Рассказы о металлах

Титан - очень твердый металл: он в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза - железа и меди. Чем выше предел текучести металла, тем лучше детали из него сопротивляются эксплуатационным нагрузкам, тем дольше они сохраняют свои формы и размеры. Предел текучести титана в 18 раз выше, чем у алюминия, и в 2,5 раза - чем у железа.

Неудивительно, что когда перед авиаконструкторами встал вопрос, какому металлу доверить преодоление звукового барьера, выбор пал на титан. В зарубежной печати появилось сообщение о создании в США сверхзвукового реактивного самолета «Черная птица», который способен развивать скорость более 3200 километров в час. Корпус новой машины изготовлен из титана. Из этого металла сделаны ответственные наружные части и первого в мире сверхзвукового пассажирского самолета ТУ-144: мотогондолы, элероны, рули поворота.

Из титана все чаще изготовляют и многие другие авиационные узлы и детали - от двигателя до болтов и гаек. Кстати, о болтах. По мнению американских специалистов, только в результате замены стальных болтов двигателя титановыми в одном из типов истребителя вес двигателя снижается чуть ли не на сто килограммов. Так как каждый из этих сбереженных килограммов уменьшает вес самолета на 10 килограммов (благодаря облегчению фюзеляжа), общая экономия в весе достигнет тонны. Можно представить себе, что значит снизить вес самолета на целую тонну, если уменьшение веса самолета гражданской авиации всего на 1 килограмм позволяет сэкономить до 400 рублей в год. По прогнозам специалистов, в ближайшие годы доля конструкций из титана и его сплавов в самолетах, скорость которых в 2 - 3 раза выше скорости звука, возрастет до 60 - 90%.

Не обойдется без него и космическая техника. Отличные эксплуатационные качества присущи, в частности, титановым бакам для хранения жидкого кислорода и водорода: при сверхнизких температурах титан не разрушается, как большинство металлов, а наоборот, становится еще прочнее.

По-видимому, титан будет основным конструкционным материалом объектов, монтируемых непосредственно в космосе. Как показали эксперименты, проведенные в 1969 году советскими космонавтами Георгием Шониным и Валерием Кубасовым, этот металл в условиях космического вакуума легко поддается сварке и резке.

К титану с почтением относятся конструкторы не только небесного оборудования. Одна иностранная фирма, например, изготовляет из него велосипедные рамы: такая рама весит чуть больше килограмма, а вес всего велосипеда при этом - менее 7 килограммов!

Титан привлек к себе внимание и химиков. На одном из заводов был проведен следующий эксперимент. Из чугуна, нержавеющей стали и титана изготовили три насоса для перекачки агрессивных жидкостей. Первый был «съеден» через трое суток, второй продержался 10 дней, а третий (титановый) и через полгода непрерывной работы оставался цел и невредим.

Несмотря на то, что титан еще очень и очень дорог, замена им более дешевых материалов во многих случаях оказывается экономически выгодной. Так, корпус реактора одного из химических аппаратов, изготовленный из нержавеющей стали, стоит 150 рублей, а из титанового сплава - 600 рублей. Но при этом стальной реактор служит лишь 6 месяцев, а титановый - 10 лет.

Прибавьте еще затраты на замену стальных реакторов, вынужденные простои оборудования и станет совершенно очевидно, что дорогой титан, как ни парадоксально это звучит, дешевле, чем дешевая сталь.

На выставке по применению титана в промышленности, организованной несколько лет назад в Лондоне, демонстрировался широкий ассортимент оборудования химических заводов, изготовленного из титана. Титановые сопла, проработав более двух месяцев в атмосфере горячих газов, содержащих двуокись серы, могли как ни в чем не бывало продолжать трудиться дальше; сопла из нержавеющей стали разрушались после нескольких часов работы.

Успешно используют титан для изготовления деталей, работающих в атмосфере паров хлора, серной или азотной кислоты и других химических «агрессоров». Некоторые предприятия обзавелись даже громадными, высотой 120 метров, вентиляционными трубами из этого металла. Конечно, такая труба дороговата, но зато она простоит без ремонта добрую сотню лет - все затраты окупятся с лихвой.

Широкое применение получил титан при производстве твердых сплавов для режущих инструментов. Тончайшее покрытие из карбида титана значительно повышает режущие свойства инструмента, улучшает качество поверхности обработанных изделий.

Доброй славой пользуются превосходные хирургические инструменты из сплавов титана. Советский врач Юрий Сенкевич - участник интернациональной экспедиции под руководством известного норвежского путешественника Тура Хейердала взял с собой в дальнее плавание на папирусном судне «Ра» титановые хирургические инструменты.

Не так давно ученые создали удивительный сплав никеля с титаном - «нитинол», который обладает загадочным свойством «помнить» свое прошлое, а точнее говоря, принимать после деформации и соответствующей обработки свою прежнюю форму (об этом подробнее рассказано в очерке «Медный дьявол», посвященном никелю).

Еще в начале нашего века среди металлургов господствовало мнение, что титан - одна из самых вредных примесей железа. Понадобилось много лет, чтобы доказать нелепость подобной точки зрения. Сегодня металлургия - один из основных потребителей титана. Можно насчитать сотни марок сталей и сплавов, в состав которых в том или ином количестве входит этот элемент. В нержавеющие стали его вводят для предотвращения межкристаллитной коррозии. В жаростойких высокохромистых сплавах он уменьшает размер зерна, делая структуру металла однородной и мелкокристаллической. В других жаростойких сплавах титан служит упрочняющим элементом.

Высокое сродство титана к кислороду (к этому мы еще вернемся) позволяет использовать его для раскисления стали, т. е. для удаления из нее кислорода: по раскислительной способности титан примерно в 10 раз превосходит кремний - один из основных раскислителёй. Такова же роль титана и по отношению к азоту. Очистка стали от газов повышает ее механические свойства, улучшает коррозионную стойкость.

Одно из замечательных свойств титана - его необычная стойкость против коррозии - этого злейшего врага металлов. На пластинке из титана за 10 лет пребывания в морской воде не появилось и следа ржавчины (за такой срок от железной пластинки остались бы лишь воспоминания). Да что там какой-то десяток лет: расчеты показывают, что если бы этот эксперимент начался тысячу лет назад, например, когда проходило крещение Руси, то к нашему времени коррозия смогла бы проникнуть в глубь титана всего на 0,02 миллиметра. Не мудрено поэтому, что судостроители, гидростроители, конструкторы глубоководных аппаратов проявляют к титану не меньшую симпатию, чем авиаконструкторы и химики. Американская фирма «Дженерал электрик» создает проект обитаемых станций, которые смогут размещаться на глубинах до 3700 метров. Титановым сплавам в этом проекте отведена важная роль.

Высокая коррозионная стойкость титана - вот объяснение, почему создатели обелиска, увековечившего покорение человеком космического пространства, выбрали именно этот металл в качестве облицовочного материала. Сравнительно недавно титан оказался нужным еще для одного монументального сооружения. На конкурсе проектов памятников в честь 100-летнего юбилея организации Международного союза электросвязи, организованном ЮНЕСКО, первый приз (из 213 представленных проектов) получила работа советских архитекторов. Монумент, который предполагалось установить на площади Наций в Женеве, должен был представлять собой две бетонные раковины высотой 10,5 метра, облицованные пластинами полированного титана. Человек, проходящий между этими раковинами по специальной дорожке, услышит свой голос, шаги, шум города, увидит свое изображение в центре кругов, уходящих в бесконечность.

Важная характеристика титана - его немагнитность, что для многих отраслей техники представляет существенный интерес. Титан обладает большим электросопротивлением: если электропроводность серебра принять за 100, то электропроводность меди равна 94, алюминия 55, железа и ртути 2, а титана - всего 0,3. Это свойство металла широко используют в электротехнике.