El titanio (ti) fue descubierto en 1789, Noruega y Estados Unidos comenzaron a usar el método de ácido sulfúrico para producir dióxido de titanio en 1908, el titanio esponja se obtuvo por primera vez con el método de sodio en el laboratorio en 1910, y en 1948, la compañía estadounidense DuPont utilizó el método de magnesio para producir toneladas de titanio esponja, marcando el comienzo de la producción industrial de titanio esponja.

El titanio y sus aleaciones tienen una serie de ventajas, como baja densidad, alta resistencia específica y rigidez específica, resistencia a la corrosión y fatiga, resistencia a altas temperaturas y soldabilidad. Son uno de los materiales estructurales de aleación ligera más prometedores del siglo XXI.

En los últimos años, la industria mundial del titanio y la tecnología de procesamiento de titanio han logrado un rápido desarrollo. La producción y el consumo de titanio esponja, aleación de titanio deformada y materiales procesados de ferroaleación han alcanzado niveles altos, y sus aplicaciones se han extendido a casi todos los sectores industriales militares y civiles.

En la actualidad, las aleaciones de titanio se utilizan principalmente en la industria aeroespacial y militar. Según las estadísticas, la aplicación de titanio en la aeroespacial representa alrededor del 70% de la producción total de titanio, principalmente como componente de motor y componente de marco. En otros campos industriales, las aleaciones de titanio se utilizan principalmente como intercambiadores de calor para sistemas de refrigeración de centrales eléctricas. Herramientas y accesorios de perforación de petróleo y gas; Equipos anticorrosivos y equipos de los departamentos químicos y químicos; Además, el titanio tiene un gran potencial de aplicación en equipos deportivos. Los principales problemas que afectan la amplia aplicación de materiales de titanio siguen siendo el alto costo y la falta de desarrollo de nuevos materiales de aleación de titanio multipropósito.

1. aleación de titanio y sus propiedades

1.1 Propiedades del titanio

El titanio tiene una mala conductividad térmica, que es ligeramente inferior a la del acero inoxidable. La conductividad térmica del titanio puro industrial alcanzó su valor máximo a 250k (17,56w / (m.k)) y su valor mínimo a unos 580k (16,89w / (m.k.).

Las aleaciones de titanio tienen una alta actividad química y son propensas a la piel oxidada al calentarse en el aire. Es fácil absorber hidrógeno y producir fragilidad de hidrógeno durante el calentamiento y el lavado ácido. Las aleaciones de titanio se pueden utilizar para el mecanizado a presión, Corte mecánico, soldadura y otros mecanizado de juntas. Las aleaciones de titanio tienen una excelente resistencia a la corrosión del agua de mar o de agua dulce.

1.2 aleaciones de titanio y su clasificación

La clasificación de las aleaciones de titanio en función de la composición de las fases metaestables es un método relativamente científico. Las Ferroaleaciones se pueden dividir aproximadamente en seis tipos: tipo a, tipo casi a, tipo ma a + p, tipo P casi subestable y tipo R subestable. La Tabla 1 muestra la clasificación de las aleaciones de titanio industriales existentes de acuerdo con el método de clasificación anterior.

1.3 características del proceso de la aleación de titanio

Las características de la estructura cristalina, las propiedades físicas y químicas de la aleación de titanio la hacen tener propiedades de proceso integrales fundamentalmente diferentes de las de acero, aleación de aluminio y aleación de metales pesados. Las aleaciones de titanio generalmente tienden a fundir lingotes grandes con un diámetro superior a 900 mm, un peso de 10 a 15 T y una sección transversal redonda. Una característica importante de la fundición por arco de vacío es la integración de los procesos de fusión, fundición y solidificación. Debido al Alto calor excesivo de la fundición, es fácil formar una estructura de fundición gruesa, por lo que se debe utilizar una gran deformación para alcanzar el nivel de rendimiento requerido.

2. Áreas de aplicación de aleaciones de titanio

(1) los mayores usuarios del titanio son la industria aeroespacial, que se utiliza principalmente en motores de aviones, bastidores, trenes de aterrizaje, cohetes y misiles, entre otros. desde el siglo xxi, las dos compañías de fabricación de aviones del mundo, Boeing y airbus, han aumentado la producción de aviones y las entregas anuales de aviones civiles se acercan a los 1.000.

(2) en el sector industrial, el titanio es un material estructural muy popular en casi todos los sectores industriales, como el petróleo, la industria química, el textil ligero, la metalurgia y la electricidad. Para la fabricación de reactores químicos anticorrosivos, ánodos de titanio de hierro electrolítico, placas católicas, ánodos de titanio para la producción de cloro - álcali, intercambiadores de calor de enfriamiento de oxígeno, cestas de titanio, dispositivos de suspensión en la industria de galvanoplastia, como ánodos de titanio, condensadores de centrales eléctricas, turbinas de vapor, palas de turbinas de vapor, equipos de perforación petrolera y tuberías submarinas.

(3) en los automóviles, el titanio se puede utilizar para fabricar válvulas de motor, asientos de rodamiento, resortes de válvulas, bielas, sujetadores, etc.

(4) en cuanto a los artículos deportivos y de ocio, se trata de raquetas de tenis de titanio, raquetas de bádminton, cabezas de golf y palos de pelota, carreras de coches, ciclismo, esquís, patines, trajes de buceo, palos de billar y cañas de pescar enganchadas.

(5) en ingeniería de la información, el hierro se puede utilizar para fabricar el sustrato del disco duro de la computadora. La resistencia es mayor que la del aluminio, lo que puede reducir el espesor, aumentar la densidad de almacenamiento y aumentar la velocidad del disco; Una mayor limpieza de la superficie puede reducir la distancia entre la cabeza de lectura y escritura y el disco de almacenamiento y aumentar la densidad de almacenamiento; Límites permitidos de mayor daño y dureza de la superficie; El titanio también tiene propiedades no magnéticas para evitar interferencias en el almacenamiento de datos del disco; El titanio es más resistente a altas temperaturas que el aluminio y se puede tratar con un recubrimiento de alta temperatura. Se estima que con el rápido desarrollo de la industria de la información y la feroz competencia en el mercado, el titanio informático tendrá un mejor mercado de aplicaciones.

(6) en el campo médico, el titanio se utiliza principalmente en dentaduras postizas, articulaciones de reparación humana, placas óseas ortopédicas, agujas intramedulares, stents de válvulas cardíacas artificiales, carcasa de marcapasos enterrada y clip vascular para cirugía craneoencefálica. El titanio se ha utilizado ampliamente en varios campos, desde agujas tempranas para cerrar pequeños vasos sanguíneos, materiales de electrodos de electrocardiograma y equipos oftalmológicos, hasta la tracción cardíaca más cercana y tapones cardíacos.

(7) en bienes de consumo, el titanio se utiliza para fabricar marcos de gafas, carcasas de relojes, carcasas de cámaras, utensilios de cocina, etc. decoraciones como techos, barandillas, monumentos y productos de titanio.

(8) en la industria alimentaria y farmacéutica, el titanio se utiliza para fabricar contenedores, reactores, calentadores, etc.

(9) en la industria nuclear, el titanio se utiliza para fabricar reservas de residuos nucleares y corrosivos.

(10) en la industria de la construcción, la aplicación de titanio es cada vez más amplia. El edificio del Museo Guggenheim en bilbana, españa, utiliza 35.000 metros cuadrados de placas de titanio de 0,38 mm de espesor.

(11) el titanio también puede desempeñar un papel en la agricultura y la ganadería. Los experimentos han demostrado que el hierro puede mejorar la fotosíntesis de las plantas y promover la síntesis de carbohidratos. Además, el titanio también se utiliza en pastizales, materiales medicinales y cultivo de flores. Se espera que la adición de schizex a la alimentación de titanio tenga perspectivas de aplicación muy amplias.

(12) el titanio también se utiliza en la construcción naval para la fabricación de submarinos, plataformas marítimas y plantas de desalinización.

3. aplicación del titanio en equipos deportivos

El titanio y sus aleaciones son ampliamente utilizados en varios equipos deportivos debido a su alta resistencia específica y buena resistencia a la corrosión. Los Palos de golf y las cabezas de club hechas de aleación ti - 3al - 2.5v sin fisuras son muy populares entre los fanáticos del deporte en Estados Unidos y Japón. Además, los productos deportivos de titanio incluyen raquetas de tenis, esquís, palas de nieve, postes de hielo de montañismo, clavos de montañismo, trineos, máscaras de esgrima, cañas de pescar, líneas de pesca y clavos de hierro de titanio moldeados por inyección para zapatos de correr en eventos de atletismo.

3.1 información básica

Debido a los diferentes tipos de productos y microestructura, el titanio y sus aleaciones se pueden laminar en productos con diversas propiedades de procesamiento y mecánicas. El titanio puro comercial es una estructura apilada densa hexagonal (hcp) con buena procesabilidad y plasticidad debido a su baja resistencia (generalmente entre 30 - 70 kg de fuerza por pulgada 2) pero que disminuye a medida que aumenta la resistencia. La aleación de titanio más utilizada, ti - 6ai - 4v, es principalmente de estructura hcp, pero debido a su alta resistencia (la resistencia al rendimiento es de unos 130 kilogramos de fuerza por pulgada 2, que varía ligeramente con el contenido de oxígeno), es difícil de procesar y su plasticidad es menor que la del titanio de grado comercial. Con este fin, hemos desarrollado ti - 3ai - 2.5v, especialmente para accesorios de tubería para sistemas hidráulicos aeronáuticos. Este producto tiene una alta resistencia y un buen rendimiento de procesamiento. Después de eliminar el estrés del tratamiento en frío, la resistencia de la aleación se puede mantener en una fuerza de ll5kg / pulgada 2, cerca del nivel de ti - 6ai - 4v. La aleación ti - 3ai - 2.5v se ha convertido en el material estándar para tubos de titanio sin costura, no solo para la industria aeroespacial, sino también para aplicaciones deportivas y médicas. La aleación de titanio B tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo (bcc), que es fácil de procesar después del recocido y tiene una buena ductilidad. Pero hasta ahora, los tubos de titanio sin costura se han utilizado muy poco.

Tissports (tst) es un fabricante de equipos médicos y artículos deportivos de titanio ubicado en kennewick, washington, Estados Unidos. sus productos incluyen sillas de ruedas, marcos para bicicletas, palos de golf y tubos de titanio en forma especial. TST utiliza principalmente ti - 3A1 - 2.5v para producir tubos de titanio sin costura. Los tubos de titanio sin costura se producen por extrusión y son laminados por el molino de tubos de acero sin costura pilger. Este proceso se puede utilizar en una gran cantidad de métodos de procesamiento en frío, lo que hace que la resistencia del material sea un 40% superior a la del producto recocido. Unos pocos accesorios de tubería ti - 3ai - 2.5v de gran tamaño también utilizan productos soldados en lugar de sin fisuras. Además, en algunas áreas que no requieren alta resistencia, como las barandillas de las sillas de ruedas, se utiliza soldadura secundaria.