Т И Т А Н

У розплаві багатьох металів чистий титан виявляє дивну стійкість. У рідких гарячі магнії, олові, галії, ртуті, літії, натрії, калії, у розплавленій сірці титан практично не коризує, і лише при дуже високих температурах розплавів (вище 300–400° С) швидкість його корозії в них може досягати 1 мм/рік. Однак є чимало агресивних розчинів і розплавів, у яких титан розчиняється дуже інтенсивно. Головний «ворог» титану – плавикова кислота (HF). Навіть у 1%-ному її розчині швидкість корозії титану дуже висока, а в більш концентрованих розчинах титан «тане», як лід у гарячій воді. Фтор – цей «руйнуючий усе» (гречок.) елемент – бурхливо реагує практично з усіма металами і спалює їх.

Не може протистояти титан кремнефтористоводородной і фосфорної кислотам навіть слабкої концентрації, перекису водню, сухим хлору і брому, спиртам, у тому числі спиртовій настойці йоду, розплавленому цинку. Однак стійкість титану можна збільшити, якщо додати різні окислювачі – так називані інгібітори, наприклад у розчини соляної і сарною кислот – азотну і хромову. Інгібіторами можуть бути й іони різних металів у розчині: залізо, мідь і ін.

У титан можна вводити деякі метали, що підвищують його стійкість у десятки і сотні разів, наприклад до 10% цирконію, гафнію, танталу, вольфраму. Введення в титан 20–30% молібдену робить, цей сплав настільки стійким до будь-яких концентрацій соляний, сарною й іншими кислотами, що він може замінити навіть золото в роботі з цими кислотами. Найбільший ефект досягається завдяки добавкам у титан чотирьох металів платинової групи: платини, палладія, родію і рутенію. Досить всього 0,2% цих металів, щоб знизити швидкість корозії титану в киплячих концентрованих соляний і сарною кислотах у десятки разів. Слід зазначити, що шляхетні платиноїди впливають лише на стійкість титану, а якщо додавати їх, скажемо, у залізо, алюміній, магній, руйнування і корозія цих конструкційних металів не зменшуються.

Фізичні і механічні властивості титану

Титан дуже тугоплавкий метал. Довгий час вважався, що він плавиться при 1800° С, однак у середині 50-х рр. англійські вчені Діардорф і Хейс установили температуру плавлення для чистого елементарного титану. Вона склала 1668±3° С. По своїй тугоплавкості титан уступає лише таким металам, як вольфрам, тантал, ніобій, реній, молібден, платиноїди, цирконій, а серед основних конструкційних металів він коштує на першому місці:

Найважливішою особливістю титану як металу є його унікальні фізико-хімічні властивості: низька щільність, висока міцність, твердість і ін. Головне ж, що ці властивості не міняються істотно при високих температурах.Титан-легкий метал, його щільність при 0° С складає всього 4,517 г/см8, а при 100° С – 4,506 г/см3. Титан відноситься до групи металів з питомою масою менш 5 г/см3. Сюди входять усі лужні метали (натрій, кадій, літій, рубідій, цезій) з питомою масою 0,9–1,5 г/см3, магній (1,7 г/см3), алюміній (2,7 г/см3) і ін. Титан більш ніж у 1,5 рази важчий алюмінію, і в цьому він, звичайно, йому програє, але зате в 1,5 рази легше заліза (7,8 г/см3). Однак, займаючи по питомій щільності проміжне положення між алюмінієм і залізом, титан по своїх механічних властивостях у багато разів їх перевершує.

Які ж ці властивості, що дозволяють широко використовувати титан як конструкційний матеріал? Насамперед міцність металу, тобто його здатність пручатися руйнуванню, а також необоротній зміні форми (пластичні деформації). Титан має значну твердість: він у 12 разів твердіше алюмінію, у 4 раз-залоза і міді. Ще одна важлива характеристика металу – границя текучості. Чим він вище тим краще деталі з цього металу пручаються експлуатаційним навантаженням. Границя текучості в титану майже в 18 разів вище, ніж в алюмінію. Питома міцність сплавів титану може бути підвищена в 1,5–2 рази. Його високі механічні властивості добре зберігаються при температурах аж до кількох сотень градусів.

Чистий титан придатний для будь-яких видів обробки в гарячому і холодному стані: його можна кувати, як залізо, витягати і навіть робити з нього дріт, прокочувати в аркуші, стрічки, у фольгу товщиною до 0,01 мм.

Цікаво відзначити, що титан довгі роки, аж до одержання чистого металу, розглядали як дуже тендітний матеріал. Зв'язано це було з наявністю в титані домішок, особливо водню азоту, кисню, вуглецю й ін. Якщо збільшення змісту кисню й азоту відразу позначається на їхніх механічних властивостях, то вплив водню більш складне і може виявлятися не відразу, а в процесі експлуатації виробу. Недооцінка цього впливу при перших кроках застосування титану привела до серйозних аварій. Численні випадки несподіваних тендітних руйнувань готових титанових конструкцій в авіації США навіть стали причиною деякої кризи у виробництві титану в 1945–1955 р. Сьогодні ж водень спеціально вводять у титанові сплави, як тимчасовий чи постійний легуючий елемент. Це дозволяє сильно спростити багато технологічних операцій при виготовленні титанових виробів (гарячу обробку тиском, різання, зварювання, формування) і поліпшити їхньої властивості. При необхідності водень видаляють випалюванням у вакуумі.