Engine piston pins
    • Elementy złączne
    • Hanger nuts
    • Door intrusion beams
    • Wsporniki do stojaków samochodowych
    • Tłoczki zacisków hamulcowych
    • Sworznie obrotowe
    • Płyty dociskowe
    • Przyciski zmiany biegów
    • Tarcze sprzęgła
Automobilowy (strony)Pręty, Bary, Rury, Elementy złączne (śruby, orzechy, śruby), Stopy, Stopień 5 (do części o dużej wytrzymałości)
Rodzaje materiałów tytanowych