ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ. ТИТАН В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Глава 1. В БОРЬБЕ С КОРРОЗИЕЙ
БИЧ МЕТАЛЛОВ
В мире нет ничего вечного — эту нехитрую истину все знают давно. То, что кажется навеки незыблемым — горы, гранитные глыбы, целые материки, — со временем разрушаются, рассыпаются в пыль, уходят под воду, проваливаются в глубины. Исчезают целые культуры, народы и государства, уступая место другим, которых неизбежно постигает все та же участь. Но, разумеется, происходит все это не на наших глазах и даже не в течение многих человеческих поколений. Происходит все это медленно, постепенно.
В то же время ничто не разрушается так быстро, как известные нам металлы — чугун, железо, сталь. Разрушает их коррозия — неумолимый бич любых твердых тел, а металлов в особенности. Коррозия неизбежно возникает при наличии электрохимических и просто химических процессов на поверхности вещества как следствие его взаимодействия с окружающей средой. И ее результаты сказываются самым печальным образом.
По всей поверхности земного шара разбросаны металлургические заводы, круглые сутки дымят домны, мартены, конвертеры, выплавляя главнейший металл современной цивилизации — железо в различных его модификациях. Мировая выплавка стали уже приближается к миллиарду тонн в год. Но, условно говоря, каждый десятый завод работает впустую — его продукцию поглощает вечно голодное чудовище — коррозия, ржавчина.
Да, именно так и обстоит дело, ведь ежегодно каждая десятая тонна выплавленного металла уничтожается коррозией. Но это также значит, что из всего произведенного сейчас железа через десять лет ничего не останется . . . Лишь только благодаря тому, что металлургические заводы продолжают выплавлять металл, мы постоянно располагаем им.
Но мало того, что металлы разрушаются просто под открытым небом, в воде или под землей. Современная технология, основанная на использовании крайне агрессивных веществ, высоких температур и давлений, еще более ускоряет этот процесс, разрушая не только черные, но и более дорогие цветные металлы.
Прямые убытки от коррозии достигают астрономических величин. Только в США они ежегодно составляют 5,5 миллиарда долларов. Но гораздо больший ущерб наносят косвенные потери, возникающие вследствие коррозионного повреждения оборудования. К ним относятся простои в связи с ремонтом, потери продукта в результате утечки, снижение производительности в результате засорения аппаратуры и понижения интенсивности процессов.
Кроме того, загрязняются готовые продукты и полупродукты, а это резко ухудшает их качество. Иногда конструкторы намеренно завышают при проектировании сечение деталей, толщину стенок и т.д., предусматривая ненасытный "аппетит” коррозии. Поэтому при прокладке трубопровода, например, получается так, что в землю зарывают ”лишние” тысячи тонн стали, предназначенные ”на съедение” коррозии. Точно таким же образом поступают и при проектировании оборудования, применяющегося в химической индустрии.
Существует множество видов и типов коррозии металлов — в зависимости от того, с какими именно веществами контактирует металл и каким образом распределяются коррозионные поражения на его поверхности. Коррозия бывает как равномерной, так и местной — гораздо более опасной, когда очаги поражения занимают небольшую площадь, но проникают вглубь, серьезно разрушая изделие. Местная коррозия бывает язвенной, точечной, межкристаллитной.
Нетрудно догадаться, что язвенной и точечной коррозия называется в том случае, когда поверхность металла обезображена язвами и точками — будто бы материал Переболел” оспой. При межкристаллитной коррозии нарушаются границы между кристаллами металла. Процесс этот глубинный и потому очень коварный, так как снаружи почти незаметно, что материал пришел в негодность, утратил прочность.
Разрушаются все металлы без исключения, одни — быстро, другие — медленно. Титан относится к числу последних, и эта его особенность чрезвычайно важна для современной техники. Следует подчеркнуть, что даже в тех случаях, когда титан поддается коррозии, она, как правило, всегда равномерно ”съедает” его, тогда как железо, сталь, нержавеющие и алюминиевые сплавы часто подвергаются местным и межкристаллитным разрушениям. Титан же межкристаллитной коррозии практически не подвергается никогда.
Если обычный металл изогнуть, изменить его первоначальную форму, он будет поддаваться коррозии в значительно большей степени, чем в спокойном состоянии. ”Коррозия под напряжением” — так называется этот вид более быстрого разрушения. Что касается титана, то он очень успешно сопротивляется и такому врагу. Вот почему титану находится много работы на заводах и фабриках где, заслоняя собой менее стойкие материалы, он упорно сражается с ”бичом металлов” — коррозией.
В ЦЕХАХ ХИМИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ
Титановые сплавы стойки в сотнях агрессивных сред химической нефтехимической промышленности и успешно соперничают со сплавами на основе никеля, высоколегированными и нержавеющими сталями, с редкими и драгоценными металлами — ниобием, танталом, платиной, заменяют медь, свинец, олово, пластмассы. Новый конструкционный материал фактически уже вытеснил стекло из охладителей хлора, графит из охладителей рассола, чугун из перегонных кубов в производстве кальцинированной соды.
В ряде производств титан — единственный стойкий против коррозии материал. Он стоек во влажном хлоре, в водных соединениях хлора, в агрессивных средах производства ацетальдегида и гербицидов — там, где другие распространенные
материалы терпят полнейшее фиаско. В хлорной промышленности и нашел титан наиболее широкое применение.
Оборудование из титана используется при получении хлора диафрагменным методом в ваннах с ртутным катодом. Применяют титановые фильтры и подогреватели, коллекторы, емкости, реакторы, теплообменники. Титановые теплообменники позволяют намного упростить схему охлаждения и осушки газообразного хлора, снизить его потери и уменьшить загрязнение сточных вод. Благодаря использованию четырех титановых теплообменников на одном из хлорных заводов удалось избавиться от 30 ранее применявшихся аппаратов из углеродистого материала, гораздо менее стойкого. В результате на этом заводе ежегодно экономится 280 тысяч рублей.
В результате широкого научно обоснованного внедрения титановых сплавов в производство технологического оборудования Калушского производственного объединения ”Хлор- винил” (Ивано-Франковская область) только в период с 1968 по 1975 год получена экономия более 30 миллионов рублей. Наиболее отличившиеся участники этой работы удостоены в 1976 году званий лауреатов Государственной премии УССР в области науки и техники.
На химических предприятиях широко используется так называемая запорная и регулирующая арматура: различные вентили, краны, задвижки. Простейший вид арматуры — всем нам прекрасно известный водопроводный кран, которым мы регулируем движение воды, то открывая ей дорогу, то запирая ее в трубе. Химики же регулируют движение промышленных жидкостей и газов, и краны, применяемые ими, нередко достигают огромных размеров, так как и трубопроводы тоже достаточно велики.
Арматура из титана работает в 5—10 раз дольше, чем обычная. Благодаря ее применению удается автоматизировать технологические процессы, упростить монтаж и разборку, поскольку она намного компактнее и легче. Большое распространение получает литая арматура: она гораздо дешевле и, кроме того, обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, чем аппаратура, изготовленная из отштампованных, а затем сваренных деталей. Так же эффективно и целесообразно использование трубопроводов из титана.
Трубы из титана превосходно зарекомендовали себя в качестве материала для теплообменных аппаратов. Змеевик из титана в некоторых средах служит 10 лет и более, свинцовый же — только 10 месяцев. Кроме того, титановый змеевик почти в 20 раз легче и занимает в помещении в 10 разменьшую площадь. Следовательно, намного упрощаются установка и обслуживание. Что же касается его стоимости, то она ненамного превышает стоимость свинцового змеевика. Титановый стоит 2,5 тысячи рублей, свинцовый—1,5 тысячи при длительности службы, в десять раз меньшей.
На поверхности титановых труб при смачивании их жидкостями образуется не сплошная пленка влаги, как у других металлов, а только отдельные капли, которые легко удаляются.
Все это облегчает очистку теплообменников от осадка, так как трубы не зарастают отложениями солей. Отсутствие инкрустации солями повышает теплоотдачу, а тем самым — и производительность аппаратов. Высокий коэффициент теплопередачи сохраняется на протяжении всего срока их эксплуатации.
Чем тоньше стенки теплообменника, тем лучше, так как это значительно усиливает передачу тепла. В то же время тонкие стенки коррозия разрушает скорее. Из титана же можно изготовлять тонкостенные теплообменники, не опасаясь что они в скором времени выйдут из строя. Поэтому по сравнению с обычными материалами толщина стенок труб титанового теплообменника значительно меньше и при обычном режиме работы не превышает одного миллиметра. Если же теплообменник предназначен для работы при высоких температурах, стенки делают чуть потолще — 1,5 миллиметра.
Новый промышленный металл хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для изготовления оборудования производства солей, кислот и удобрений, продуктов органического синтеза.
Внедрение титановых реакторов взамен стальных при производстве капролактама на Руставском химическом комбинате намного улучшило технологические показатели, увеличило выход продуктов, снизило расход сырья. На том же химкомбинате введена в действие реакционная колонна из титана, производительность которой в полтора раза выше ранее применявшейся стальной. Так как титан — металл коррозионностойкий, то колонна будет служить безотказно, в результате чего эксплуатационные расходы будут сведены к минимуму, а ежегодная экономия составит более 100 тысяч рублей. Когда же будет внедрено все запланированное оборудование из титана, Руставский комбинат сможет экономить более миллиона рублей в год.
Большое развитие в наши дни получило производство пластмасс, синтетических волокон и спиртов, каучука и других полимерных материалов. Их получают, используя концентрированные растворы кислот, соединения хлора. Процессы идут при высоких температурах, что еще больше усиливает коррозию технологического оборудования. Вот здесь и оказываются незаменимыми титановые сплавы с повышенной коррозионной стойкостью, легированные палладием, молибденом, танталом.
Заводы химического машиностроения в Сумах, Бердичеве, Свердловске, Пензе, Запорожье, в Узбекистане и Подмосковье освоили серийный выпуск титановых аппаратов, насосов, запорной арматуры. В СССР производит химическую аппаратуру из титана Сумское машиностроительное объединение имени Фрунзе, награжденное орденами Ленина и Октябрьской Революции, а также орденом Народной Республики Болгарии ”3а социалистический труд”.
Аппаратуру из титана завод начал изготовлять в 1960 году. За время, прошедшее с той поры, специалисты предприятия накопили большой опыт работы с новым конструкционным материалом, освоили выпуск самой сложной и ответственной аппаратуры. Объединение имени Фрунзе — предприятие высокой культуры, передовой технологии. Участки сварки титанового оборудования оснащены по самому последнему слову техники, обслуживающий персонал работает в белых халатах, в помещениях поддерживается образцовая чистота.
Отечественной промышленностью освоено изготовление титановых емкостей, имеющих объемы от нескольких кубических метров до 160, гидролизных аппаратов и реакторов объемом до 50 кубических метров, аппаратов с перемешивающими устройствами, теплообменников, автоматических центрифуг, различных фильтров, технологических трубопроводов и множества других видов аппаратуры, оборудования, машин. Выпуск их с каждым годом все возрастает. Но при изготовлении конструкций и деталей из титана 60—80 процентов металла идет в стружку. Сэкономить дорогостоящий металл позволит новая технология, разработанная в Запорожском машиностроительном институте. Ученые объединили прогрессивные методы порошковой металлургии и обработки металлов давлением: прессование, спекание, горячую штамповку. Новый способ позволяет повысить коэффициент использования металла до 80—90 процентов.
СОЮЗНИК МЕТАЛЛУРГОВ
Когда слышишь или читаешь слова "металлургия”, Металлург”, представляешь себе пышущие жаром печи, раскаленный поток металла, видишь ревущее пламя. Но металлургия бывает и совершенно другой.
Нередко руды обрабатывают растворами кислот, в результате чего металл в виде солей переходит из сырья в раствор. Нерастворимый осадок состоит из пустой породы и при фильтрации легко отделяется от растворенных солей, из которых затем уже осаждают металл. Водные растворы соединений металлов можно подвергать электролизу и тогда на катоде наращивается слой требуемого металла. При этих и некоторых других процессах широко пользуются также методами отстаивания, выпаривания, экстракции, ионного обмена, при которых разбавленные кислоты становятся более концентрированными и интенсивно действуют на материалы технологического оборудования.
Металлургические процессы, основанные на использовании жидкостей, называются гидрометаллургическими — от греческого слова, обозначающего воду. Гораздо более привычные для нас методы, при которых требуются высокие температуры, нагрев, пламя, называют пирометаллургическими — от другого греческого слова, обозначающего огонь. Так вот, при проведении целого ряда гидрометаллургических процессов крайне необходим такой коррозионностойкий, надежный и долговечный металл, как титан.
Поэтому его и используют на многих переделах производства цветных металлов. На одних — больше, на других — меньше, но уровень его применения постоянно возрастает, и ныне цветная металлургия — крупнейший потребитель титана среди всех отраслей народного хозяйства страны.
Первыми стали широко применять титановое оборудование предприятия никель-кобальтовой промышленности, что позволило экономить многие миллионы рублей, давать высококачественную продукцию. Благодаря разработке и освоению целого комплекса надежных технологических аппаратов из титана на комбинате ”Се- вероникель” впервые в практике производства цветных металлов удалось осуществить комплексную автоматизацию технологических процессов.
Никель-кобальтовые предприятия используют фильтровальное оборудование, экстракторы, выпарные аппараты, вентиляторы, автоклавы, теплообменники, хлорные эжекторы — всего более 200 наименований изделий, изготовляемых из титана. Это дает ощутимый технико-экономический эффект.
Титановые матрицы для осаждения никеля в 3 раза легче и в 15 раз долговечнее стальных. Благодаря их использованию в 10 раз снизился процент брака. В результате замены насосов из кислотоупорного литья титановыми ежегодная экономия на комбинате ”Североникель” составляет более 700 тысяч рублей.
Используемые при производстве титана и магния титановые насосы дают условно годовой эффект по каждому агрегату от 900 до 1800 рублей. Срок их службы при перекачке растворов хлористых солей, натрия, калия, магния, слабой соляной кислоты в 15—20 раз выше, чем чугунных или изготовленных из кислотоупорных сталей. Потери жидкости снижаются в 2,5 раза.
Наиболее эффективным оказалось оборудование из нового промышленного металла на переделах хлорирования титановых шлаков и при улавливании пыли и газов. Под воздействием ионов хлора как углеродистая, так и нержавеющая сталь интенсивно разрушается, подвергаясь язвенной и точечной коррозии. Титановые сплавы несравненно более стойки, и оборудование, изготовленное из них, служит гораздо дольше. Титановые емкости в цехах хлорирования работают по 3—4 года, тогда как стальные выходят из строя уже через 2 месяца.
При отсасывании отходящих газов титано-магниевого производства титановые вентиляторы эксплуатируются 5 лет, стальные — не более 1—2 месяцев, срок службы газоходов из титана в 20—30 раз превышает срок службы стальных!
В 1969 году на Березниковском титано-магниевом комбинате была пущена 120-метровая вытяжная труба. Труба как труба — для выброса производственных газов, — внешне ничего особенного собой не представляет. И мало ли заводских труб! Но березниковская была особенной: впервые в мировой практике она была изготовлена из титана. Ныне она уже не единственная в мире: точно такая же труба возведена и на Запорожском титано-магниевом комбинате. Планируется построить еще несколько титановых труб на различных металлургических заводах страны.
Успешно используют титан в титановой промышленности и за рубежом. Американская фирма ТМКА сообщает, что титановый агрегат для выщелачивания магния и хлористого магния из титановой губки (в США губку очищают не нагреванием в вакууме, а промыванием "царской водкой”) заменил более десятка прежних малопроизводительных аппаратов и приносит ежегодный доход в 370 тысяч долларов.
При получении магниевых сплавов используют стойкие в расплавленном магнии титановые мешалки и тигли. Из титана изготовляют также лопасти перемешивающих устройств на известковых газоочистках.
Титан оказался наиболее подходящим материалом для изготовления матриц, применяемых при электролитическом осаждении меди. Внедрение титановых матриц на ряде предприятий страны намного облегчило труд рабочих-сдирщиков, на 30 процентов повысилась производительность труда. Срок службы матриц увеличился в 3 раза. С титанового барабан- катода снимают гораздо более высококачественную медную фольгу, тогда как при использовании катода из нержавеющей стали процент брака велик, фольга получается щерохо- ватой.
Весьма эффективными являются титановые приспособления для очистки и подачи отходящих газов агломашин, плавильных и обжиговых печей в производстве свинца и цинка, а также детали реакторов, змеевиков и многого другого оборудования из нового промышленного металла. Титан находит применение при производстве вольфрама и молибдена, сурьмы, ртути, циркония, редкоземельных и драгоценных металлов.
При обработке цветных металлов используют титановые травильные ванны, детали очистных сооружений, установок переработки раствора, емкости, что намного повышает срок службы оборудования. На одном из уральских заводов из титана изготовляют клещи, которыми захватывают горячие прокатываемые и прессуемые металлические заготовки. Масса ручного инструмента уменьшилась вдвое.
Вспомогательное оборудование из титана используют на некоторых предприятиях черной металлургии нашей страны, Благодаря высокой коррозионной стойкости в сернистых газах новый конструкционный материал обеспечивает надежную работу электрофильтров, применяемых в коксохимическом и ферросплавном производствах, повышает долговечность газоочистных сооружений доменных, мартеновских, конвертерных и агломерационных цехов.
Более 15 лет работают на Запорожском коксохимическом заводе титановые нутч-фильтры, растворители, кристаллизаторы, трубопроводы и другое оборудование участка роданистого натрия. Кроме того, благодаря их применению удалось избежать в конечном продукте примесей железа, тяжелых металлов, которые по техническим условиям недопустимы и от которых прежде невозможно было избавиться.
Испытания, проведенные на заводе ”Запорожсталь” Институтом титана, показали, что, если использовать для слива отработанных травильных растворов трубопроводы из нового металла, их срок службы будет измеряться десятками лет. Ныне существующие звенья, изготовленные из углеродистой стали и защищенные резиной, служат полтора, максимум три месяца. Вот потому предприятие приобрело полкилометра титановых труб для замены ими стальных.
Очень перспективно облицовывать титаном ванны, используемые на многих металлургических, сталепроволочно-канатных, метизных заводах для травления заготовок в кислотах с целью удаления окалины с поверхности. Поскольку травильные растворы загрязнены частицами железа и его соединений, а также содержат специальные солевые добавки (что способствует замедлению коррозии), стойкость титана в них намного выше, чем в обычных растворах кислот — без добавок и примесей, благодаря чему титановые травильные ванны служат десятки лет, тогда как обычные выходят из строя гораздо раньше.
ЧТОБ СТАЛО БОЛЬШЕ БУМАГИ
Наша страна — самая читающая в мире. Миллионными тиражами печатаются газеты и журналы, больше, чем в любом другом государстве, издается книг. И тем не менее далеко не всегда удается приобрести нужную литературу, выписать то или иное издание. . . Одна из основных причин такого положения — недостаток бумаги.
Чтобы обеспечить страну бумагой, делается многое: строятся новые целлюлозно-бумажные комбинаты и лесопромышленные комплексы, переоборудуются существующие. Предприятия оснащаются новым высокопроизводительным оборудованием. Однако при производстве бумаги очень остро стоит проблема коррозионной защиты,и от ее решения в немалой степени зависит успешное развитие отрасли.
Для получения целлюлозы используют чрезвычайно агрессивные вещества — в технологических процессах варки целлюлозы, получения варочной кислоты, при отбеливании целлюлозной массы. Особенно агрессивен диоксид хлора, которым отбеливают целлюлозу. Отказьюаться от диоксида хлора нецелесообразно: благодаря ему удается намного улучшить качество продукции, интенсифицировать производственные процессы. Метод отбеливания целлюлозы диоксидом хлора получает поэтому все большее распространение, но стремительное разрушение оборудования при его применении приносит значительные убытки.
Фирма ”Крусибл стал корпорейшн оф Америка” приводит данные о том, что простой одной отбельной линии в течение только одних суток причиняет ущерб в 10 тысяч долларов.
Вот почему химики и бумажники обратили самое серьезное внимание на стойкость титана в соединениях хлора. Именно как материал, устойчивый в диоксиде хлора, титан был применен впервые в невоенных отраслях промышленности. Так, в 1954 году американцы использовали его для облицовки миксера, содержащего это соединение. Опыт оказался удачным и с тех пор титан официально признан наилучшим материалом для работы в среде диоксида хлора. Это и многое другое сделало новый промышленный металл ценным материалом для целлюлозно-бумажной промышленности.
Титановое оборудование широко внедряется в отечественную целлюлозно-бумажную промышленность. Оно с успехом используется на Братском и Сыктывкарском лесопромышленных комплексах. Советском и Котласском целлюлозно-бумажных комбинатах, Байкальском целлюлозном заводе и некоторых других предприятиях.
Институтом ЦНИИ- буммаш спроектированы отбельные установки для массового применения на предприятиях отрасли. Они состоят из отбельных башен, баков, смесителей, мерников, трубопроводов и запорной арматуры. Все оборудование делается из титана. Заводы уже приступили к выпуску таких установок.
Титан оказывается незаменимым для бумажников, выручая их, давая значительный технико-экономический эффект.
В цехе белильных растворов Сыктывкарского лесопромышленного комплекса стальные трубопроводы требовали полной замены через каждую неделю. Срок службы титановых трубопроводов настолько превосходит срок службы стальных, что при этом не только окупается стоимость более дорогого материала, но и ежегодно предприятие получает 120 тысяч рублей прибыли! Каждая титановая воздуходувка, работающая в том же цехе взамен агрегатов из нержавеющей стали, выходивших из строя каждые 2 недели, экономит предприятию около двух с половиной тысяч рублей.
Титан применяют в контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуре трех линий производства сульфатной целлюлозы, где технологические процессы полностью автоматизированы. Металл используют для изготовления чехлов, защищающих датчики приборов, которые работают в агрессивных средах. Винипласт защищал их на протяжении всего лишь 15 дней, титан служит около 7 лет и благодаря столь продолжительному сроку работы дает существенную экономию. Семь титановых чехлов, которыми прикрывают датчики приборов на братском ЛПК, дают предприятию 20 тысяч рублей годовой экономии. Всего же от применения титана лесопромышленный комплекс ежегодно получает более 150 тысяч рублей прибыли.
Коррозионностойкий металл оказывается весьма кстати также в гидролизной и лесохимической промышленности, где он хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для изготовления аппаратуры в производстве уксусной кислоты, этилацетата и других очень едких веществ.
Зарубежные фирмы применяют титановые теплообменники, вентиляторы, насосы, запорную арматуру. В Швеции пластинчатые титановые теплообменники работают в растворах хлоридов, хлоратов, а также в жидкостях, содержащих активный хлор. В США аппаратуру из титана внедряют в цехах варки целлюлозы, где техника, изготовления из нержавеющей стали полностью выходит из строя через два года работы и ее необходимо заменять. Замена же только одного промывного аппарата обходится в 80 тысяч долларов. Титановое оборудование используют в целлюлозно-бумажной промышленности Японии, Англии, ЧССР, Финляндии.
Разработчики аппаратуры целлюлозно-бумажного производства утверждают, что опыт эксплуатации титанового оборудования показал неоспоримое преимущество этого металла перед другими конструкционными и коррозионностойкими материалами. Остается только добавить, что с каждым годом, даже месяцем, все больше титана применяется для производства бумаги и в том, что ее дефицит будет все же преодолен, что страна получит в избытке не только материал для печатания книг и газет, но картон, бумагу для технических целей и для расфасовки пищевых продуктов, большое количество бумажно-беловых товаров, немалая заслуга будет принадлежать и металлу, носящему имя титан.
САМАЯ ЭФФЕКТИВНАЯ ОБЛАСТЬ
Редкое предприятие, выпускающее автомобили, различные приборы, электротехническое оборудование и другие виды продукции, не имеют гальванических цехов или участков. Гальванический метод — наиболее распространенный способ нанесения металлических покрытий на изделия. Покрытия наносят для защиты от коррозии, для повышения твердости, долговечности, электропроводности поверхности, улучшения ее внешнего вида.
Основные материалы, которые используют для оборудования гальванотехники, — обычная и нержавеющая сталь. Обычную сталь для защиты от коррозии покрывают слоем винипласта, полиэтилена и других пластических масс, отличающихся неплохой коррозионной стойкостью.
Но при повышенной температуре листы, к примеру, винипласта вследствие значительного теплового расширения растрескиваются, целостность покрытия нарушается и сталь, из которой изготовлена гальваническая ванна, сделавшись беззащитной, начинает разрушаться в агрессивном растворе, тем самым загрязняя его. А ведь даже совсем незначительное количество загрязнений в электролитическом растворе ухудшает качество гальванических покрытий. Кроме того, начавшееся разрушение ванны неизбежно приводит к тому, что она выходит из строя.
Такие ванны обычно используют для никелирования, цинкования, меднения и ряда других процессов. Для травления стальных изделий применяют оборудование, покрытое резиной или свинцом. Но и эта защита также оказывается неэффективной. Резина быстро стареет, на ней образуются трещины, свинец не обладает достаточной механической прочностью^ легко повреждается. В обоих случаях целостность защитного покрытия опять-таки нарушается.
Проблема защиты гальванического оборудования от коррозии важна и злободневна. Она решается в том случае, когда для изготовления оборудования широко используются титановые сплавы, устойчивые почти во всех электролитических растворах, за исключением содержащих фтористые кислоты или ионы фтора. Стойкость титана в растворах с повышенным содержанием соляной и серной кислот увеличивается путем небольших добавок в электролит азотной кислоты или ее солей.
Титановое оборудование эффективно как в подготовительных гальванических процессах, когда изделия подвергают электрополированию, обезжириванию, травлению, так и непосредственно в процессах нанесения тонких слоев хрома, никеля, меди, цинка, кадмия.
Когда ванны для хромирования изготовляют не из стали, защищенной свинцом или винипластом, а из титана, они служат в 5—7 раз дольше. Благодаря высокой стойкости титана против коррозии толщину стенок уменьшают вдвое, что делает стоимость ванны из нового промышленного металла примерно равной стоимости с винипластовым защитным покрытием. Но поскольку срок службы титановой ванны гораздо продолжительнее, это приносит ощутимый экономический эффект.
Так, например, внедрение трех титановых ванн на Мелитопольском моторостроительном заводе дало предприятию несколько тысяч рублей годовой экономии. Аналогичные ванны с успехом эксплуатируются и на двух запорожских заводах — на автомобильном заводе "Коммунар” и предприятии, выпускающем измерительные приборы.
Для нанесения покрытий используются так называемые растворимые аноды, состоящие из металла, который после электрохимического перемещения в электролите осаждается на изделии. При обычном завершении часть анодов не используется, а попадает в отходы. Из титана изготовляют анодные корзины, куда и помещают растворимые аноды. Находясь в погружаемой в электролит корзине, аноды полностью растворяются, тогда как сама корзина отличается завидной стойкостью и практически не загрязняет электролитический раствор.
Анодные корзины из титана используют при блестящем никелировании, меднении, латунировании, что повышает производительность установок, увеличивает эффективную площадь анода. При добавлении металла в корзины раствор из ванны не выпускают.
Годовой экономический эффект от внедрения титановых корзин в цехе металлопокрытий запорожского автомобильного завода ”Коммунар” превышает 22 тысячи рублей. Использование таких же корзин на Мелитопольском моторном заводе при никелировании деталей силовых агрегатов дает около 20 тысяч рублей годовой экономии на каждую тонну применяемого титана. Сократились также трудовые затраты на обслуживание анодов, прекращено использование медных крюков для завешивания анодных материалов.
Подобные анодные контейнеры широко используют и за рубежом. В ФРГ их применяют в процессах никелирования и меднения. В США они внедрены на автомобильных заводах Форда, что снизило эксплуатационные расходы по уходу за анодами и увеличило продолжительность работы установок на 4 часа в сутки.
При анодировании деталей из алюминиевых сплавов и в некоторых других процессах применяют титановые рамы и подвески. Обычные рамы, изготовленные из алюминия, служат месяц, максимум полтора. Титановые рамы эксплуатируются долгие годы.
Подвески из титана используют в нашей стране и за рубежом — на предприятиях Англии, ФРГ. При электрополировании алюминия требуется подвесок, изготовленных из этого же металла, более 800 штук в год, тогда как титановых — всего 15.
Чтобы получить высококачественный слой металлического покрытия, необходимо поддерживать определенную температуру электролитического раствора, для чего и используют в гальванотехнике нагреватели и змеевики. Но обычные змеевики и нагреватели, сделанные из нержавеющей стали, свинца или из углеродистой стали, покрытой свинцом, выходят из строя через несколько месяцев. Применение же титана для теплообменной аппаратуры намного увеличивает срок ее службы.
Расчеты экономической эффективности, проведенные в Институте титана, показали, что гальванотехника — область, где внедрение нового коррозионностойкого металла наиболее выгодно, наиболее целесообразно. При использовании тонны титана для изготовления приспособлений и оборудования гальванотехники ежегодно экономится до 35—40 тысяч рублей, иначе говоря, каждый килограмм титана сберегает государству 35—40 рублей.
БИЧ МЕТАЛЛОВ
В мире нет ничего вечного — эту нехитрую истину все знают давно. То, что кажется навеки незыблемым — горы, гранитные глыбы, целые материки, — со временем разрушаются, рассыпаются в пыль, уходят под воду, проваливаются в глубины. Исчезают целые культуры, народы и государства, уступая место другим, которых неизбежно постигает все та же участь. Но, разумеется, происходит все это не на наших глазах и даже не в течение многих человеческих поколений. Происходит все это медленно, постепенно.
В то же время ничто не разрушается так быстро, как известные нам металлы — чугун, железо, сталь. Разрушает их коррозия — неумолимый бич любых твердых тел, а металлов в особенности. Коррозия неизбежно возникает при наличии электрохимических и просто химических процессов на поверхности вещества как следствие его взаимодействия с окружающей средой. И ее результаты сказываются самым печальным образом.
По всей поверхности земного шара разбросаны металлургические заводы, круглые сутки дымят домны, мартены, конвертеры, выплавляя главнейший металл современной цивилизации — железо в различных его модификациях. Мировая выплавка стали уже приближается к миллиарду тонн в год. Но, условно говоря, каждый десятый завод работает впустую — его продукцию поглощает вечно голодное чудовище — коррозия, ржавчина.
Да, именно так и обстоит дело, ведь ежегодно каждая десятая тонна выплавленного металла уничтожается коррозией. Но это также значит, что из всего произведенного сейчас железа через десять лет ничего не останется . . . Лишь только благодаря тому, что металлургические заводы продолжают выплавлять металл, мы постоянно располагаем им.
Но мало того, что металлы разрушаются просто под открытым небом, в воде или под землей. Современная технология, основанная на использовании крайне агрессивных веществ, высоких температур и давлений, еще более ускоряет этот процесс, разрушая не только черные, но и более дорогие цветные металлы.
Прямые убытки от коррозии достигают астрономических величин. Только в США они ежегодно составляют 5,5 миллиарда долларов. Но гораздо больший ущерб наносят косвенные потери, возникающие вследствие коррозионного повреждения оборудования. К ним относятся простои в связи с ремонтом, потери продукта в результате утечки, снижение производительности в результате засорения аппаратуры и понижения интенсивности процессов.
Кроме того, загрязняются готовые продукты и полупродукты, а это резко ухудшает их качество. Иногда конструкторы намеренно завышают при проектировании сечение деталей, толщину стенок и т.д., предусматривая ненасытный "аппетит” коррозии. Поэтому при прокладке трубопровода, например, получается так, что в землю зарывают ”лишние” тысячи тонн стали, предназначенные ”на съедение” коррозии. Точно таким же образом поступают и при проектировании оборудования, применяющегося в химической индустрии.
Существует множество видов и типов коррозии металлов — в зависимости от того, с какими именно веществами контактирует металл и каким образом распределяются коррозионные поражения на его поверхности. Коррозия бывает как равномерной, так и местной — гораздо более опасной, когда очаги поражения занимают небольшую площадь, но проникают вглубь, серьезно разрушая изделие. Местная коррозия бывает язвенной, точечной, межкристаллитной.
Нетрудно догадаться, что язвенной и точечной коррозия называется в том случае, когда поверхность металла обезображена язвами и точками — будто бы материал Переболел” оспой. При межкристаллитной коррозии нарушаются границы между кристаллами металла. Процесс этот глубинный и потому очень коварный, так как снаружи почти незаметно, что материал пришел в негодность, утратил прочность.
Разрушаются все металлы без исключения, одни — быстро, другие — медленно. Титан относится к числу последних, и эта его особенность чрезвычайно важна для современной техники. Следует подчеркнуть, что даже в тех случаях, когда титан поддается коррозии, она, как правило, всегда равномерно ”съедает” его, тогда как железо, сталь, нержавеющие и алюминиевые сплавы часто подвергаются местным и межкристаллитным разрушениям. Титан же межкристаллитной коррозии практически не подвергается никогда.
Если обычный металл изогнуть, изменить его первоначальную форму, он будет поддаваться коррозии в значительно большей степени, чем в спокойном состоянии. ”Коррозия под напряжением” — так называется этот вид более быстрого разрушения. Что касается титана, то он очень успешно сопротивляется и такому врагу. Вот почему титану находится много работы на заводах и фабриках где, заслоняя собой менее стойкие материалы, он упорно сражается с ”бичом металлов” — коррозией.
В ЦЕХАХ ХИМИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ
Титановые сплавы стойки в сотнях агрессивных сред химической нефтехимической промышленности и успешно соперничают со сплавами на основе никеля, высоколегированными и нержавеющими сталями, с редкими и драгоценными металлами — ниобием, танталом, платиной, заменяют медь, свинец, олово, пластмассы. Новый конструкционный материал фактически уже вытеснил стекло из охладителей хлора, графит из охладителей рассола, чугун из перегонных кубов в производстве кальцинированной соды.
В ряде производств титан — единственный стойкий против коррозии материал. Он стоек во влажном хлоре, в водных соединениях хлора, в агрессивных средах производства ацетальдегида и гербицидов — там, где другие распространенные
материалы терпят полнейшее фиаско. В хлорной промышленности и нашел титан наиболее широкое применение.
Оборудование из титана используется при получении хлора диафрагменным методом в ваннах с ртутным катодом. Применяют титановые фильтры и подогреватели, коллекторы, емкости, реакторы, теплообменники. Титановые теплообменники позволяют намного упростить схему охлаждения и осушки газообразного хлора, снизить его потери и уменьшить загрязнение сточных вод. Благодаря использованию четырех титановых теплообменников на одном из хлорных заводов удалось избавиться от 30 ранее применявшихся аппаратов из углеродистого материала, гораздо менее стойкого. В результате на этом заводе ежегодно экономится 280 тысяч рублей.
В результате широкого научно обоснованного внедрения титановых сплавов в производство технологического оборудования Калушского производственного объединения ”Хлор- винил” (Ивано-Франковская область) только в период с 1968 по 1975 год получена экономия более 30 миллионов рублей. Наиболее отличившиеся участники этой работы удостоены в 1976 году званий лауреатов Государственной премии УССР в области науки и техники.
На химических предприятиях широко используется так называемая запорная и регулирующая арматура: различные вентили, краны, задвижки. Простейший вид арматуры — всем нам прекрасно известный водопроводный кран, которым мы регулируем движение воды, то открывая ей дорогу, то запирая ее в трубе. Химики же регулируют движение промышленных жидкостей и газов, и краны, применяемые ими, нередко достигают огромных размеров, так как и трубопроводы тоже достаточно велики.
Арматура из титана работает в 5—10 раз дольше, чем обычная. Благодаря ее применению удается автоматизировать технологические процессы, упростить монтаж и разборку, поскольку она намного компактнее и легче. Большое распространение получает литая арматура: она гораздо дешевле и, кроме того, обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, чем аппаратура, изготовленная из отштампованных, а затем сваренных деталей. Так же эффективно и целесообразно использование трубопроводов из титана.
Трубы из титана превосходно зарекомендовали себя в качестве материала для теплообменных аппаратов. Змеевик из титана в некоторых средах служит 10 лет и более, свинцовый же — только 10 месяцев. Кроме того, титановый змеевик почти в 20 раз легче и занимает в помещении в 10 разменьшую площадь. Следовательно, намного упрощаются установка и обслуживание. Что же касается его стоимости, то она ненамного превышает стоимость свинцового змеевика. Титановый стоит 2,5 тысячи рублей, свинцовый—1,5 тысячи при длительности службы, в десять раз меньшей.
На поверхности титановых труб при смачивании их жидкостями образуется не сплошная пленка влаги, как у других металлов, а только отдельные капли, которые легко удаляются.
Все это облегчает очистку теплообменников от осадка, так как трубы не зарастают отложениями солей. Отсутствие инкрустации солями повышает теплоотдачу, а тем самым — и производительность аппаратов. Высокий коэффициент теплопередачи сохраняется на протяжении всего срока их эксплуатации.
Чем тоньше стенки теплообменника, тем лучше, так как это значительно усиливает передачу тепла. В то же время тонкие стенки коррозия разрушает скорее. Из титана же можно изготовлять тонкостенные теплообменники, не опасаясь что они в скором времени выйдут из строя. Поэтому по сравнению с обычными материалами толщина стенок труб титанового теплообменника значительно меньше и при обычном режиме работы не превышает одного миллиметра. Если же теплообменник предназначен для работы при высоких температурах, стенки делают чуть потолще — 1,5 миллиметра.
Новый промышленный металл хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для изготовления оборудования производства солей, кислот и удобрений, продуктов органического синтеза.
Внедрение титановых реакторов взамен стальных при производстве капролактама на Руставском химическом комбинате намного улучшило технологические показатели, увеличило выход продуктов, снизило расход сырья. На том же химкомбинате введена в действие реакционная колонна из титана, производительность которой в полтора раза выше ранее применявшейся стальной. Так как титан — металл коррозионностойкий, то колонна будет служить безотказно, в результате чего эксплуатационные расходы будут сведены к минимуму, а ежегодная экономия составит более 100 тысяч рублей. Когда же будет внедрено все запланированное оборудование из титана, Руставский комбинат сможет экономить более миллиона рублей в год.
Большое развитие в наши дни получило производство пластмасс, синтетических волокон и спиртов, каучука и других полимерных материалов. Их получают, используя концентрированные растворы кислот, соединения хлора. Процессы идут при высоких температурах, что еще больше усиливает коррозию технологического оборудования. Вот здесь и оказываются незаменимыми титановые сплавы с повышенной коррозионной стойкостью, легированные палладием, молибденом, танталом.
Заводы химического машиностроения в Сумах, Бердичеве, Свердловске, Пензе, Запорожье, в Узбекистане и Подмосковье освоили серийный выпуск титановых аппаратов, насосов, запорной арматуры. В СССР производит химическую аппаратуру из титана Сумское машиностроительное объединение имени Фрунзе, награжденное орденами Ленина и Октябрьской Революции, а также орденом Народной Республики Болгарии ”3а социалистический труд”.
Аппаратуру из титана завод начал изготовлять в 1960 году. За время, прошедшее с той поры, специалисты предприятия накопили большой опыт работы с новым конструкционным материалом, освоили выпуск самой сложной и ответственной аппаратуры. Объединение имени Фрунзе — предприятие высокой культуры, передовой технологии. Участки сварки титанового оборудования оснащены по самому последнему слову техники, обслуживающий персонал работает в белых халатах, в помещениях поддерживается образцовая чистота.
Отечественной промышленностью освоено изготовление титановых емкостей, имеющих объемы от нескольких кубических метров до 160, гидролизных аппаратов и реакторов объемом до 50 кубических метров, аппаратов с перемешивающими устройствами, теплообменников, автоматических центрифуг, различных фильтров, технологических трубопроводов и множества других видов аппаратуры, оборудования, машин. Выпуск их с каждым годом все возрастает. Но при изготовлении конструкций и деталей из титана 60—80 процентов металла идет в стружку. Сэкономить дорогостоящий металл позволит новая технология, разработанная в Запорожском машиностроительном институте. Ученые объединили прогрессивные методы порошковой металлургии и обработки металлов давлением: прессование, спекание, горячую штамповку. Новый способ позволяет повысить коэффициент использования металла до 80—90 процентов.
СОЮЗНИК МЕТАЛЛУРГОВ
Когда слышишь или читаешь слова "металлургия”, Металлург”, представляешь себе пышущие жаром печи, раскаленный поток металла, видишь ревущее пламя. Но металлургия бывает и совершенно другой.
Нередко руды обрабатывают растворами кислот, в результате чего металл в виде солей переходит из сырья в раствор. Нерастворимый осадок состоит из пустой породы и при фильтрации легко отделяется от растворенных солей, из которых затем уже осаждают металл. Водные растворы соединений металлов можно подвергать электролизу и тогда на катоде наращивается слой требуемого металла. При этих и некоторых других процессах широко пользуются также методами отстаивания, выпаривания, экстракции, ионного обмена, при которых разбавленные кислоты становятся более концентрированными и интенсивно действуют на материалы технологического оборудования.
Металлургические процессы, основанные на использовании жидкостей, называются гидрометаллургическими — от греческого слова, обозначающего воду. Гораздо более привычные для нас методы, при которых требуются высокие температуры, нагрев, пламя, называют пирометаллургическими — от другого греческого слова, обозначающего огонь. Так вот, при проведении целого ряда гидрометаллургических процессов крайне необходим такой коррозионностойкий, надежный и долговечный металл, как титан.
Поэтому его и используют на многих переделах производства цветных металлов. На одних — больше, на других — меньше, но уровень его применения постоянно возрастает, и ныне цветная металлургия — крупнейший потребитель титана среди всех отраслей народного хозяйства страны.
Первыми стали широко применять титановое оборудование предприятия никель-кобальтовой промышленности, что позволило экономить многие миллионы рублей, давать высококачественную продукцию. Благодаря разработке и освоению целого комплекса надежных технологических аппаратов из титана на комбинате ”Се- вероникель” впервые в практике производства цветных металлов удалось осуществить комплексную автоматизацию технологических процессов.
Никель-кобальтовые предприятия используют фильтровальное оборудование, экстракторы, выпарные аппараты, вентиляторы, автоклавы, теплообменники, хлорные эжекторы — всего более 200 наименований изделий, изготовляемых из титана. Это дает ощутимый технико-экономический эффект.
Титановые матрицы для осаждения никеля в 3 раза легче и в 15 раз долговечнее стальных. Благодаря их использованию в 10 раз снизился процент брака. В результате замены насосов из кислотоупорного литья титановыми ежегодная экономия на комбинате ”Североникель” составляет более 700 тысяч рублей.
Используемые при производстве титана и магния титановые насосы дают условно годовой эффект по каждому агрегату от 900 до 1800 рублей. Срок их службы при перекачке растворов хлористых солей, натрия, калия, магния, слабой соляной кислоты в 15—20 раз выше, чем чугунных или изготовленных из кислотоупорных сталей. Потери жидкости снижаются в 2,5 раза.
Наиболее эффективным оказалось оборудование из нового промышленного металла на переделах хлорирования титановых шлаков и при улавливании пыли и газов. Под воздействием ионов хлора как углеродистая, так и нержавеющая сталь интенсивно разрушается, подвергаясь язвенной и точечной коррозии. Титановые сплавы несравненно более стойки, и оборудование, изготовленное из них, служит гораздо дольше. Титановые емкости в цехах хлорирования работают по 3—4 года, тогда как стальные выходят из строя уже через 2 месяца.
При отсасывании отходящих газов титано-магниевого производства титановые вентиляторы эксплуатируются 5 лет, стальные — не более 1—2 месяцев, срок службы газоходов из титана в 20—30 раз превышает срок службы стальных!
В 1969 году на Березниковском титано-магниевом комбинате была пущена 120-метровая вытяжная труба. Труба как труба — для выброса производственных газов, — внешне ничего особенного собой не представляет. И мало ли заводских труб! Но березниковская была особенной: впервые в мировой практике она была изготовлена из титана. Ныне она уже не единственная в мире: точно такая же труба возведена и на Запорожском титано-магниевом комбинате. Планируется построить еще несколько титановых труб на различных металлургических заводах страны.
Успешно используют титан в титановой промышленности и за рубежом. Американская фирма ТМКА сообщает, что титановый агрегат для выщелачивания магния и хлористого магния из титановой губки (в США губку очищают не нагреванием в вакууме, а промыванием "царской водкой”) заменил более десятка прежних малопроизводительных аппаратов и приносит ежегодный доход в 370 тысяч долларов.
При получении магниевых сплавов используют стойкие в расплавленном магнии титановые мешалки и тигли. Из титана изготовляют также лопасти перемешивающих устройств на известковых газоочистках.
Титан оказался наиболее подходящим материалом для изготовления матриц, применяемых при электролитическом осаждении меди. Внедрение титановых матриц на ряде предприятий страны намного облегчило труд рабочих-сдирщиков, на 30 процентов повысилась производительность труда. Срок службы матриц увеличился в 3 раза. С титанового барабан- катода снимают гораздо более высококачественную медную фольгу, тогда как при использовании катода из нержавеющей стали процент брака велик, фольга получается щерохо- ватой.
Весьма эффективными являются титановые приспособления для очистки и подачи отходящих газов агломашин, плавильных и обжиговых печей в производстве свинца и цинка, а также детали реакторов, змеевиков и многого другого оборудования из нового промышленного металла. Титан находит применение при производстве вольфрама и молибдена, сурьмы, ртути, циркония, редкоземельных и драгоценных металлов.
При обработке цветных металлов используют титановые травильные ванны, детали очистных сооружений, установок переработки раствора, емкости, что намного повышает срок службы оборудования. На одном из уральских заводов из титана изготовляют клещи, которыми захватывают горячие прокатываемые и прессуемые металлические заготовки. Масса ручного инструмента уменьшилась вдвое.
Вспомогательное оборудование из титана используют на некоторых предприятиях черной металлургии нашей страны, Благодаря высокой коррозионной стойкости в сернистых газах новый конструкционный материал обеспечивает надежную работу электрофильтров, применяемых в коксохимическом и ферросплавном производствах, повышает долговечность газоочистных сооружений доменных, мартеновских, конвертерных и агломерационных цехов.
Более 15 лет работают на Запорожском коксохимическом заводе титановые нутч-фильтры, растворители, кристаллизаторы, трубопроводы и другое оборудование участка роданистого натрия. Кроме того, благодаря их применению удалось избежать в конечном продукте примесей железа, тяжелых металлов, которые по техническим условиям недопустимы и от которых прежде невозможно было избавиться.
Испытания, проведенные на заводе ”Запорожсталь” Институтом титана, показали, что, если использовать для слива отработанных травильных растворов трубопроводы из нового металла, их срок службы будет измеряться десятками лет. Ныне существующие звенья, изготовленные из углеродистой стали и защищенные резиной, служат полтора, максимум три месяца. Вот потому предприятие приобрело полкилометра титановых труб для замены ими стальных.
Очень перспективно облицовывать титаном ванны, используемые на многих металлургических, сталепроволочно-канатных, метизных заводах для травления заготовок в кислотах с целью удаления окалины с поверхности. Поскольку травильные растворы загрязнены частицами железа и его соединений, а также содержат специальные солевые добавки (что способствует замедлению коррозии), стойкость титана в них намного выше, чем в обычных растворах кислот — без добавок и примесей, благодаря чему титановые травильные ванны служат десятки лет, тогда как обычные выходят из строя гораздо раньше.
ЧТОБ СТАЛО БОЛЬШЕ БУМАГИ
Наша страна — самая читающая в мире. Миллионными тиражами печатаются газеты и журналы, больше, чем в любом другом государстве, издается книг. И тем не менее далеко не всегда удается приобрести нужную литературу, выписать то или иное издание. . . Одна из основных причин такого положения — недостаток бумаги.
Чтобы обеспечить страну бумагой, делается многое: строятся новые целлюлозно-бумажные комбинаты и лесопромышленные комплексы, переоборудуются существующие. Предприятия оснащаются новым высокопроизводительным оборудованием. Однако при производстве бумаги очень остро стоит проблема коррозионной защиты,и от ее решения в немалой степени зависит успешное развитие отрасли.
Для получения целлюлозы используют чрезвычайно агрессивные вещества — в технологических процессах варки целлюлозы, получения варочной кислоты, при отбеливании целлюлозной массы. Особенно агрессивен диоксид хлора, которым отбеливают целлюлозу. Отказьюаться от диоксида хлора нецелесообразно: благодаря ему удается намного улучшить качество продукции, интенсифицировать производственные процессы. Метод отбеливания целлюлозы диоксидом хлора получает поэтому все большее распространение, но стремительное разрушение оборудования при его применении приносит значительные убытки.
Фирма ”Крусибл стал корпорейшн оф Америка” приводит данные о том, что простой одной отбельной линии в течение только одних суток причиняет ущерб в 10 тысяч долларов.
Вот почему химики и бумажники обратили самое серьезное внимание на стойкость титана в соединениях хлора. Именно как материал, устойчивый в диоксиде хлора, титан был применен впервые в невоенных отраслях промышленности. Так, в 1954 году американцы использовали его для облицовки миксера, содержащего это соединение. Опыт оказался удачным и с тех пор титан официально признан наилучшим материалом для работы в среде диоксида хлора. Это и многое другое сделало новый промышленный металл ценным материалом для целлюлозно-бумажной промышленности.
Титановое оборудование широко внедряется в отечественную целлюлозно-бумажную промышленность. Оно с успехом используется на Братском и Сыктывкарском лесопромышленных комплексах. Советском и Котласском целлюлозно-бумажных комбинатах, Байкальском целлюлозном заводе и некоторых других предприятиях.
Институтом ЦНИИ- буммаш спроектированы отбельные установки для массового применения на предприятиях отрасли. Они состоят из отбельных башен, баков, смесителей, мерников, трубопроводов и запорной арматуры. Все оборудование делается из титана. Заводы уже приступили к выпуску таких установок.
Титан оказывается незаменимым для бумажников, выручая их, давая значительный технико-экономический эффект.
В цехе белильных растворов Сыктывкарского лесопромышленного комплекса стальные трубопроводы требовали полной замены через каждую неделю. Срок службы титановых трубопроводов настолько превосходит срок службы стальных, что при этом не только окупается стоимость более дорогого материала, но и ежегодно предприятие получает 120 тысяч рублей прибыли! Каждая титановая воздуходувка, работающая в том же цехе взамен агрегатов из нержавеющей стали, выходивших из строя каждые 2 недели, экономит предприятию около двух с половиной тысяч рублей.
Титан применяют в контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуре трех линий производства сульфатной целлюлозы, где технологические процессы полностью автоматизированы. Металл используют для изготовления чехлов, защищающих датчики приборов, которые работают в агрессивных средах. Винипласт защищал их на протяжении всего лишь 15 дней, титан служит около 7 лет и благодаря столь продолжительному сроку работы дает существенную экономию. Семь титановых чехлов, которыми прикрывают датчики приборов на братском ЛПК, дают предприятию 20 тысяч рублей годовой экономии. Всего же от применения титана лесопромышленный комплекс ежегодно получает более 150 тысяч рублей прибыли.
Коррозионностойкий металл оказывается весьма кстати также в гидролизной и лесохимической промышленности, где он хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для изготовления аппаратуры в производстве уксусной кислоты, этилацетата и других очень едких веществ.
Зарубежные фирмы применяют титановые теплообменники, вентиляторы, насосы, запорную арматуру. В Швеции пластинчатые титановые теплообменники работают в растворах хлоридов, хлоратов, а также в жидкостях, содержащих активный хлор. В США аппаратуру из титана внедряют в цехах варки целлюлозы, где техника, изготовления из нержавеющей стали полностью выходит из строя через два года работы и ее необходимо заменять. Замена же только одного промывного аппарата обходится в 80 тысяч долларов. Титановое оборудование используют в целлюлозно-бумажной промышленности Японии, Англии, ЧССР, Финляндии.
Разработчики аппаратуры целлюлозно-бумажного производства утверждают, что опыт эксплуатации титанового оборудования показал неоспоримое преимущество этого металла перед другими конструкционными и коррозионностойкими материалами. Остается только добавить, что с каждым годом, даже месяцем, все больше титана применяется для производства бумаги и в том, что ее дефицит будет все же преодолен, что страна получит в избытке не только материал для печатания книг и газет, но картон, бумагу для технических целей и для расфасовки пищевых продуктов, большое количество бумажно-беловых товаров, немалая заслуга будет принадлежать и металлу, носящему имя титан.
САМАЯ ЭФФЕКТИВНАЯ ОБЛАСТЬ
Редкое предприятие, выпускающее автомобили, различные приборы, электротехническое оборудование и другие виды продукции, не имеют гальванических цехов или участков. Гальванический метод — наиболее распространенный способ нанесения металлических покрытий на изделия. Покрытия наносят для защиты от коррозии, для повышения твердости, долговечности, электропроводности поверхности, улучшения ее внешнего вида.
Основные материалы, которые используют для оборудования гальванотехники, — обычная и нержавеющая сталь. Обычную сталь для защиты от коррозии покрывают слоем винипласта, полиэтилена и других пластических масс, отличающихся неплохой коррозионной стойкостью.
Но при повышенной температуре листы, к примеру, винипласта вследствие значительного теплового расширения растрескиваются, целостность покрытия нарушается и сталь, из которой изготовлена гальваническая ванна, сделавшись беззащитной, начинает разрушаться в агрессивном растворе, тем самым загрязняя его. А ведь даже совсем незначительное количество загрязнений в электролитическом растворе ухудшает качество гальванических покрытий. Кроме того, начавшееся разрушение ванны неизбежно приводит к тому, что она выходит из строя.
Такие ванны обычно используют для никелирования, цинкования, меднения и ряда других процессов. Для травления стальных изделий применяют оборудование, покрытое резиной или свинцом. Но и эта защита также оказывается неэффективной. Резина быстро стареет, на ней образуются трещины, свинец не обладает достаточной механической прочностью^ легко повреждается. В обоих случаях целостность защитного покрытия опять-таки нарушается.
Проблема защиты гальванического оборудования от коррозии важна и злободневна. Она решается в том случае, когда для изготовления оборудования широко используются титановые сплавы, устойчивые почти во всех электролитических растворах, за исключением содержащих фтористые кислоты или ионы фтора. Стойкость титана в растворах с повышенным содержанием соляной и серной кислот увеличивается путем небольших добавок в электролит азотной кислоты или ее солей.
Титановое оборудование эффективно как в подготовительных гальванических процессах, когда изделия подвергают электрополированию, обезжириванию, травлению, так и непосредственно в процессах нанесения тонких слоев хрома, никеля, меди, цинка, кадмия.
Когда ванны для хромирования изготовляют не из стали, защищенной свинцом или винипластом, а из титана, они служат в 5—7 раз дольше. Благодаря высокой стойкости титана против коррозии толщину стенок уменьшают вдвое, что делает стоимость ванны из нового промышленного металла примерно равной стоимости с винипластовым защитным покрытием. Но поскольку срок службы титановой ванны гораздо продолжительнее, это приносит ощутимый экономический эффект.
Так, например, внедрение трех титановых ванн на Мелитопольском моторостроительном заводе дало предприятию несколько тысяч рублей годовой экономии. Аналогичные ванны с успехом эксплуатируются и на двух запорожских заводах — на автомобильном заводе "Коммунар” и предприятии, выпускающем измерительные приборы.
Для нанесения покрытий используются так называемые растворимые аноды, состоящие из металла, который после электрохимического перемещения в электролите осаждается на изделии. При обычном завершении часть анодов не используется, а попадает в отходы. Из титана изготовляют анодные корзины, куда и помещают растворимые аноды. Находясь в погружаемой в электролит корзине, аноды полностью растворяются, тогда как сама корзина отличается завидной стойкостью и практически не загрязняет электролитический раствор.
Анодные корзины из титана используют при блестящем никелировании, меднении, латунировании, что повышает производительность установок, увеличивает эффективную площадь анода. При добавлении металла в корзины раствор из ванны не выпускают.
Годовой экономический эффект от внедрения титановых корзин в цехе металлопокрытий запорожского автомобильного завода ”Коммунар” превышает 22 тысячи рублей. Использование таких же корзин на Мелитопольском моторном заводе при никелировании деталей силовых агрегатов дает около 20 тысяч рублей годовой экономии на каждую тонну применяемого титана. Сократились также трудовые затраты на обслуживание анодов, прекращено использование медных крюков для завешивания анодных материалов.
Подобные анодные контейнеры широко используют и за рубежом. В ФРГ их применяют в процессах никелирования и меднения. В США они внедрены на автомобильных заводах Форда, что снизило эксплуатационные расходы по уходу за анодами и увеличило продолжительность работы установок на 4 часа в сутки.
При анодировании деталей из алюминиевых сплавов и в некоторых других процессах применяют титановые рамы и подвески. Обычные рамы, изготовленные из алюминия, служат месяц, максимум полтора. Титановые рамы эксплуатируются долгие годы.
Подвески из титана используют в нашей стране и за рубежом — на предприятиях Англии, ФРГ. При электрополировании алюминия требуется подвесок, изготовленных из этого же металла, более 800 штук в год, тогда как титановых — всего 15.
Чтобы получить высококачественный слой металлического покрытия, необходимо поддерживать определенную температуру электролитического раствора, для чего и используют в гальванотехнике нагреватели и змеевики. Но обычные змеевики и нагреватели, сделанные из нержавеющей стали, свинца или из углеродистой стали, покрытой свинцом, выходят из строя через несколько месяцев. Применение же титана для теплообменной аппаратуры намного увеличивает срок ее службы.
Расчеты экономической эффективности, проведенные в Институте титана, показали, что гальванотехника — область, где внедрение нового коррозионностойкого металла наиболее выгодно, наиболее целесообразно. При использовании тонны титана для изготовления приспособлений и оборудования гальванотехники ежегодно экономится до 35—40 тысяч рублей, иначе говоря, каждый килограмм титана сберегает государству 35—40 рублей.
Глава 2. ВОЗМОЖНОСТИ НЕИСЧЕРПАЕМЫ
В ИНДУСТРИИ ПИТАНИЯ
В нашей стране большое внимание уделяется увеличению выпуска товаров народного потребления и улучшению их качества. Важная отрасль нашего народного хозяйства — пищевая промышленность, на долю которой приходится более половины всех потребительских товаров.
Пищевая индустрия — разветвленное и многоотраслевое хозяйство, в котором производится пятая часть общего объема всей промышленной продукции страны. Пищевая индустрия — промышленность, с конечными продуктами которой мы все хорошо знакомы. Без многих из них не можем обойтись и дня.
Немалая часть веществ, входящих в состав пищевых продуктов, вызывает коррозию технологического оборудования, которое, как правило, изготовляется из нержавеющей стали, алюминия, латуни, бронзы, а нередко и из обычной углеродистой стали. Кроме того, в производственных помещениях пищевых предприятий пар, высокая влажность, резкие колебания температуры — почти непременные спутники технологических процессов, что в еще большей степени способствует разрушению оборудования.
Разрушение алюминиевых сплавов, оловянных покрытий при производстве кисломолочных продуктов, плавленных сыров, сгущенной сыворотки — обычное явление, причем алюминий повреждается "оспинами” точечной и язвенной коррозии. Органические кислоты и солевые растворы вызывают еще более разрушительную коррозию алюминия и обычной стали и заметно разрушают нержавеющую сталь и сплавы на никелевой основе.
Типичные среды консервного производства — растворы, содержащие кислоту с поваренной солью. Более трехсот марок сплавов оказались нестойкими. Коррозия еще больше усиливалась, когда в растворы добавляли свежий лук и чеснок.
Коррозия всегда вредна, но в пищевых средах она вредна вдвойне, так как разрушающиеся материалы загрязняют продукты питания, понижая их качество или делая совершенно непригодными для употребления.
Но, кроме агрессивных веществ, находящихся непосредственно в пищевых продуктах и приправах к ним, на оборудование этого производства постоянно действуют различные вспомогательные вещества: моющие растворы и препараты, содержащие щелочи и кислоты, солевые растворы, растворы аммиака. Технологическое оборудование чистят и моют изо дня в день, часто даже несколько раз в течение каждой смены. Это еще в большей степени усиливает коррозионное разрушение.
Если бы металлы можно было создавать по заказу, то разработчики оборудования для пищевой промышленности дали бы заявку на материал, который, во-первых, должен обладать хорошей коррозионной стойкостью, во-вторых, не быть токсичным (то есть ядовитым, вредным для здоровья), в-третьих, не влиять на вкус, запах и цвет продуктов даже при продолжительном контакте, в-четвертых, быть прочным, надежным, сравнительно легко обрабатываться и, наконец, в-пятых, быть недорогим, доступным в достаточном количестве.
Такого материала пока нет. Нет вещества, которое бы полностью удовлетворяло перечисленным требованиям. Но ближе всех к такому идеальному материалу стоит титан. В самом деле: титановые сплавы соответствуют почти всем требованиям, предъявленным к идеальному материалу, за исключением стоимости. Но и при нынешней стоимости титан все равно целесообразно использовать в пищевой индустрии, так как здесь он в полной мере демонстрирует свои замечательные свойства, которые не только окупают все затраты, но и приносят немалую прибыль.
Титан стоек в органических кислотах, в рассолах, маринадах, острых соусах, в пищевых соках, спиртах, в различных приправах. Исследования коррозионной стойкости титановых сплавов показали, что новый промышленный материал с успехом может применяться в консервном, чайном, эфиромасличном, сахарном, мясо-молочном, кондитерском, рыбоперерабатывающем, хлебопекарном, пивоваренном, солевом и в других производствах.
На одном из отечественных цитрусовых комбинатов испытывали образцы титана на всех стадиях консервирования фруктов. После года работы на образцах не было ни малейших следов каких-либо коррозионных изменений, а фруктовые консервы за это время нисколько не утратили своих качеств. Это подтвердилось при дегустации и химическом анализе.
Вот другой пример. На консервном комбинате проводили годичное опробование титановых сплавов на стойкость в проточном десятипроцентном растворе поваренной соли. Испытания показали полное отсутствие коррозии.
Хорошие результаты испытаний нового материала способствуют успешному внедрению титана в пищевой индустрии.
Применение в пивоваренной промышленности моющих головок из титана для механизированной мойки резервуаров позволило на 15 процентов повысить производительность труда при выполнении этой тяжелой операции, которую ранее к тому же выполняли вручную, и дало свыше 200 тысяч рублей прибыли. Начато изготовление из титана головок автоматов, разливающих молоко в бутылки, дисков для резки шоколада и некоторых других приспособлений.
Систематические работы по определению возможности и экономической целесообразности применения титана в различных областях пищевой индустрии в виде определенного оборудования на протяжении ряда лет ведутся во Всесоюзном научно-исследовательском и экспериментальном институте продовольственного машиностроения, в Институте металлургии АН Грузинской ССР, Институте титана, Молдавском научно-исследовательском институте пищевой промышленности, во многих специальных конструкторских бюро.
В пищевой промышленности США титан применяют в оборудовании для приготовления рассолов, томатных паст, маринадов и других полупродуктов консервного производства. В Японии титановое оборудование широко используют в молочной промышленности, в производстве глютаминовой соли в виде колонн, теплообменников, резервуаров.
Как уже отмечалось ранее, титан обладает характерной особенностью, заключающейся в том, что к его поверхности почти не прилипают инородные вещества — металл как бы отталкивает их. Поэтому на стенках титановой аппаратуры едва-едва образуется накипь, с них легко и быстро счищаются пищевые продукты, что существенно экономит время и трудовые затраты.
Высокая коррозионная стойкость нового промышленного металла позволяет, изменяя конструкцию аппаратов, повышать общую поверхность теплообмена путем уменьшения толщины стенок труб. Так, например, на одном из отечественных производственных комбинатов в цехе винно-каменной кислоты эксплуатация экспериментального вакуум-аппарата из титана показала, что в новом аппарате процесс выпаривания ускоряется в три раза. Благодаря отсутствию накипи втрое повышается теплопередача. В обычных же аппаратах, изготовленных из нержавеющей стали, уже через несколько дней образуется накипь, которую удалить нелегко и которая в несколько раз снижает теплопередачу. Кроме того, качество продукции, полученной на экспериментальной установке, гораздо выше обычного. Экономический эффект от внедрения титанового вакуум-аппарата составляет 50 тысяч рублей в год.
В пищевом машиностроении нашли применение и высокие механические свойства нового материала. Титан позволяет увеличить производительность и долговечность расфасовочно-упаковочных автоматов, закаточных и разливочно-укупорочных машин благодаря своей высокой удельной прочности, которая необходима всем деталям, совершающим сложные движения с большой скоростью.
ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ ЛЮДЕЙ
Успехи медицины мы связываем не только с возрастающей квалификацией персонала, выпуском новых препаратов, но и с новейшей техникой, развитие которой в немалой степени определяется новыми перспективными материалами. Вполне понятно, что такой металл, как титан, не мог не обратить на себя внимание клиницистов, исследователей, разработчиков медицинской аппаратуры и инструментов. Особенно важной оказалась биологическая инертность титана.
Врачи-травматологи и ортопеды широко применяют в своей практике металлические конструкции самого различного назначения — для соединения раздробленных костей при переломах, для скелетного вытяжения, для замены частей организма. Как правило, эти конструкции изготовлены из нержавеющей стали. Сталь прочна и вроде бы надежна. Но у некоторых больных конструкции из нержавеющей стали вызывают различные осложнения: воспалительные процессы с нагноениями, боль. Кроме того, спустя непродолжительное время стальные стержни, пластины разрушаются под действием коррозии. И врачам не остается ничего другого, как извлекать поврежденную конструкцию, лишний раз травмируя больного.
Пытались использовать для этих целей тантал — металл с прекрасной коррозионной стойкостью. Но он очень тяжелый (тяжелее стали в два с лишнем раза), и дефицитный. Титан же в четыре раза легче тантала и практически не уступает ему по стойкости. Титан отличается превосходной коррозионной стойкостью при стерилизации кипячением, не разрушается в спирте, эфире, растворах сулемы, хлорамина, в желудочном соке, в других жидкостях и тканях человеческого тела. Конструкции из титана хорошо переносятся организмом, "врастая” в кости и мышцы.
Титановые пластины, шурупы, гвозди, спицы, стержни и другие приспособления для скрепления осколков костей используют врачи-травматологи Ленинграда, Запорожья, Новосибирска, Мончегорска и многих других городов.
В Москве в Центральном институте травматологии и ортопедии (ЦИТО) под руководством профессора К.М.Сиваша разрабатывают и применяют протезы суставов, восстанавливая, казалось бы, навсегда утраченную подвижность руки или ноги. Работы института известны во всем мире. Особенно удачны конструируемые и используемые в клинике института протезы тазобедренного сустава.
Искусственные суставы из стали были как будто надежны и вполне устраивали ортопедов, но на протяжении не более двух-трех лет. Стальной сустав никогда не существовал в организме более 10 лет, так как металл ”уставал” и ломался. А ведь человеку, подвергшемуся сложной операции по вращиванию металлического протеза, надо бы жить с ним десятки лет! Неужели нет металла, который не уступал бы по прочности костям и который служил человеку долгие годы?
Есть высокопрочный и чрезвычайно стойкий против коррозии сплав кобальта, молибдена и хрома—так называемый комохром. Из него изготовляют очень хорошие протезы для вживления в организм, и он полностью удовлетворял бы ортопедов, если бы не был чрезвычайно дефицитным и дорогим.
Спору нет, в медицине главное — не экономическая эффективность, а восстановление утраченного здоровья. И все же дороговизна и дефицитность протезов из комохрома препятствуют тому, чтобы всякий нуждающийся в них мог свободно получить протез.
Помимо дороговизны и малодоступности самого комохрома, изготовление протезов из этого сплава требует много времени и труда. Вполне понятно, что медики из ЦИТО старались подыскать для протезов такой материал, который по своим медико-техническим свойствам не уступал бы комохрому, но был намного дешевле и легче поддавался обработке. Их надежды оправдались, когда в качестве такого материала был избран титан с небольшими добавками алюминия и олова (титановый сплав марки ВТ5-1).
Экспериментально было проведено, что протез тазобедренного сустава из сплава титана вполне может постоянно находиться в организме. Ткани тела, непосредственно прилегающие к титановому протезу, не воспаляются, металл совершенно стоек в организме, а испытание на излом показало, что титановый протез выдерживает в месте наибольших напряжений усилие до 3000 килограммов! Времени на изготовление протезов из титана требуется в полтора-два раза меньше, а что касается стоимости, то новый протез более чем в три раза дешевле, чем изготовленный из комохрома. Если же учесть, что цены на титан неуклонно снижаются, что запасы сырья практически безграничны, а сплавы постоянно совершенствуются, то можно считать, что ортопеды и травматологи нашли именно то, что им нужно
.Титановые протезы для полной замены тазобедренных суставов, поврежденных в результате анкилозирующего спондилоартрита, коксартроза, некоторых форм туберкулезного коксита, а также в результате травмы верхнего конца бедренной кости, в Центральном институте травматологии и ортопедии применяют уже многие годы. Проведены сотни операций по вращиванию протезов в организм (как в нашей стране, так и за рубежом). В результате у больных восстанавливается ранее утраченная подвижность тазобедренного сустава, опорная функция ноги сохраняется и многие пациенты благодаря титановому протезу стали полноценными членами общества — вернулись к труду.
В клинике травматологии и ортопедии Запорожского института усовершенствования врачей имени Горького начиная с 1967 года проведены сотни операций по соединению костей — так называемому остеосинтезу — с применением титановых конструкций. Титановые спицы, стержни, гвозди, болты и шурупы применяются при операциях по поводу свежих и несрошихся переломов костей плеча и предплечья, голени и голеностопного сустава. Результаты всех операций оказываются хорошими. Ни разу не было таких послеоперационных осложнений, как коррозия, деформация или перелом металлической конструкции.
Некоторые металлические конструкции, извлечённые из человеческого организма через пять и даже восемь месяцев, в Институте титана были подвергнуты спектральному анализу и металлографическому исследованию. Тщательно обследованные титановые металлоконструкции не имели даже малейших следов коррозии. Такая коррозионная стойкость и высокая механическая прочность обеспечивают хорошие результаты применения титана в качестве материала для остеосинтеза.
В качестве фиксаторов титановые сплавы применяют и во многих других клиниках нашей страны, и повсюду использование их дает положительные результаты, позволяет обойтись без дополнительного гипсования после операции, что значительно сокращает срок стационарного лечения и, следовательно, весь период нетрудоспособности. Даже в условиях нагноительного процесса титановые фиксаторы не усугубляют течение болезни. Благодаря титану срастаются поврежденные кости и в том случае, когда перелом сопровождается воспалительным процессом во всей толще кости.
Многие научно-исследовательские институты нашей страны уже не первый год успешно разрабатывают медицинские инструменты из титановых сплавов. Создано несколько комплектов инструментов для различных областей медицины, всего около 80 наименований. Разделы медицины, для которых разработаны титановые комплексы, — это общая хирургия и стоматология; созданы также инструменты для врачей, специализирующихся на заболеваниях уха, горла носа и глаз. Среди инструментов значатся шпатели и клипсы, зеркала, ранорасширители и скобки для сшивания ран, зажимы и щипцы, долота и пинцеты, различные пластины. Необыкновенно прочные, легкие, стойкие против коррозии титановые инструменты приходят на смену медицинским инструментам, изготовленным из нержавеющей стали. Она гораздо долговечнее, так как титан абсолютно стоек в жидкостях человеческого тела, в лекарственных и физиологических растворах, в дезинфицирующих веществах. Медики по достоинству оценили их легкость, прочность и долговечность в условиях стационарных больниц. Эти свойства инструментов оказьюаются особенно ценными в полевых условиях, где стойкость против коррозии должна быть весьма надежной, где каждый лишний грамм груза заметен и чувствителен. Для медиков, отправляющихся в различные экспедиции, титановые инструменты совершенно незаменимы.
Кто не знает знаменитых путешествий бесстрашного Тура Хейердала через океан на папирусных лодках ”Ра” и ”Тиг- рис”? И кто же не знает, что среди интернациональной команды папирусного суденышка неоднократно находился советский врач Юрий Сенкевич? Но мало кто знает, что в опасный и трудный путь Сенкевич брал с собой комплекты медицинских инструментов из титановых сплавов. Лодка в открытом океане — не то, что светлая добротная больница, где инструментарий хранится в идеальных условиях. Тем не менее, океан и непогода были нипочем сверкающим титановым изделиям, и, возвратившись домой, советский медик давал им самую высокую оценку.
Титан используют в медицине еще не так широко, как он этого заслуживает, однако и то, что уже сделано в этом направлении, — далеко не мало.
Новый промышленный металл применяют в головках ультразвуковых аппаратов, что во много раз увеличивает срок их службы. Головки из других материалов под воздействием ультразвука быстро разрушаются, титан же стоек и при постоянном воздействии на него ультразвуковых колебаний.
Титан применяют для изготовления деталей наркозно-дыхательных аппаратов и начинают использовать в сложнейших аппаратах, временно заменяющих жизненно важные органы — такие, как сердце, почки, легкие. Эти аппараты обычно громоздки, ими пользуются, как правило, в больших клинических больницах, где за ними наблюдает целый штат специалистов. Но есть попытки создать и миниатюрные искусственные органы, которые можно помещать в человеческий организм.
Американский врач Ловелл Гармисон сконструировал искусственное сердце, масса которого не превышает 300 граммов. ”Сердце”, предлагаемое американским медиком, представляет собой миниатюрный насос, изготовленный из титана и приводимый в действие паровым движком мощностью 10 ватт, который должен обеспечить работу парового сердца на протяжении десяти лет.
Каковы перспективы этого изобретения, сказать трудно, а пока наряду с капроновыми и нейлоновыми для вращи- вания в ткани сердца используют титановые клапаны.
Титан гораздо лучше, чем нержавеющая сталь, ”отталкивает” или, как это называют в технике, десорбирует со своей поверхности радиоактивные изотопы, поэтому из него изготовляют защитные устройства радиологической аппаратуры. Он также слабо поглощает бета-лучи и при малой толщине сохраняет достаточную жесткость и прочность, что позволяет использовать его для многих медицинских приборов и аппаратов. Широкое применение должен найти титан и в производстве оборудования для стерилизации медицинских инструментов и перевязочного материала.
Косвенное применение титан, находит и в стоматологии: при изготовлении пластмассовых протезов используют белое кристаллическое вещество — диоксид титана, благодаря которому ”фасад” искусственного зуба имеет естественный цвет.
В практике стоматологии предпринимаются попытки использовать титан в качестве зубопротезного материала. В некоторых странах налажено опытное изготовление искусственных зубов из титана. Стоматологи предполагают, что коррозионная стойкость нового металла в полости рта практически не уступает стойкости благородных металлов.
ТИТАН - ХРАНИТЕЛЬ ГОРЮЧЕГО?
Автомобиль будущего — это не просто иная форма кузова, новые конструкционные материалы и технические параметры. И вовсе не обязательно — высокие скорости и мощный двигатель. Скорее даже напротив. Массовый автомобиль должен быть в первую очередь безопасным, а высокие скорости только повышают уровень риска. Автомобиль будущего — это еще и машина, работающая на новом топливе. Не на бензине, не на керосине или соляровом масле и вообще не на продукте переработки нефти. Мировые запасы нефти близятся к концу, органическое топливо становится все дороже и нет оснований надеяться, что этот процесс удастся остановить. К тому же продукты сгорания бензина и мазута сильно загрязняют воздух.
В последние годы во многих странах проявляется большой интерес к заменителям традиционных видов автомобильного горючего. Среди таких заменителей — природный газ (пропанбутан) , водород, а также качественно иной вид питания — электроэнергия. Электромобиль — теоретически наиболее удачное решение проблемы. Совершенно безотходный транспорт — что может быть лучше?! Другое дело, что емкость электрических батарей, их габариты оставляют желать много лучшего. Современные аккумуляторные батареи — тяжелы, громоздки и не очень энергоемки. Небольшой электромобиль, почти целиком набитый батареями, может проехать без подзарядки всего несколько десятков километров, да и то с небольшой скоростью, и пока нет необходимой научно-технической базы для ликвидации этого "узкого места".
Газобаллонные автомобили, работающие на жидком пропанбутане, уже внедряются в автохозяйство Москвы. Ездят они и по улицам Токио, Нью-Йорка, некоторых других городов. Пробег у них без подзарядки тоже невелик, емкости же с газом огромны. Да и особенно перспективным природный газ не назовешь: запасы его, как и залежи нефти, ограничены, а стоимость имеет тенденцию расти.
Перспективным видом топлива для транспорта будущего считается водород. Запасы его неисчерпаемы: в сущности, вся водная толща нашей планеты — водород (только в соединении с кислородом). При его сгорании выделяется много 142энергии, намного больше, чем при сгорании природного газа. Немаловажным является также то, что при сгорании водорода почти не загрязняется воздух. Оксиды азота и воды — вот практически все вещества, которые выделяются в атмосферу при сгорании водорода.
Но до широкого использования водорода в качестве топлива путь неблизкий. Поскольку чистого водорода в природе нет, его приходится производить, разлагая воду на составные части, а этот процесс не из самых простых и безопасных. Получаемый водород недешев, хранить его сложно, но в какой-то степени все это — издержки производства в небольших масштабах. Ведь и бензин тоже, если разобраться, топливо не из самых удобных.
Сложно также хранить водород в автомобиле. Можно хранить его в баллонах под большим давлением (20—25 мегапаскалей) , но такие баллоны очень громоздки и тяжелы. И неудивительно. Ведь им надо выдержать силу стиснутого газа, готового в любой момент "взбунтоваться”. Можно, правда, перевести водород в жидкое состояние, но криогенные сосуды для его хранения еще более громоздки, а сжиженный водород в 2—3 раза дороже газообразного.
В шестидесятые годы нашего века был разработан способ хранения водорода в сосудах из специальных сплавов, называемых гидридными. Они представляют собой твердые или порошкообразные соединения, способные при охлаждении поглощать, а при нагревании выделять большое количество газообразного водорода. В качестве материалов для получения таких сплавов лучше других зарекомендовали себя титан и железо. Сплав титана с железом может работать неограниченно без видимых признаков ухудшения свойств.
Правда, баллоны с гидридными сплавами массивнее бензобаков, но намного легче и меньше, чем кислотные аккумуляторные батареи, применяемые на электромобилях. Что же касается пожароопасности, то автомобили, оснащенные такими баллонами, куда безопаснее обычных, так как водород находится внутри гидридных сплавов в связанном состоянии, а титан в соединении с железом не горит.
Водород в качестве топлива удобен еще и тем, что пригоден для использования на обычных автомобилях. Не надо создавать совершенно новые машины, как это потребовалось бы при внедрении транспорта на электрической тяге. Небольшая переделка двигателя — и любой современный автомобиль готов к работе на водороде.
Уже имеется опыт экспериментальной эксплуатации машин на водородном горючем. В 1975 году с США был испытан автобус Виннебаго Михибус с карбюраторным двигателем,
переоборудованным для работы на газообразном водороде. Горючее хранилось в двух баллонах с гидридными сплавами. Запас хода при скорости 80 километров в час превысил 120 километров. Через год успешно прошел эксплуатационные испытания легковой автобус фирмы ”Понтиак” (модель ”Гранд Вилли”), питаемый водородом.
На таком же горючем работал и небольшой автобус фирмы ”Даймлер-Бенц” (ФРГ). Испытания проводились в научно- исследовательском центре фирмы. В баллон с гранулами (частичками) титано-железистого сплава нагнетали почти 50 кубических метров водорода, затем емкость устанавливали в автобус под одним рядом сидений. Этого запаса газа хватало на пробег около 150 километров.
При комбинации баллона из гидридного сплава титана и железа с баллоном из сплава магния, алюминия и кремния (2 баллона общей массой 200 кг) можно при одной заправке автомобиля достичь пробега до 400 километров.
ОТ МОНУМЕНТОВ ДО БЕЗДЕЛУШЕК
18 августа 1964 года в Москве на проспекте Мира, рядом с ВДНХ, был открыт обелиск в честь запуска в СССР первого в мире искусственного спутника Земли. Запуск произошел, как известно, 4 октября 1957 года. Этот день — начало космической эры человечества.
Такое событие требовало монументального воплощения и вскоре началось проектирование, а затем и возведение памятника. Кроме архитектурных, предстояло решить еще целый комплекс инженерных задач, среди которых выбор облицовочного материала играл не последнюю роль.
Дело в том, что обычный воздух, которым мы дышим и который окружает всю нашу планету, не безобиден для материалов. Он содержит в себе пары воды, кислород, сернистый газ, хлористый натрий и некоторые другие вещества, вызывающие коррозию. Так что любой предмет, находящийся в атмосфере, подвергается опасному разрушению. Под открытым небом на него (в данном случае на обелиск, которому предстоит простоять десятки и сотни лет) действуют дожди и туманы, а в городах — выбросы автомобильных двигателей и промышленных предприятий, которые усиливают и без того ощутимую коррозию.
Восемь десятилетий назад в Париже была воздвигнута знаменитая Эйфелева башня. Она поднялась ввысь вопреки многочисленным протестам, вопреки действиям Комитета по спасению Парижа, в состав которого входили такие знаменитости, как писатель Ги де Мопассан, композитор Шарль Гуно, сыновья Александра Дюма. Говорили, что башня уродлива, что она искажает облик столицы Франции, к тому же она совершенно бесполезна. К этим доводам, звучавшим на протяжении многих лет уже и после того, как Эйфелева башня стала достопримечательностью Парижа, прислушивались, и в начале нашего века это сооружение едва не было отдано под снос. Спасло башню только изобретение радио и развитие радиовещания, благодаря чему она стала отличной радио-, а в наши дни и телеантенной.
Постепенно из сооружения, искажающего, по мнению некоторых, облик города, башня сделалась его украшением, символом, местом паломничества туристов, которых бывает в год до трех миллионов. Париж без Эйфелевой башни невозможно себе представить, как невозможно представить Москву без Кремля, а Лондон без Букингемского дворца. И все же башне угрожает гибель, но уже не от того, что кто-то требует этого. Башня неизлечимо больна ржавчиной — ведь она сделана из обычной стали и неудержимо разрушается.
Она не простояла бы и до наших дней, но за восемьдесят лет существования ее 16 раз красили и каждый раз масса башни в результате этих процедур увеличивалась на 70 тонн. Но и краска не в состоянии остановить процесс разрушения гигантского сооружения массой почти в 7 тысяч тонн, скрепленного более чем миллионом заклепок, которые тоже не вечны.
При сильном ветре башня раскачивается, ее расшатывает топот многих миллионов ног посетителей, и общественность Франции озабочена вопросом, как же спасти историческую реликвию. В 1982—1983 годах были проведены большие ремонтно-восста-новительные работы. Часть сооружения была демонтирована, и в результате Эйфелева башня стала легче на 1100 тонн.
Вот почему каждый, кому приходится в наши дни разрабатывать проекты монументальных сооружений, в первую очередь озабочен выбором материала для воплощения архитектурного и инженерного замысла.
Авторы проекта памятника в честь покорителей космоса не сразу сделали свой выбор. На проектирование и возведение обелиска понадобилось без малого семь лет. Поначалу предполагалось, что монумент будет облицован стеклом, затем пришли к выводу, что лучше покрыть его пластмассой, но вскоре отказались и от этой идеи. Был вариант использовать для этой цели нержавеющую сталь, однако сталь не обеспечила бы нужной чистоты и стойкости поверхности на протяжении большого периода времени.
В конце концов выбор был сделан. Отполированные до блеска листы титана — вот что стало "одеждой” монумента, которую он будет с гордостью носить долгие сотни лет.
Поскольку титан — металл не только ”вечный”, но и чрезвычайно прочный, из него был изготовлен вымпел, доставленный на Луну советской ракетой еще тогда, когда мягкую посадку на поверхность нашего естественного спутника совершать не удавалось.
В честь 100-летия организации Международного союза электросвязи по инициативе ЮНЕСКО был проведен конкурс проектов юбилейных памятников. На конкурсе было представлено свыше двухсот работ, предложенных зодчими всего мира. Первый приз получила разработка, предложенная советскими архитекторами.
Об этом памятнике много писали. Он прост и очень оригинален по замыслу. Монумент представляет собой две бетонные чаши, облицованные полированным титаном. Чаши возвышаются на десять с половиной метров, они совершенно одинаковы и симметрично, полыми сторонами внутрь, установлены одна против другой. Между ними проделана специальная бетонная дорожка, и люди, проходящие по ней между титановыми чашами, слышат усиленные и причудливо сочетающиеся шумы города, звуки собственных шагов, видят свое отражение на зеркальной поверхности металла. При желании можно что-нибудь сказать или крикнуть и в ответ раздастся раскатистое эхо, как бы символизируя идею общения посредством радиосвязи. Памятник намечено воздвигнуть в Женеве на площади Наций. Он будет не единственным титановым сооружением в швейцарском городе.
20 июля 1971 года в Женеве, в парке Дворца наций, состоялась торжественная церемония открытия обелиска, переданного Советским Союзом в дар Организации Объединенных Наций. Монумент олицетворяет неудержимое стремление человечества в космическое пространство и посвящен успехам, достигнутым людьми в освоении пространства Вселенной. Памятник представляет собой титановый обелиск высотой 28 метров и по внешнему виду отдаленно напоминает монумент в честь покорителей космоса, установленный в Москве.
4 июля 1980 года на Ленинском проспекте нашей столицы в торжественной обстановке был открыт памятник Ю.А. Гагарину — первому космонавту Земли. Памятник представляет собой фигуру летчика, которая органически сливается с символической ракетой. Весь памятник изготовлен из монолитного титана. Это не только обеспечивает сооружению многовековую сохранность, но и символизирует авангардную роль нашей техники и науки.
Несколько лет титановый обелиск в Москве у ВДНХ был единственным в нашей стране местом, не считая павильона "Металлургия” ВДНХ, где каждый желающий мог увидеть новый замечательный материал. Спустя некоторое время серебристо-серые неярко блестящие литеры появились над входом в гостиницу ”Москва”. О том, что они титановые, мало кто знал, и они не привлекали внимания прохожих. В других городах страны титан видели только те, кто непосредственно имел дело с этим материалом. В самом деле, ведь школьники, собирающие металлолом, приносят на сборный пункт старые алюминиевые, латунные, медные, оцинкованные вещи, но никто из них еще не бросал на груду лома что- либо титановое. Да, но ведь нет среди металлолома и предметов из никеля, хрома, кобальта?! Это так. И все же и хром, и никель, и кобальт нам хорошо известны в быту.
Сейчас редко можно встретить дом, в котором не было бы изделий из нержавеющей стали. Никель и хром — ее важнейшие составляющие. Кобальт и хром — основные металлы сплава, используемого для изготовления металлических зубных протезов. А никелированные и хромированные изделия окружают нас постоянно: бамперы и дверные ручки автомобилей, корпуса часов и детали фотоаппаратов и многое другое. Так что эти металлы, можно сказать, всем нам хорошо знакомы.
Титан же многие годы оставался ”таинственным незнакомцем”. И дело не в дороговизне металла. И кобальт, и никель, и хром тоже недешевы. Больше того, драгоценные металлы — золото, платину, серебро — мы прекрасно знаем, а ведь стоимость благородных металлов неизмеримо выше стоимости титана.
Не стоимость играла главную роль в том, что до последнего времени мало кто из нас видел и тем более держал в руках какие-нибудь изделия из титана. Металл этот настолько ценен своими свойствами, что использовали его в сугубо специальных отраслях, а если и применяли в химической промышленности и цветной металлургии, то очень ограниченно, на самых ответственных участках производства.
Сейчас картина существенно изменилась. Титан сравнительно широко используется в промышленности, приходит в наш быт. Некоторые предприятия уже выпускают титановые столовые и кухонные наборы, напоминающие по внешнему виду изделия из нержавеющей стали, продающиеся в магазинах примерно по той же цене.
Методом прессования, а затем спекания титановых порошков изготовляют памятные юбилейные медали, барельефы и другие сувениры. Наша страна — единственная в мире держава, где титан нашел применение практически во всех отраслях, в том числе и в таких, как декоративно-прикладное искусство и производство бытовых товаров.
У титана есть характерная особенность, о которой вы еще пока не знаете. Этот металл обладает очень красивым, протяжным и чистым, как говорят, малиновым звоном.
До колоколов дело пока еще не дошло, а вот электрические звонки из титана в некоторых странах уже выпускают, и покупатели довольны.
Очень перспективно использование титана в полиграфических машинах. Московские полиграфисты, проведя ряд испытаний, определили, что титан — наилучший материал для пробельных элементов. Читая книгу, вы, конечно, не раз обращали внимание на то, что страницы покрыты буквами не сплошь, а только строго определенным количеством печатных знаков. Остальная площадь листа не заполнена— белая. Белы и промежутки между словами, между строчками книг.
Это кажется само собой разумеющимся, но чтобы страница книги выглядела именно так, как она выглядит, полиграфисты заполняют ”пустые” места специальными металлическими элементами, которые и создают пробелы. И если шрифт набора должен легко смачиваться краской и легко отдавать ее бумаге, то пробельные элементы не должны оставлять на листе никаких следов. Свойства титана не смачиваться, "отталкивать” жидкости, а также легкость и прочность металла сыграли первостепенную роль в том, что титан оказался наилучшим материалом для изготовления этих деталей.
Важная особенность титановых сплавов — превосходная стойкость в фотографических растворах и эмульсиях. Она пока еще не нашла применения на кинофабриках и предприятиях, изготовляющих фотопленку, но в полиграфии уже по достоинству оценена. Одесским специальным конструкторским бюро ”По- лиграфмаш” совместно с Институтом титана разработан проявочный блок-кювет для скоростной обработки фотопленки в установке РПУ-50. Установка используется для скоростной передачи полос центральных газет фототелеграфным методом, и титан с честью противостоит агрессивным растворам для проявления и фиксирования изображения.
Стойкость титана против коррозии уже используется в текстильной промышленности для изготовления емкостей, в которых протравливают и окрашивают ткани. Обычно такие операции осуществляют с помощью чрезвычайно едких химических соединений, так что титану есть где развернуться во всей своей богатырской мощи.
Титан находит применение и в фармацевтической промышленности, где нужны материалы, которые обеспечивали бы идеальную чистоту и стерильность лекарственных препаратов. Известно, что серебро обладает бактерицидным действием — обеззараживает вещества и жидкости, что мешает развитию микроорганизмов. Подобным же свойством, хотя и в меньшей степени, обладает и титан.
Поистине безграничны возможности нового промышленного металла, и все же он используется далеко не везде, не так широко, как хотелось бы этого.
В ИНДУСТРИИ ПИТАНИЯ
В нашей стране большое внимание уделяется увеличению выпуска товаров народного потребления и улучшению их качества. Важная отрасль нашего народного хозяйства — пищевая промышленность, на долю которой приходится более половины всех потребительских товаров.
Пищевая индустрия — разветвленное и многоотраслевое хозяйство, в котором производится пятая часть общего объема всей промышленной продукции страны. Пищевая индустрия — промышленность, с конечными продуктами которой мы все хорошо знакомы. Без многих из них не можем обойтись и дня.
Немалая часть веществ, входящих в состав пищевых продуктов, вызывает коррозию технологического оборудования, которое, как правило, изготовляется из нержавеющей стали, алюминия, латуни, бронзы, а нередко и из обычной углеродистой стали. Кроме того, в производственных помещениях пищевых предприятий пар, высокая влажность, резкие колебания температуры — почти непременные спутники технологических процессов, что в еще большей степени способствует разрушению оборудования.
Разрушение алюминиевых сплавов, оловянных покрытий при производстве кисломолочных продуктов, плавленных сыров, сгущенной сыворотки — обычное явление, причем алюминий повреждается "оспинами” точечной и язвенной коррозии. Органические кислоты и солевые растворы вызывают еще более разрушительную коррозию алюминия и обычной стали и заметно разрушают нержавеющую сталь и сплавы на никелевой основе.
Типичные среды консервного производства — растворы, содержащие кислоту с поваренной солью. Более трехсот марок сплавов оказались нестойкими. Коррозия еще больше усиливалась, когда в растворы добавляли свежий лук и чеснок.
Коррозия всегда вредна, но в пищевых средах она вредна вдвойне, так как разрушающиеся материалы загрязняют продукты питания, понижая их качество или делая совершенно непригодными для употребления.
Но, кроме агрессивных веществ, находящихся непосредственно в пищевых продуктах и приправах к ним, на оборудование этого производства постоянно действуют различные вспомогательные вещества: моющие растворы и препараты, содержащие щелочи и кислоты, солевые растворы, растворы аммиака. Технологическое оборудование чистят и моют изо дня в день, часто даже несколько раз в течение каждой смены. Это еще в большей степени усиливает коррозионное разрушение.
Если бы металлы можно было создавать по заказу, то разработчики оборудования для пищевой промышленности дали бы заявку на материал, который, во-первых, должен обладать хорошей коррозионной стойкостью, во-вторых, не быть токсичным (то есть ядовитым, вредным для здоровья), в-третьих, не влиять на вкус, запах и цвет продуктов даже при продолжительном контакте, в-четвертых, быть прочным, надежным, сравнительно легко обрабатываться и, наконец, в-пятых, быть недорогим, доступным в достаточном количестве.
Такого материала пока нет. Нет вещества, которое бы полностью удовлетворяло перечисленным требованиям. Но ближе всех к такому идеальному материалу стоит титан. В самом деле: титановые сплавы соответствуют почти всем требованиям, предъявленным к идеальному материалу, за исключением стоимости. Но и при нынешней стоимости титан все равно целесообразно использовать в пищевой индустрии, так как здесь он в полной мере демонстрирует свои замечательные свойства, которые не только окупают все затраты, но и приносят немалую прибыль.
Титан стоек в органических кислотах, в рассолах, маринадах, острых соусах, в пищевых соках, спиртах, в различных приправах. Исследования коррозионной стойкости титановых сплавов показали, что новый промышленный материал с успехом может применяться в консервном, чайном, эфиромасличном, сахарном, мясо-молочном, кондитерском, рыбоперерабатывающем, хлебопекарном, пивоваренном, солевом и в других производствах.
На одном из отечественных цитрусовых комбинатов испытывали образцы титана на всех стадиях консервирования фруктов. После года работы на образцах не было ни малейших следов каких-либо коррозионных изменений, а фруктовые консервы за это время нисколько не утратили своих качеств. Это подтвердилось при дегустации и химическом анализе.
Вот другой пример. На консервном комбинате проводили годичное опробование титановых сплавов на стойкость в проточном десятипроцентном растворе поваренной соли. Испытания показали полное отсутствие коррозии.
Хорошие результаты испытаний нового материала способствуют успешному внедрению титана в пищевой индустрии.
Применение в пивоваренной промышленности моющих головок из титана для механизированной мойки резервуаров позволило на 15 процентов повысить производительность труда при выполнении этой тяжелой операции, которую ранее к тому же выполняли вручную, и дало свыше 200 тысяч рублей прибыли. Начато изготовление из титана головок автоматов, разливающих молоко в бутылки, дисков для резки шоколада и некоторых других приспособлений.
Систематические работы по определению возможности и экономической целесообразности применения титана в различных областях пищевой индустрии в виде определенного оборудования на протяжении ряда лет ведутся во Всесоюзном научно-исследовательском и экспериментальном институте продовольственного машиностроения, в Институте металлургии АН Грузинской ССР, Институте титана, Молдавском научно-исследовательском институте пищевой промышленности, во многих специальных конструкторских бюро.
В пищевой промышленности США титан применяют в оборудовании для приготовления рассолов, томатных паст, маринадов и других полупродуктов консервного производства. В Японии титановое оборудование широко используют в молочной промышленности, в производстве глютаминовой соли в виде колонн, теплообменников, резервуаров.
Как уже отмечалось ранее, титан обладает характерной особенностью, заключающейся в том, что к его поверхности почти не прилипают инородные вещества — металл как бы отталкивает их. Поэтому на стенках титановой аппаратуры едва-едва образуется накипь, с них легко и быстро счищаются пищевые продукты, что существенно экономит время и трудовые затраты.
Высокая коррозионная стойкость нового промышленного металла позволяет, изменяя конструкцию аппаратов, повышать общую поверхность теплообмена путем уменьшения толщины стенок труб. Так, например, на одном из отечественных производственных комбинатов в цехе винно-каменной кислоты эксплуатация экспериментального вакуум-аппарата из титана показала, что в новом аппарате процесс выпаривания ускоряется в три раза. Благодаря отсутствию накипи втрое повышается теплопередача. В обычных же аппаратах, изготовленных из нержавеющей стали, уже через несколько дней образуется накипь, которую удалить нелегко и которая в несколько раз снижает теплопередачу. Кроме того, качество продукции, полученной на экспериментальной установке, гораздо выше обычного. Экономический эффект от внедрения титанового вакуум-аппарата составляет 50 тысяч рублей в год.
В пищевом машиностроении нашли применение и высокие механические свойства нового материала. Титан позволяет увеличить производительность и долговечность расфасовочно-упаковочных автоматов, закаточных и разливочно-укупорочных машин благодаря своей высокой удельной прочности, которая необходима всем деталям, совершающим сложные движения с большой скоростью.
ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ ЛЮДЕЙ
Успехи медицины мы связываем не только с возрастающей квалификацией персонала, выпуском новых препаратов, но и с новейшей техникой, развитие которой в немалой степени определяется новыми перспективными материалами. Вполне понятно, что такой металл, как титан, не мог не обратить на себя внимание клиницистов, исследователей, разработчиков медицинской аппаратуры и инструментов. Особенно важной оказалась биологическая инертность титана.
Врачи-травматологи и ортопеды широко применяют в своей практике металлические конструкции самого различного назначения — для соединения раздробленных костей при переломах, для скелетного вытяжения, для замены частей организма. Как правило, эти конструкции изготовлены из нержавеющей стали. Сталь прочна и вроде бы надежна. Но у некоторых больных конструкции из нержавеющей стали вызывают различные осложнения: воспалительные процессы с нагноениями, боль. Кроме того, спустя непродолжительное время стальные стержни, пластины разрушаются под действием коррозии. И врачам не остается ничего другого, как извлекать поврежденную конструкцию, лишний раз травмируя больного.
Пытались использовать для этих целей тантал — металл с прекрасной коррозионной стойкостью. Но он очень тяжелый (тяжелее стали в два с лишнем раза), и дефицитный. Титан же в четыре раза легче тантала и практически не уступает ему по стойкости. Титан отличается превосходной коррозионной стойкостью при стерилизации кипячением, не разрушается в спирте, эфире, растворах сулемы, хлорамина, в желудочном соке, в других жидкостях и тканях человеческого тела. Конструкции из титана хорошо переносятся организмом, "врастая” в кости и мышцы.
Титановые пластины, шурупы, гвозди, спицы, стержни и другие приспособления для скрепления осколков костей используют врачи-травматологи Ленинграда, Запорожья, Новосибирска, Мончегорска и многих других городов.
В Москве в Центральном институте травматологии и ортопедии (ЦИТО) под руководством профессора К.М.Сиваша разрабатывают и применяют протезы суставов, восстанавливая, казалось бы, навсегда утраченную подвижность руки или ноги. Работы института известны во всем мире. Особенно удачны конструируемые и используемые в клинике института протезы тазобедренного сустава.
Искусственные суставы из стали были как будто надежны и вполне устраивали ортопедов, но на протяжении не более двух-трех лет. Стальной сустав никогда не существовал в организме более 10 лет, так как металл ”уставал” и ломался. А ведь человеку, подвергшемуся сложной операции по вращиванию металлического протеза, надо бы жить с ним десятки лет! Неужели нет металла, который не уступал бы по прочности костям и который служил человеку долгие годы?
Есть высокопрочный и чрезвычайно стойкий против коррозии сплав кобальта, молибдена и хрома—так называемый комохром. Из него изготовляют очень хорошие протезы для вживления в организм, и он полностью удовлетворял бы ортопедов, если бы не был чрезвычайно дефицитным и дорогим.
Спору нет, в медицине главное — не экономическая эффективность, а восстановление утраченного здоровья. И все же дороговизна и дефицитность протезов из комохрома препятствуют тому, чтобы всякий нуждающийся в них мог свободно получить протез.
Помимо дороговизны и малодоступности самого комохрома, изготовление протезов из этого сплава требует много времени и труда. Вполне понятно, что медики из ЦИТО старались подыскать для протезов такой материал, который по своим медико-техническим свойствам не уступал бы комохрому, но был намного дешевле и легче поддавался обработке. Их надежды оправдались, когда в качестве такого материала был избран титан с небольшими добавками алюминия и олова (титановый сплав марки ВТ5-1).
Экспериментально было проведено, что протез тазобедренного сустава из сплава титана вполне может постоянно находиться в организме. Ткани тела, непосредственно прилегающие к титановому протезу, не воспаляются, металл совершенно стоек в организме, а испытание на излом показало, что титановый протез выдерживает в месте наибольших напряжений усилие до 3000 килограммов! Времени на изготовление протезов из титана требуется в полтора-два раза меньше, а что касается стоимости, то новый протез более чем в три раза дешевле, чем изготовленный из комохрома. Если же учесть, что цены на титан неуклонно снижаются, что запасы сырья практически безграничны, а сплавы постоянно совершенствуются, то можно считать, что ортопеды и травматологи нашли именно то, что им нужно
.Титановые протезы для полной замены тазобедренных суставов, поврежденных в результате анкилозирующего спондилоартрита, коксартроза, некоторых форм туберкулезного коксита, а также в результате травмы верхнего конца бедренной кости, в Центральном институте травматологии и ортопедии применяют уже многие годы. Проведены сотни операций по вращиванию протезов в организм (как в нашей стране, так и за рубежом). В результате у больных восстанавливается ранее утраченная подвижность тазобедренного сустава, опорная функция ноги сохраняется и многие пациенты благодаря титановому протезу стали полноценными членами общества — вернулись к труду.
В клинике травматологии и ортопедии Запорожского института усовершенствования врачей имени Горького начиная с 1967 года проведены сотни операций по соединению костей — так называемому остеосинтезу — с применением титановых конструкций. Титановые спицы, стержни, гвозди, болты и шурупы применяются при операциях по поводу свежих и несрошихся переломов костей плеча и предплечья, голени и голеностопного сустава. Результаты всех операций оказываются хорошими. Ни разу не было таких послеоперационных осложнений, как коррозия, деформация или перелом металлической конструкции.
Некоторые металлические конструкции, извлечённые из человеческого организма через пять и даже восемь месяцев, в Институте титана были подвергнуты спектральному анализу и металлографическому исследованию. Тщательно обследованные титановые металлоконструкции не имели даже малейших следов коррозии. Такая коррозионная стойкость и высокая механическая прочность обеспечивают хорошие результаты применения титана в качестве материала для остеосинтеза.
В качестве фиксаторов титановые сплавы применяют и во многих других клиниках нашей страны, и повсюду использование их дает положительные результаты, позволяет обойтись без дополнительного гипсования после операции, что значительно сокращает срок стационарного лечения и, следовательно, весь период нетрудоспособности. Даже в условиях нагноительного процесса титановые фиксаторы не усугубляют течение болезни. Благодаря титану срастаются поврежденные кости и в том случае, когда перелом сопровождается воспалительным процессом во всей толще кости.
Многие научно-исследовательские институты нашей страны уже не первый год успешно разрабатывают медицинские инструменты из титановых сплавов. Создано несколько комплектов инструментов для различных областей медицины, всего около 80 наименований. Разделы медицины, для которых разработаны титановые комплексы, — это общая хирургия и стоматология; созданы также инструменты для врачей, специализирующихся на заболеваниях уха, горла носа и глаз. Среди инструментов значатся шпатели и клипсы, зеркала, ранорасширители и скобки для сшивания ран, зажимы и щипцы, долота и пинцеты, различные пластины. Необыкновенно прочные, легкие, стойкие против коррозии титановые инструменты приходят на смену медицинским инструментам, изготовленным из нержавеющей стали. Она гораздо долговечнее, так как титан абсолютно стоек в жидкостях человеческого тела, в лекарственных и физиологических растворах, в дезинфицирующих веществах. Медики по достоинству оценили их легкость, прочность и долговечность в условиях стационарных больниц. Эти свойства инструментов оказьюаются особенно ценными в полевых условиях, где стойкость против коррозии должна быть весьма надежной, где каждый лишний грамм груза заметен и чувствителен. Для медиков, отправляющихся в различные экспедиции, титановые инструменты совершенно незаменимы.
Кто не знает знаменитых путешествий бесстрашного Тура Хейердала через океан на папирусных лодках ”Ра” и ”Тиг- рис”? И кто же не знает, что среди интернациональной команды папирусного суденышка неоднократно находился советский врач Юрий Сенкевич? Но мало кто знает, что в опасный и трудный путь Сенкевич брал с собой комплекты медицинских инструментов из титановых сплавов. Лодка в открытом океане — не то, что светлая добротная больница, где инструментарий хранится в идеальных условиях. Тем не менее, океан и непогода были нипочем сверкающим титановым изделиям, и, возвратившись домой, советский медик давал им самую высокую оценку.
Титан используют в медицине еще не так широко, как он этого заслуживает, однако и то, что уже сделано в этом направлении, — далеко не мало.
Новый промышленный металл применяют в головках ультразвуковых аппаратов, что во много раз увеличивает срок их службы. Головки из других материалов под воздействием ультразвука быстро разрушаются, титан же стоек и при постоянном воздействии на него ультразвуковых колебаний.
Титан применяют для изготовления деталей наркозно-дыхательных аппаратов и начинают использовать в сложнейших аппаратах, временно заменяющих жизненно важные органы — такие, как сердце, почки, легкие. Эти аппараты обычно громоздки, ими пользуются, как правило, в больших клинических больницах, где за ними наблюдает целый штат специалистов. Но есть попытки создать и миниатюрные искусственные органы, которые можно помещать в человеческий организм.
Американский врач Ловелл Гармисон сконструировал искусственное сердце, масса которого не превышает 300 граммов. ”Сердце”, предлагаемое американским медиком, представляет собой миниатюрный насос, изготовленный из титана и приводимый в действие паровым движком мощностью 10 ватт, который должен обеспечить работу парового сердца на протяжении десяти лет.
Каковы перспективы этого изобретения, сказать трудно, а пока наряду с капроновыми и нейлоновыми для вращи- вания в ткани сердца используют титановые клапаны.
Титан гораздо лучше, чем нержавеющая сталь, ”отталкивает” или, как это называют в технике, десорбирует со своей поверхности радиоактивные изотопы, поэтому из него изготовляют защитные устройства радиологической аппаратуры. Он также слабо поглощает бета-лучи и при малой толщине сохраняет достаточную жесткость и прочность, что позволяет использовать его для многих медицинских приборов и аппаратов. Широкое применение должен найти титан и в производстве оборудования для стерилизации медицинских инструментов и перевязочного материала.
Косвенное применение титан, находит и в стоматологии: при изготовлении пластмассовых протезов используют белое кристаллическое вещество — диоксид титана, благодаря которому ”фасад” искусственного зуба имеет естественный цвет.
В практике стоматологии предпринимаются попытки использовать титан в качестве зубопротезного материала. В некоторых странах налажено опытное изготовление искусственных зубов из титана. Стоматологи предполагают, что коррозионная стойкость нового металла в полости рта практически не уступает стойкости благородных металлов.
ТИТАН - ХРАНИТЕЛЬ ГОРЮЧЕГО?
Автомобиль будущего — это не просто иная форма кузова, новые конструкционные материалы и технические параметры. И вовсе не обязательно — высокие скорости и мощный двигатель. Скорее даже напротив. Массовый автомобиль должен быть в первую очередь безопасным, а высокие скорости только повышают уровень риска. Автомобиль будущего — это еще и машина, работающая на новом топливе. Не на бензине, не на керосине или соляровом масле и вообще не на продукте переработки нефти. Мировые запасы нефти близятся к концу, органическое топливо становится все дороже и нет оснований надеяться, что этот процесс удастся остановить. К тому же продукты сгорания бензина и мазута сильно загрязняют воздух.
В последние годы во многих странах проявляется большой интерес к заменителям традиционных видов автомобильного горючего. Среди таких заменителей — природный газ (пропанбутан) , водород, а также качественно иной вид питания — электроэнергия. Электромобиль — теоретически наиболее удачное решение проблемы. Совершенно безотходный транспорт — что может быть лучше?! Другое дело, что емкость электрических батарей, их габариты оставляют желать много лучшего. Современные аккумуляторные батареи — тяжелы, громоздки и не очень энергоемки. Небольшой электромобиль, почти целиком набитый батареями, может проехать без подзарядки всего несколько десятков километров, да и то с небольшой скоростью, и пока нет необходимой научно-технической базы для ликвидации этого "узкого места".
Газобаллонные автомобили, работающие на жидком пропанбутане, уже внедряются в автохозяйство Москвы. Ездят они и по улицам Токио, Нью-Йорка, некоторых других городов. Пробег у них без подзарядки тоже невелик, емкости же с газом огромны. Да и особенно перспективным природный газ не назовешь: запасы его, как и залежи нефти, ограничены, а стоимость имеет тенденцию расти.
Перспективным видом топлива для транспорта будущего считается водород. Запасы его неисчерпаемы: в сущности, вся водная толща нашей планеты — водород (только в соединении с кислородом). При его сгорании выделяется много 142энергии, намного больше, чем при сгорании природного газа. Немаловажным является также то, что при сгорании водорода почти не загрязняется воздух. Оксиды азота и воды — вот практически все вещества, которые выделяются в атмосферу при сгорании водорода.
Но до широкого использования водорода в качестве топлива путь неблизкий. Поскольку чистого водорода в природе нет, его приходится производить, разлагая воду на составные части, а этот процесс не из самых простых и безопасных. Получаемый водород недешев, хранить его сложно, но в какой-то степени все это — издержки производства в небольших масштабах. Ведь и бензин тоже, если разобраться, топливо не из самых удобных.
Сложно также хранить водород в автомобиле. Можно хранить его в баллонах под большим давлением (20—25 мегапаскалей) , но такие баллоны очень громоздки и тяжелы. И неудивительно. Ведь им надо выдержать силу стиснутого газа, готового в любой момент "взбунтоваться”. Можно, правда, перевести водород в жидкое состояние, но криогенные сосуды для его хранения еще более громоздки, а сжиженный водород в 2—3 раза дороже газообразного.
В шестидесятые годы нашего века был разработан способ хранения водорода в сосудах из специальных сплавов, называемых гидридными. Они представляют собой твердые или порошкообразные соединения, способные при охлаждении поглощать, а при нагревании выделять большое количество газообразного водорода. В качестве материалов для получения таких сплавов лучше других зарекомендовали себя титан и железо. Сплав титана с железом может работать неограниченно без видимых признаков ухудшения свойств.
Правда, баллоны с гидридными сплавами массивнее бензобаков, но намного легче и меньше, чем кислотные аккумуляторные батареи, применяемые на электромобилях. Что же касается пожароопасности, то автомобили, оснащенные такими баллонами, куда безопаснее обычных, так как водород находится внутри гидридных сплавов в связанном состоянии, а титан в соединении с железом не горит.
Водород в качестве топлива удобен еще и тем, что пригоден для использования на обычных автомобилях. Не надо создавать совершенно новые машины, как это потребовалось бы при внедрении транспорта на электрической тяге. Небольшая переделка двигателя — и любой современный автомобиль готов к работе на водороде.
Уже имеется опыт экспериментальной эксплуатации машин на водородном горючем. В 1975 году с США был испытан автобус Виннебаго Михибус с карбюраторным двигателем,
переоборудованным для работы на газообразном водороде. Горючее хранилось в двух баллонах с гидридными сплавами. Запас хода при скорости 80 километров в час превысил 120 километров. Через год успешно прошел эксплуатационные испытания легковой автобус фирмы ”Понтиак” (модель ”Гранд Вилли”), питаемый водородом.
На таком же горючем работал и небольшой автобус фирмы ”Даймлер-Бенц” (ФРГ). Испытания проводились в научно- исследовательском центре фирмы. В баллон с гранулами (частичками) титано-железистого сплава нагнетали почти 50 кубических метров водорода, затем емкость устанавливали в автобус под одним рядом сидений. Этого запаса газа хватало на пробег около 150 километров.
При комбинации баллона из гидридного сплава титана и железа с баллоном из сплава магния, алюминия и кремния (2 баллона общей массой 200 кг) можно при одной заправке автомобиля достичь пробега до 400 километров.
ОТ МОНУМЕНТОВ ДО БЕЗДЕЛУШЕК
18 августа 1964 года в Москве на проспекте Мира, рядом с ВДНХ, был открыт обелиск в честь запуска в СССР первого в мире искусственного спутника Земли. Запуск произошел, как известно, 4 октября 1957 года. Этот день — начало космической эры человечества.
Такое событие требовало монументального воплощения и вскоре началось проектирование, а затем и возведение памятника. Кроме архитектурных, предстояло решить еще целый комплекс инженерных задач, среди которых выбор облицовочного материала играл не последнюю роль.
Дело в том, что обычный воздух, которым мы дышим и который окружает всю нашу планету, не безобиден для материалов. Он содержит в себе пары воды, кислород, сернистый газ, хлористый натрий и некоторые другие вещества, вызывающие коррозию. Так что любой предмет, находящийся в атмосфере, подвергается опасному разрушению. Под открытым небом на него (в данном случае на обелиск, которому предстоит простоять десятки и сотни лет) действуют дожди и туманы, а в городах — выбросы автомобильных двигателей и промышленных предприятий, которые усиливают и без того ощутимую коррозию.
Восемь десятилетий назад в Париже была воздвигнута знаменитая Эйфелева башня. Она поднялась ввысь вопреки многочисленным протестам, вопреки действиям Комитета по спасению Парижа, в состав которого входили такие знаменитости, как писатель Ги де Мопассан, композитор Шарль Гуно, сыновья Александра Дюма. Говорили, что башня уродлива, что она искажает облик столицы Франции, к тому же она совершенно бесполезна. К этим доводам, звучавшим на протяжении многих лет уже и после того, как Эйфелева башня стала достопримечательностью Парижа, прислушивались, и в начале нашего века это сооружение едва не было отдано под снос. Спасло башню только изобретение радио и развитие радиовещания, благодаря чему она стала отличной радио-, а в наши дни и телеантенной.
Постепенно из сооружения, искажающего, по мнению некоторых, облик города, башня сделалась его украшением, символом, местом паломничества туристов, которых бывает в год до трех миллионов. Париж без Эйфелевой башни невозможно себе представить, как невозможно представить Москву без Кремля, а Лондон без Букингемского дворца. И все же башне угрожает гибель, но уже не от того, что кто-то требует этого. Башня неизлечимо больна ржавчиной — ведь она сделана из обычной стали и неудержимо разрушается.
Она не простояла бы и до наших дней, но за восемьдесят лет существования ее 16 раз красили и каждый раз масса башни в результате этих процедур увеличивалась на 70 тонн. Но и краска не в состоянии остановить процесс разрушения гигантского сооружения массой почти в 7 тысяч тонн, скрепленного более чем миллионом заклепок, которые тоже не вечны.
При сильном ветре башня раскачивается, ее расшатывает топот многих миллионов ног посетителей, и общественность Франции озабочена вопросом, как же спасти историческую реликвию. В 1982—1983 годах были проведены большие ремонтно-восста-новительные работы. Часть сооружения была демонтирована, и в результате Эйфелева башня стала легче на 1100 тонн.
Вот почему каждый, кому приходится в наши дни разрабатывать проекты монументальных сооружений, в первую очередь озабочен выбором материала для воплощения архитектурного и инженерного замысла.
Авторы проекта памятника в честь покорителей космоса не сразу сделали свой выбор. На проектирование и возведение обелиска понадобилось без малого семь лет. Поначалу предполагалось, что монумент будет облицован стеклом, затем пришли к выводу, что лучше покрыть его пластмассой, но вскоре отказались и от этой идеи. Был вариант использовать для этой цели нержавеющую сталь, однако сталь не обеспечила бы нужной чистоты и стойкости поверхности на протяжении большого периода времени.
В конце концов выбор был сделан. Отполированные до блеска листы титана — вот что стало "одеждой” монумента, которую он будет с гордостью носить долгие сотни лет.
Поскольку титан — металл не только ”вечный”, но и чрезвычайно прочный, из него был изготовлен вымпел, доставленный на Луну советской ракетой еще тогда, когда мягкую посадку на поверхность нашего естественного спутника совершать не удавалось.
В честь 100-летия организации Международного союза электросвязи по инициативе ЮНЕСКО был проведен конкурс проектов юбилейных памятников. На конкурсе было представлено свыше двухсот работ, предложенных зодчими всего мира. Первый приз получила разработка, предложенная советскими архитекторами.
Об этом памятнике много писали. Он прост и очень оригинален по замыслу. Монумент представляет собой две бетонные чаши, облицованные полированным титаном. Чаши возвышаются на десять с половиной метров, они совершенно одинаковы и симметрично, полыми сторонами внутрь, установлены одна против другой. Между ними проделана специальная бетонная дорожка, и люди, проходящие по ней между титановыми чашами, слышат усиленные и причудливо сочетающиеся шумы города, звуки собственных шагов, видят свое отражение на зеркальной поверхности металла. При желании можно что-нибудь сказать или крикнуть и в ответ раздастся раскатистое эхо, как бы символизируя идею общения посредством радиосвязи. Памятник намечено воздвигнуть в Женеве на площади Наций. Он будет не единственным титановым сооружением в швейцарском городе.
20 июля 1971 года в Женеве, в парке Дворца наций, состоялась торжественная церемония открытия обелиска, переданного Советским Союзом в дар Организации Объединенных Наций. Монумент олицетворяет неудержимое стремление человечества в космическое пространство и посвящен успехам, достигнутым людьми в освоении пространства Вселенной. Памятник представляет собой титановый обелиск высотой 28 метров и по внешнему виду отдаленно напоминает монумент в честь покорителей космоса, установленный в Москве.
4 июля 1980 года на Ленинском проспекте нашей столицы в торжественной обстановке был открыт памятник Ю.А. Гагарину — первому космонавту Земли. Памятник представляет собой фигуру летчика, которая органически сливается с символической ракетой. Весь памятник изготовлен из монолитного титана. Это не только обеспечивает сооружению многовековую сохранность, но и символизирует авангардную роль нашей техники и науки.
Несколько лет титановый обелиск в Москве у ВДНХ был единственным в нашей стране местом, не считая павильона "Металлургия” ВДНХ, где каждый желающий мог увидеть новый замечательный материал. Спустя некоторое время серебристо-серые неярко блестящие литеры появились над входом в гостиницу ”Москва”. О том, что они титановые, мало кто знал, и они не привлекали внимания прохожих. В других городах страны титан видели только те, кто непосредственно имел дело с этим материалом. В самом деле, ведь школьники, собирающие металлолом, приносят на сборный пункт старые алюминиевые, латунные, медные, оцинкованные вещи, но никто из них еще не бросал на груду лома что- либо титановое. Да, но ведь нет среди металлолома и предметов из никеля, хрома, кобальта?! Это так. И все же и хром, и никель, и кобальт нам хорошо известны в быту.
Сейчас редко можно встретить дом, в котором не было бы изделий из нержавеющей стали. Никель и хром — ее важнейшие составляющие. Кобальт и хром — основные металлы сплава, используемого для изготовления металлических зубных протезов. А никелированные и хромированные изделия окружают нас постоянно: бамперы и дверные ручки автомобилей, корпуса часов и детали фотоаппаратов и многое другое. Так что эти металлы, можно сказать, всем нам хорошо знакомы.
Титан же многие годы оставался ”таинственным незнакомцем”. И дело не в дороговизне металла. И кобальт, и никель, и хром тоже недешевы. Больше того, драгоценные металлы — золото, платину, серебро — мы прекрасно знаем, а ведь стоимость благородных металлов неизмеримо выше стоимости титана.
Не стоимость играла главную роль в том, что до последнего времени мало кто из нас видел и тем более держал в руках какие-нибудь изделия из титана. Металл этот настолько ценен своими свойствами, что использовали его в сугубо специальных отраслях, а если и применяли в химической промышленности и цветной металлургии, то очень ограниченно, на самых ответственных участках производства.
Сейчас картина существенно изменилась. Титан сравнительно широко используется в промышленности, приходит в наш быт. Некоторые предприятия уже выпускают титановые столовые и кухонные наборы, напоминающие по внешнему виду изделия из нержавеющей стали, продающиеся в магазинах примерно по той же цене.
Методом прессования, а затем спекания титановых порошков изготовляют памятные юбилейные медали, барельефы и другие сувениры. Наша страна — единственная в мире держава, где титан нашел применение практически во всех отраслях, в том числе и в таких, как декоративно-прикладное искусство и производство бытовых товаров.
У титана есть характерная особенность, о которой вы еще пока не знаете. Этот металл обладает очень красивым, протяжным и чистым, как говорят, малиновым звоном.
До колоколов дело пока еще не дошло, а вот электрические звонки из титана в некоторых странах уже выпускают, и покупатели довольны.
Очень перспективно использование титана в полиграфических машинах. Московские полиграфисты, проведя ряд испытаний, определили, что титан — наилучший материал для пробельных элементов. Читая книгу, вы, конечно, не раз обращали внимание на то, что страницы покрыты буквами не сплошь, а только строго определенным количеством печатных знаков. Остальная площадь листа не заполнена— белая. Белы и промежутки между словами, между строчками книг.
Это кажется само собой разумеющимся, но чтобы страница книги выглядела именно так, как она выглядит, полиграфисты заполняют ”пустые” места специальными металлическими элементами, которые и создают пробелы. И если шрифт набора должен легко смачиваться краской и легко отдавать ее бумаге, то пробельные элементы не должны оставлять на листе никаких следов. Свойства титана не смачиваться, "отталкивать” жидкости, а также легкость и прочность металла сыграли первостепенную роль в том, что титан оказался наилучшим материалом для изготовления этих деталей.
Важная особенность титановых сплавов — превосходная стойкость в фотографических растворах и эмульсиях. Она пока еще не нашла применения на кинофабриках и предприятиях, изготовляющих фотопленку, но в полиграфии уже по достоинству оценена. Одесским специальным конструкторским бюро ”По- лиграфмаш” совместно с Институтом титана разработан проявочный блок-кювет для скоростной обработки фотопленки в установке РПУ-50. Установка используется для скоростной передачи полос центральных газет фототелеграфным методом, и титан с честью противостоит агрессивным растворам для проявления и фиксирования изображения.
Стойкость титана против коррозии уже используется в текстильной промышленности для изготовления емкостей, в которых протравливают и окрашивают ткани. Обычно такие операции осуществляют с помощью чрезвычайно едких химических соединений, так что титану есть где развернуться во всей своей богатырской мощи.
Титан находит применение и в фармацевтической промышленности, где нужны материалы, которые обеспечивали бы идеальную чистоту и стерильность лекарственных препаратов. Известно, что серебро обладает бактерицидным действием — обеззараживает вещества и жидкости, что мешает развитию микроорганизмов. Подобным же свойством, хотя и в меньшей степени, обладает и титан.
Поистине безграничны возможности нового промышленного металла, и все же он используется далеко не везде, не так широко, как хотелось бы этого.
Глава 3. ПРИБЛИЗИМ БУДУЩЕЕ!
ЭКОНОМИЯ ПОДЛИННАЯ И МНИМАЯ
Вряд ли мы назовем рачительным хозяином человека, который ничего не станет покупать для своего хозяйства — ни инструментов, ни материалов — и будет мотивировать это тем, что он экономит средства. Точно так же мы выразим сомнение по поводу должной физической формы спортсмена, который вместо того, чтобы постоянно упражнять свои мышцы на тренировках, вдруг стал бы экономить силы, круглые сутки лежа без движения . . .
Эти примеры так очевидны, что никто с нашими оценками спорить не станет, в том числе и те люди, которые в своей практической деятельности на производстве или в учреждении мыслят и поступают аналогичным образом. Иной недальновидный хозяйственник выбрасывает на ветер сотни тысяч рублей лишь потому, что проявляет ложную бережливость и не понимает того, что куда экономнее затратить десятки тысяч рублей на приобретение новейшего прогрессивного оборудования, на внедрение новых эффективных материалов, среди которых титан занимает далеко не последнее место
.Да, титан и изготовленное из него оборудование пока еще сравнительно дороги, но в том ведь и заключается деловая квалификация руководителя, что он, вкладывая пусть даже немалые средства, предвидит их скорейшее возмещение и даже солидный доход.
Если сравнить хозяйственников с шахматистами, то очень легко заметить разницу между мастерами своего дела и дилетантами. Гроссмейстер играет совсем не так, как начинающий; он видит позицию на много ходов вперед и всегда думает о конечном результате. Именно потому, что мастер всегда думает о
конечном результате, он — тактик и стратег. Он сознательно может принести в жертву любую фигуру, даже ферзя, с тем чтобы получить позиционный перевес и в результате добиться победы. Дилетант же стремится только к сиюминутной материальной выгоде. Предел его мечтаний — "съесть” все без исключения фигуры и пешки противника, оставив тому только одного короля. Свои же фигуры дилетант старается максимально сберечь. И вот, добившись грандиозного материального перевеса, дилетант начинает охоту за королем соперника и иногда кое- как ставит мат. Но нередко бывает и так, что тактическая близорукость подводит шахматиста и, польстившись на слона или даже пешку, он проигрывает партию.
Точно так же проигрывают и хозяйственники-дилетанты, стремящиеся к копеечной экономии. Но только проигрыш их гораздо существенней и серьезней. Сберегая копейки, они теряют рубли, экономя рубли, теряют сотни, сохраняя сотни, теряют десятки тысяч.
”Гроссмейстеры” хозяйствования видят далеко вперед и стремятся к подлинной, а не мнимой экономии. Вот почему они хорошо оценили возможности титана и стараются максимально его использовать, тогда как дилетанты относятся к новому материалу с опаской и даже с пренебрежением.
В этой книге много говорилось о сравнительной дороговизне "металла века". Настала пора рассказать о ней подробнее.
Да, титан — металл из дешевых, но все же стоимость его вполне сопоставима со стоимостью цветных металлов и специальной стали. Стоит он примерно в 5—6 раз дороже нержавеющей стали.
Это, правда, тоже не дешево, но при изготовлении из них изделий заметная разница в стоимости нередко сходит на нет.
Поскольку титан почти вдвое легче нержавеющей стали, то для замены ее требуется титана гораздо меньше, что значительно снижает стоимость готового изделия. Высокая удельная прочность и превосходная стойкость против коррозии позволяют уменьшить величину припусков, толщину стенок, что еще в большей степени снижает количество расходуемого металла. К тому же, стоимость материала всегда составляет только часть стоимости готового изделия.
Вот и выходит, что различное оборудование из титана стоит не в 5—6 раз дороже того же оборудования, изготовленного из нержавеющей стали, а только в 2—3 раза. В некоторых случаях изделия из титана нисколько не дороже стальных, а бывает и так, что титановое оборудование даже дешевле. В зарубежной печати приводят данные о том, что теплообменники из титана в 2 раза, а змеевики почти в 3 раза дешевле аналогичных изделий из "нержавейки".
Возьмем даже тот случай, когда титановое оборудование стоит намного дороже стального, и разберемся в нем досконально. Корпус реактора из нержавеющей стали стоит 200 рублей. Изготовленный из титана такой же корпус стоит уже 800 рублей, то есть в 4 раза дороже. Но стальной аппарат будет служить полгода, а титановый — 10 лет, и, с учетом полного срока эксплуатации, получается, что более дорогой титан в 5 раз дешевле нержавеющей стали. А если срок службы титана больше не в 20 раз, как в только что приведенном случае, а в гораздо большей степени? Тогда во сколько раз титан будет дешевле своих конкурентов? Смесительные барабаны, облицованные титаном, в которых перемешивают оксихлориды, бесперебойно работают более года. Хромоникельмолибденовые сплавы в этих условиях не выдерживают и 5 часов. В данном случае титан служит в 1752 раза дольше!
Но титан помогает беречь не только деньги. Практика эксплуатации титанового оборудования показала, что каждая тонна титана заменяет собой от 5 до 10 тонн нержавеющей стали, а это значит, что широкое внедрение титана в промышленность позволяет сберечь тысячи тонн никеля, хрома и других очень ценных и дефицитных металлов. Титан заменяет (и тем самым экономит) также молибден, тантал, а в сплавах с ними — золото, платину и другие благородные металлы. Таким образом, он очень экономичный металл.
Тем более странно, что, успешно соперничая со сталью, оловом, никелем, алюминием и магнием, свинцом и цинком по свойствам, он еще не в состоянии соперничать с ними по широте использования. Из миллиардов тонн разведанного титанового сырья в металл пока перерабатывают только тысячные доли процента.
ДЕШЕВЛЕ? МОЖНО
Что бы ни говорилось о реальной и бесспорной экономической эффективности использования титана при существующем уровне цен, нет никакого сомнения в том, что будь титан подешевле — масштабы его производства и применения выросли бы неизмеримо. Соответственно возросла бы и польза, которую приносит народному хозяйству этот металл.
Но ведь цена не должна быть ниже себестоимости, а себестоимость титана еще высока. Собственно говоря, высокая себестоимость титановой губки, и именно стоимость губки определяет сравнительно высокие цены титановых полуфабрикатов и оборудования, изготовленного из этого металла.
С целью снижения себестоимости во всем мире непрерывно ведут многочисленные исследовательские работы, направленные на совершенствование существующей технологии производства титана, а также на разработку способов прямого извлечения металла из руд. Ежегодно выдаются десятки патентов на новые методы получения металлического титана, на модификацию уже известных технологических операций. Однако эти новые методы не в состоянии конкурировать с известными промышленными способами, а предлагаемое совершенствование последних не настолько существенно, чтобы ощутимо снизить стоимость титана.
Справедливости ради надо сказать, что стоимость титановой губки претерпела значительные изменения с момента выпуска первых промышленных партий. Так, например, в нашей стране цены на титановую губку в связи с непрерывным снижением себестоимости уменьшались несколько раз, в результате чего даже более высококачественная губка стоит сейчас вдвое дешевле, чем прежде. Уменьшение стоимости титановой губки позволяет снижать цены на титановые полуфабрикаты: на листы, трубы, прутки, гнутые профили.
И все же стоимость титана снижается не так быстро, как хотелось бы, и у этого есть объективные, еще непреодолимые причины. Но, может быть и при существующем уровне цен есть какая-нибудь возможность удешевить оборудование, изготовленное с применением этого металла? Да, такая возможность действительно есть.
Не во всех случаях так уж необходимо, чтобы аппаратура была изготовлена целиком из титана. Нередко достаточно и того, что стойкий против коррозии металл будет защищать только внутреннюю ее поверхность, только те места, которые непосредственно соприкасаются с агрессивной средой. Основная же масса конструкции может быть изготовлена из обычной стали, прочность которой достаточна, чтобы выдерживать большие давления. Таким образом достигается оптимальный вариант использования титана, который незначительно удорожает стоимость оборудования.
Но сварка титана с другими металлами практически невозможна. Как же соединяют титан со сталью? Существует несколько методов. Когда оборудование не предназначено для работы при высоких температурах и не подвергается воздействию вакуума, поверхность его футеруют (выкладывают) тонким слоем титана.
Но футерованное оборудование нельзя применять при температурах выше 100 °С, так как при нагревании сталь расширяется значительно в большей степени, чем титан, что и приводит к повреждению футерованной конструкции. Кроме того, наличие зазора между футеровкой и кожухом не позволяет применять такое оборудование в процессах, связанных с воздействием вакуума.
В этом случае для изготовления оборудования используют двухслойный металл (титан — сталь), где слой титана составляет от одной двадцатой до одной пятой части всей толщины металла. Слой титана обеспечивает коррозионную стойкость, а более дешевый материал — заданные механические характеристики. Титан и сталь соединяют друг с другом при помощи взрывной волны или методом прокатки в вакууме. В результате материалы связаны между собой не просто механически, а физически, что приводит к улучшению теплопередачи и позволяет оборудованию из двухслойного металла выдерживать повторяющиеся нагревы до 500 °С и более и закалку в воде.
Из биметалла титан — сталь изготовляют такое оборудование, 154 как варочные котлы и отбельные башни целлюлозно-бумажного производства, емкости и колонны, применяемые в нефтехимии и металлургии. Использование биметаллического листа взамен цельнотитанового дает существенную экономию.
Другой путь снижения стоимости титановых изделий — изготовление их методом фасонного литья. Замена поковок фасонными отливками снижает расход металла в 3 с лишним раза, уменьшает трудоемкость механической обработки. Каждая тонна фасонных отливок, используемых взамен поковок, экономит более 20 тысяч рублей. Методом литья изготовляют запорную арматуру, части насосов, приборов, детали, применяемые в машиностроении.
В промышленности при производстве и обработке титана образуется большое количество отходов, состоящих из титановой губки, стружки, обрезки, кусков, лома. Основная масса этих отходов не используется, а накапливается на предприятиях, где отходы различных сплавов перемешиваются друг с другом и загрязняются. Специалисты давно уже задумываются над тем, как использовать этот металл.
Наиболее целесообразно перерабатывать отходы титана во вторичные сплавы. Эти сплавы несколько уступают основным по однородности, прочности и другим механическим характеристикам. Загрязненность примесями приводит к тому, что их стойкость против коррозии ниже, чем у серийных сплавов, и тем не менее вторичные титановые сплавы в достаточной степени прочны и коррозионностойки. Их можно с успехом и большой пользой применять в химической, нефтеперерабатьюающей, легкой, пищевой промышленности.
Сейчас ведутся опытно-промышленные разработки вторичных сплавов и изделий из них, получаемых методом литья. Вторичные титановые сплавы во. многих агрессивных средах по своей коррозионной стойкости незначительно уступают первичным сплавам, а в некоторых средах даже превосходят их. Что же касается их стоимости, то при широком производстве они будут дешевле первичных на 25—30 процентов.
ДЕТАЛИ ИЗ ПОРОШКА
Многие изделия, изготовляемые из монолитного титана, с успехом можно делать из титановых порошков, что в значительной степени уменьшает стоимость продукции за счет резкого снижения отходов. Если при изготовлении деталей из обычного монолитного титана в отходы идет 50—70 процентов используемого металла, то при изготовлении тех же деталей из порошков (или, как говорят иначе, методом металлокерамики) в отходы идет всего 5—10 процентов титана. Вместе с тем титановая металлокерамика сохраняет все положительные свойства монолитного металла: легкость и прочность, стойкость в агрессивных средах, пластичность, способность поглощать газы.
В нашей стране накоплен немалый опыт по производству компактных изделий из титановой металлокерамики, ведется строительство новых и расширение действующих участков, изготовляющих методами порошковой металлургии различные титановые изделия. Институт титана совместно с некоторыми головными институтами различных отраслей промышленности проводит работы по совершенствованию технологии изготовления титановых металлокерамических изделий. Идет подготовка к выпуску опытно-промышленных партий деталей для машиностроения, в частности колец компрессора, защелок, для замка дверцы автомобиля ^Запорожец”, шатунов для двигателя автомобиля ”Москвич”.
На одном из металлообрабатывающих заводов за счет выпуска деталей из титановых порошков ежегодно получают экономию 100 тысяч рублей. При этом стоимость деталей снижена наполовину.
Пусть у читателя не возникает недоумения по поводу того, что из порошка (!) изготовляют детали, способные выдерживать большие механические нагрузки. Дело в том, что металлокерамика совсем не похожа на ”куличи”, которые делают дети из песка. Изделия из порошков монолитны, прочны, звенят гулким металлическим звоном. Их получают прессованием на мощных прессах, затем подвергают спеканию при высоких температурах в атмосфере инертных газов, с тем чтобы схватившиеся друг с другом частички прочно закрепились.
Впрочем, иногда необходимо, чтобы изделия из титанового порошка были не монолитными, а пористыми — в том случае, когда делают фильтрующие элементы.
Сделать такие элементы из обычного монолитного титана невозможно, а из порошка — очень легко и просто. Порошок прессуют таким образом, что между его частицами остаются микроскопические промежутки — поры, причем можно получить их строго определенной, заданной величины.
Фильтрующие элементы из титана применяются в тех производствах, где необходимо очищать от примесей агрессивные жидкости и газы. Титановые фильтры отличаются высокой стойкостью против коррозии, большой производительностью, они тщательно очищают растворы и газовые смеси. В нефтехимической промышленности они приходят на смену фильтрам из бронзы и фосфора, которые хрупки и недостаточно стойки.
Преимущества титановых фильтров в том, что их стойкость в агрессивных средах почти не уступает стойкости монолитного титана и вместе с тем они отличаются прочностью, обеспечивают высокую чистоту фильтрации и большую производительность.
Разработаны и уже внедрены титановые фильтры для водяных скважин. Фильтры собирают из секций длиной около трех метров и опускают в скважину на глубину сто метров и более. Титановые фильтры позволяют получать в час 10—18 кубических метров очищенной воды, что вдвое больше, чем дают скважины, оборудованные пластмассовыми, керамическими, асбоцементными и другими типами фильтров. Очищенная таким образом вода совершенно не содержит песка и полностью удовлетворяет потребителей.
Элементы из титанового порошка отлично зарекомендовали себя при фильтрации ацетилцеллюлозы в производстве ацетатного шелка. Применение титана не только обеспечивает высококачественную фильтрацию растворов, но и облегчает механизацию этого процесса, устраняет частую перезарядку фильтров, исключает значительные потери жидкостей, а также ликвидирует вредные условия труда, связанные с перезарядкой фильтров.
Фильтры из титана успешно применяют в производстве полиэтилена для очистки азота в сушильных агрегатах. Ранее применявшиеся керамические (фарфоровые) фильтры не выдерживали изгибающих нагрузок от налипания порошка полиэтилена на их поверхность и разрушались. Разрушение влекло за собой остановку технологического процесса. С внедрением титановых фильтров этот недостаток устранен.
Эффективно также применение титановой металлокерамики для тонкой фильтрации азотной кислоты. Металлокерамические пористые диски широко используют в качестве капиллярнопористого тела. Следует подчеркнуть, что фильтрующие элементы из титана в состоянии выдерживать продолжительную эксплуатацию при температуре 200—250 °С и давлении, достигающем 9 мегапаскалей.
За рубежом из титановой металлокерамики выпускают корпуса подшипников, запорные кольца и лопатки компрессора для турбореактивных двигателей, заклепки, получая при этом значительный экономический эффект. Применяемые в химической промышленности фитинги из титанового порошка стоят вдвое дешевле обычных кованых.
СУДЬБА "СЕРЕБРА ИЗ ГЛИНЫ’
В 1855 году посетители Всемирной выставки в Париже среди фарфора и прочих драгоценностей с интересом рассматривали новый, впервые показанный широкой публике .экспонат — ”се- ребро из глины”. Так называли тогда алюминий. Килограмм этого металла стоил 1200 рублей золотом! Самый распространенный в природе металл, буквально валяющийся под ногами, уступающий по своей распространенности на Земле только кислороду и кремнию, ценился в те времена дороже золота. В это сейчас, конечно, трудно поверить.
Соединения алюминия были известны еще первобытным людям. Ведь глину, которая представляет собой содержащее алюминий соединение, использовали еще в доисторические времена. В середине XVIII века из квасцов был выделен оксид алюминия, впоследствии названный глиноземом.
В самом начале XIX столетия английский химик Хэмфри Дэви тщетно пытался выделить из глинозема металл с помощью электрического тока. Неудачно окончились и аналогичные попытки уже известного нам Берцелиуса, который назвал содержащийся в глиноземе элемент алюмием. Дэви несколько изменил это название и металл получил имя, которое осталось за ним с тех пор навсегда.
Важную роль в проблеме алюминия сыграл датский физик Ганс Христиан Эрстедт. В 1825 году, получив безводный хлорид алюминия, Эрстедт сделал попытку восстановить его калием. Попытка удалась. Датский физик писал, что в результате образовался "кусок металла с цветом и блеском, несколько похожим на олово”.
Летом 1827 года в Копенгаген приехал немецкий химик Фридрих Вёлер. Посетив Эрстедта и узнав, что тот, поглощенный работами по электромагнетизму, не собирается в дальнейшем заниматься получением алюминия, Велер, как только возвратился в Германию, продолжил опыты датского физика и усовершенствовал его метод.
Вначале Велер получал металлический алюминий в виде серого порошка. Почти двадцать лет понадобилось немецкому химику, чтобы добиться превращения порошка в компактную массу. Метод получения алюминия был уже достаточно совершенным и Вёлер мог бы наладить промышленное производство металла, но почему-то не сделал этого.
Заслуга получения алюминия в значительном количестве принадлежит французскому ученому и промышленнику Анри Сен- Клер Девиллю. Именно он и представил на Всемирной парижской выставке алюминиевые полоски и несколько слитков общей массой около килограмма, вызвавшие большую сенсацию. На эти кусочки металла смотрели с таким же восторгом и интересом, с каким мы сейчас смотрим на лунные камни.
Модницы "высшего света" щеголяли в алюминиевых украшениях, стоивших дороже золота. Император Наполеон III распорядился, чтобы во дворце Тюильри посуда была исключительно алюминиевая.
При поддержке французского правительства Девилль основал первый алюминиевый завод и приступил к постоянному выпуску металла в сравнительно небольших количествах. Следует подчеркнуть, что к тому времени, когда французский энтузиаст загорелся идеей создания алюминиевого производства, наметились два пути получения металла. Девил ль избрал химический путь извлечения алюминия по методу Эрстедта — Вёлера, а ведь уже в 1854 году предложили электрохимический метод получения металла из расплавленной соли.
Второй путь был гораздо более перспективным, но требовал большого количества электроэнергии. Единственным источником тока были тогда гальванические батареи. Если бы для извлечения алюминия стали использовать электрохимический метод, и без того высокие цены на алюминий подскочили бы еще выше.
За весь период с 1855 по 1890 год было получено всего 200 тонн алюминия. Килограмм самого дешевого алюминия, полученного химическим методом, стоил 18 золотых рублей. Это было недешево, и высокая стоимость была основной причиной, по которой металл не находил сбыта. В 1899 году английское королевское общество чествовало Д.И. Менделеева, и в знак выдающихся заслуг нашему великому соотечественнику был преподнесен драгоценный подарок — весы из золота и алюминия!
Алюминий использовали только в ювелирной промышленности как суррогат серебра да в виде порошка применяли для нанесения на поверхность знамен. ”Нет ничего труднее, чем заставить людей применять новый металл”, — вздыхал Анри Девилль.
В конце XIX века в промышленность пришло электричество. Была создана динамомашина, люди научились получать трехфазный ток и передавать его на расстояние. Тут-то и вспомнили о электрохимическом методе.
Алюминий стали получать электролизом расплава солей. Выпуск металла резко возрос, существенно снизилась его цена: на стыке XIX и XX веков килограмм алюминия стоил уже 1 рубль золотом.
В конце XIX века ежегодный выпуск алюминия исчислялся тысячами тонн. Можно было производить его в еще больших количествах, но металл не находил применения.
Спрос на алюминий увеличился в годы первой мировой войны и неуклонно возрастал с развитием воздухоплавания и авиации. Его стали использовать в производстве воинского снаряжения, в конструкциях дирижаблей и аэропланов. В 1930 году в мире было произведено 300000 тонн этого металла, а сейчас ежегодный выпуск алюминия исчисляется многими миллионами тонн.
Алюминий — второй металл современности, по масштабам производства уступающий только железу. Сплавы алюминия широко применяют в самых различных областях: в машиностроении и электротехнике, в строительстве и в пищевой индустрии, на транспорте и в быту. Из него воздвигают мосты и сооружают плавательные бассейны, делают остовы самолетов и скамейки многотысячных стадионов.
Моторные лодки, корпуса вагонов, автобусов и троллейбусов, электропроводка, фольга для упаковки шоколада, конфет, молочной продукции — да разве можно перечислить все области, назвать все изделия, которые связываются в нашем сознании с этим серебристым металлом, который когда-то считался драгоценным и не мог найти применения? Такова чудесная метаморфоза алюминия — металла с завидной судьбой.
ЗВЕНО В ЦЕПИ УСКОРЕНИЯ
Не так ли и титан, еще не занявший подобающего места в народном хозяйстве по масштабам использования, таит в себе массу нераскрытых сил и возможностей? И не ожидает ли его такая же судьба, такие же грандиозные перспективы, какие уже стали реальностью для алюминия? Думается, что на эти вопросы можно ответить утвердительно, особенно если учесть, что с момента выпуска первых в мире килограммов титана прошло всего-навсего четыре десятилетия.
Алюминий же как конструкционный материал известен человечеству с 1855 года. Но только в наши дни он получил широкое распространение, сделался обычным недорогим металлом. В 40-е годы нашего века алюминий был еще сравнительно дорогим, и его годовое производство в мире исчислялось не многими миллионами, а несколькими сотнями тысяч тонн. Приблизительно в таких же масштабах ныне производится титан.
Специалисты говорят, что сейчас титан стоит столько же, сколько стоил алюминий в 40-е годы, когда применялся в основном в авиационной промышленности, но зато мы знаем о титане гораздо больше, чем в то время знали об алюминии. Это и неудивительно, так как с момента возникновения титановой промышленности исследования этого материала проводятся в таких крупных масштабах, которые не знала история ни одного металла.
Можно смело сказать, что в мире еще не было конструкционного материала, о котором бы на протяжении совсем небольшого промежутка времени столько говорили, который так пристально изучали, как изучают титан и как говорят о нем. О титане пишут статьи в центральных газетах и научно-популярных журналах, издают книги, печатают монографии, снимают кинофильмы.
А ведь существовал период, когда титан не мог найти приложения своим богатырским силам в народном хозяйстве и обращался на ”биржу труда”. Сейчас этот период уже давно позади. Уровень потребления металла века стремительно вырос. Это результат очень большой и целенаправленной работы, итог интенсивной научно-практической деятельности.
Каковы же особенности применения титановых сплавов в народном хозяйстве теперь, с учетом большого накопленного опыта, с учетом того, что об этих материалах наслышаны многие, знают им цену и стремятся их использовать?! С таким вопросом, разумеется, целесообразнее всего обратиться во Всесоюзный институт титана. Отвечает ведущий научный сотрудник, лауреат Государственной премии УССР в области науки и техники, кандидат технических наук В.В. Волынский: ”Если прежде перед нами стояла задача изучить возможности титана как народнохозяйственного материала, познакомить с металлом его потенциальных потребителей, убедить их обратить на новый материал пристальное внимание, расширить его области применения вообще, — рассказывает ученый, — то ныне, когда это уже допустимо, задача несколько изменилась. Теперь внедрение идет преимущественно в те отрасли, где титан наиболее пригоден или незаменим, где его использование позволяетдостичь максимального эффекта. Это прежде всего хлорсодержащие среды химической, целлюлозно-бумажной промышленности, гидрометаллургическое производство цветной металлургии, гальванотехника. Но во всех этих случаях используется только одно ценное свойство титана — высокая устойчивость против коррозии. А ведь титан — замечательный конструкционный материал, и в этом направлении, в деле использования металла для конструкций, испытывающих тяжелые механические нагрузки, работы еще непочатый край. Тем более, что XXVII съезд КПСС наметил курс на опережающее развитие машиностроения.
Титан — металл нашего времени. Его применение постоянно расширяется, и для многих целей он более перспективен, чем любые другие металлы. В конце 60-х годов производство титана в США и Японии — двух ведущих в этой области странах капиталистического мира — составляло ежегодно соответственно 20 и 10 тысяч тонн. Сегодня оно перешло рубеж 100 тысяч тонн.
К сожалению, наши разработчики серийных машин, механизмов, транспортных средств очень робко применяют титан, не учитывают его богатейших возможностей. И совершенно напрасно. Ведь как нужна прочная, облегченная, не боящаяся ни мороза, ни влаги техника для предприятий Севера, нефтяников Тюмени, развития Байкало-Амурской магистрали, для многих строек, еще только намечаемых! При ее изготовлении можно применять не только различные серийные сплавы, но и вторичный титан, производство которого следует развивать и развивать. Сплавы вторичного титана окажутся очень ценными, например, для создания железнодорожных вагонов, перевозящих поваренную соль, химические удобрения, пестициды и другие агрессивные вещества. Нужно только интенсивнее осваивать как выпуск таких сплавов, так и разработку из них истинно современного оборудования. Ведь именно сейчас партия настойчиво призывает нас к ускорению, перестройке, к строжайшей экономии и бережливости, к рациональному использованию металлов. Как же тут обойтись без такого экономичного, прогрессивного материала, как титан?!” К словам запорожского ученого можно только присоединиться.
В новой редакции Программы КПСС записано: "Необходимо укрепить потенциал и осуществить качественный сдвиг в металлургии, химии и в других отраслях тяжелой промышленности, производящих конструкционные материалы, постоянно расширять ассортимент, улучшать качество материалов, увеличивать выпуск их новых, наиболее экономичных и прогрессивных видов.” Титановые сплавы, разумеется, в самую первую очередь относятся к числу именно таких материалов. Развитие их производства тесно, напрямую связано с научно-техническим прогрессом. С другой стороны, широкое их распространение в народном хозяйстве способствует прогрессу техники, экономики, росту благосостояния. Научно-технический прогресс — главный рычаг интенсификации, решительного ускорения, коренной перестройки — всего того, чем сейчас занята наша страна.
Титан называют металлом будущего. Это, конечно, правильно. В будущем появятся новые области применения замечательного материала, люди создадут сплавы с еще более удивительными свойствами. Но ведь будущее начинается сегодня, будущее и настоящее не отделены непроходимой границей.
Титан уже давно стал материалом современности — ценным, важным и необходимым. Больше того, широкое, повсеместное его применение как раз и позволит скорее приблизить то светлое и прекрасное будущее, о котором мы все мечтаем.
ЭКОНОМИЯ ПОДЛИННАЯ И МНИМАЯ
Вряд ли мы назовем рачительным хозяином человека, который ничего не станет покупать для своего хозяйства — ни инструментов, ни материалов — и будет мотивировать это тем, что он экономит средства. Точно так же мы выразим сомнение по поводу должной физической формы спортсмена, который вместо того, чтобы постоянно упражнять свои мышцы на тренировках, вдруг стал бы экономить силы, круглые сутки лежа без движения . . .
Эти примеры так очевидны, что никто с нашими оценками спорить не станет, в том числе и те люди, которые в своей практической деятельности на производстве или в учреждении мыслят и поступают аналогичным образом. Иной недальновидный хозяйственник выбрасывает на ветер сотни тысяч рублей лишь потому, что проявляет ложную бережливость и не понимает того, что куда экономнее затратить десятки тысяч рублей на приобретение новейшего прогрессивного оборудования, на внедрение новых эффективных материалов, среди которых титан занимает далеко не последнее место
.Да, титан и изготовленное из него оборудование пока еще сравнительно дороги, но в том ведь и заключается деловая квалификация руководителя, что он, вкладывая пусть даже немалые средства, предвидит их скорейшее возмещение и даже солидный доход.
Если сравнить хозяйственников с шахматистами, то очень легко заметить разницу между мастерами своего дела и дилетантами. Гроссмейстер играет совсем не так, как начинающий; он видит позицию на много ходов вперед и всегда думает о конечном результате. Именно потому, что мастер всегда думает о
конечном результате, он — тактик и стратег. Он сознательно может принести в жертву любую фигуру, даже ферзя, с тем чтобы получить позиционный перевес и в результате добиться победы. Дилетант же стремится только к сиюминутной материальной выгоде. Предел его мечтаний — "съесть” все без исключения фигуры и пешки противника, оставив тому только одного короля. Свои же фигуры дилетант старается максимально сберечь. И вот, добившись грандиозного материального перевеса, дилетант начинает охоту за королем соперника и иногда кое- как ставит мат. Но нередко бывает и так, что тактическая близорукость подводит шахматиста и, польстившись на слона или даже пешку, он проигрывает партию.
Точно так же проигрывают и хозяйственники-дилетанты, стремящиеся к копеечной экономии. Но только проигрыш их гораздо существенней и серьезней. Сберегая копейки, они теряют рубли, экономя рубли, теряют сотни, сохраняя сотни, теряют десятки тысяч.
”Гроссмейстеры” хозяйствования видят далеко вперед и стремятся к подлинной, а не мнимой экономии. Вот почему они хорошо оценили возможности титана и стараются максимально его использовать, тогда как дилетанты относятся к новому материалу с опаской и даже с пренебрежением.
В этой книге много говорилось о сравнительной дороговизне "металла века". Настала пора рассказать о ней подробнее.
Да, титан — металл из дешевых, но все же стоимость его вполне сопоставима со стоимостью цветных металлов и специальной стали. Стоит он примерно в 5—6 раз дороже нержавеющей стали.
Это, правда, тоже не дешево, но при изготовлении из них изделий заметная разница в стоимости нередко сходит на нет.
Поскольку титан почти вдвое легче нержавеющей стали, то для замены ее требуется титана гораздо меньше, что значительно снижает стоимость готового изделия. Высокая удельная прочность и превосходная стойкость против коррозии позволяют уменьшить величину припусков, толщину стенок, что еще в большей степени снижает количество расходуемого металла. К тому же, стоимость материала всегда составляет только часть стоимости готового изделия.
Вот и выходит, что различное оборудование из титана стоит не в 5—6 раз дороже того же оборудования, изготовленного из нержавеющей стали, а только в 2—3 раза. В некоторых случаях изделия из титана нисколько не дороже стальных, а бывает и так, что титановое оборудование даже дешевле. В зарубежной печати приводят данные о том, что теплообменники из титана в 2 раза, а змеевики почти в 3 раза дешевле аналогичных изделий из "нержавейки".
Возьмем даже тот случай, когда титановое оборудование стоит намного дороже стального, и разберемся в нем досконально. Корпус реактора из нержавеющей стали стоит 200 рублей. Изготовленный из титана такой же корпус стоит уже 800 рублей, то есть в 4 раза дороже. Но стальной аппарат будет служить полгода, а титановый — 10 лет, и, с учетом полного срока эксплуатации, получается, что более дорогой титан в 5 раз дешевле нержавеющей стали. А если срок службы титана больше не в 20 раз, как в только что приведенном случае, а в гораздо большей степени? Тогда во сколько раз титан будет дешевле своих конкурентов? Смесительные барабаны, облицованные титаном, в которых перемешивают оксихлориды, бесперебойно работают более года. Хромоникельмолибденовые сплавы в этих условиях не выдерживают и 5 часов. В данном случае титан служит в 1752 раза дольше!
Но титан помогает беречь не только деньги. Практика эксплуатации титанового оборудования показала, что каждая тонна титана заменяет собой от 5 до 10 тонн нержавеющей стали, а это значит, что широкое внедрение титана в промышленность позволяет сберечь тысячи тонн никеля, хрома и других очень ценных и дефицитных металлов. Титан заменяет (и тем самым экономит) также молибден, тантал, а в сплавах с ними — золото, платину и другие благородные металлы. Таким образом, он очень экономичный металл.
Тем более странно, что, успешно соперничая со сталью, оловом, никелем, алюминием и магнием, свинцом и цинком по свойствам, он еще не в состоянии соперничать с ними по широте использования. Из миллиардов тонн разведанного титанового сырья в металл пока перерабатывают только тысячные доли процента.
ДЕШЕВЛЕ? МОЖНО
Что бы ни говорилось о реальной и бесспорной экономической эффективности использования титана при существующем уровне цен, нет никакого сомнения в том, что будь титан подешевле — масштабы его производства и применения выросли бы неизмеримо. Соответственно возросла бы и польза, которую приносит народному хозяйству этот металл.
Но ведь цена не должна быть ниже себестоимости, а себестоимость титана еще высока. Собственно говоря, высокая себестоимость титановой губки, и именно стоимость губки определяет сравнительно высокие цены титановых полуфабрикатов и оборудования, изготовленного из этого металла.
С целью снижения себестоимости во всем мире непрерывно ведут многочисленные исследовательские работы, направленные на совершенствование существующей технологии производства титана, а также на разработку способов прямого извлечения металла из руд. Ежегодно выдаются десятки патентов на новые методы получения металлического титана, на модификацию уже известных технологических операций. Однако эти новые методы не в состоянии конкурировать с известными промышленными способами, а предлагаемое совершенствование последних не настолько существенно, чтобы ощутимо снизить стоимость титана.
Справедливости ради надо сказать, что стоимость титановой губки претерпела значительные изменения с момента выпуска первых промышленных партий. Так, например, в нашей стране цены на титановую губку в связи с непрерывным снижением себестоимости уменьшались несколько раз, в результате чего даже более высококачественная губка стоит сейчас вдвое дешевле, чем прежде. Уменьшение стоимости титановой губки позволяет снижать цены на титановые полуфабрикаты: на листы, трубы, прутки, гнутые профили.
И все же стоимость титана снижается не так быстро, как хотелось бы, и у этого есть объективные, еще непреодолимые причины. Но, может быть и при существующем уровне цен есть какая-нибудь возможность удешевить оборудование, изготовленное с применением этого металла? Да, такая возможность действительно есть.
Не во всех случаях так уж необходимо, чтобы аппаратура была изготовлена целиком из титана. Нередко достаточно и того, что стойкий против коррозии металл будет защищать только внутреннюю ее поверхность, только те места, которые непосредственно соприкасаются с агрессивной средой. Основная же масса конструкции может быть изготовлена из обычной стали, прочность которой достаточна, чтобы выдерживать большие давления. Таким образом достигается оптимальный вариант использования титана, который незначительно удорожает стоимость оборудования.
Но сварка титана с другими металлами практически невозможна. Как же соединяют титан со сталью? Существует несколько методов. Когда оборудование не предназначено для работы при высоких температурах и не подвергается воздействию вакуума, поверхность его футеруют (выкладывают) тонким слоем титана.
Но футерованное оборудование нельзя применять при температурах выше 100 °С, так как при нагревании сталь расширяется значительно в большей степени, чем титан, что и приводит к повреждению футерованной конструкции. Кроме того, наличие зазора между футеровкой и кожухом не позволяет применять такое оборудование в процессах, связанных с воздействием вакуума.
В этом случае для изготовления оборудования используют двухслойный металл (титан — сталь), где слой титана составляет от одной двадцатой до одной пятой части всей толщины металла. Слой титана обеспечивает коррозионную стойкость, а более дешевый материал — заданные механические характеристики. Титан и сталь соединяют друг с другом при помощи взрывной волны или методом прокатки в вакууме. В результате материалы связаны между собой не просто механически, а физически, что приводит к улучшению теплопередачи и позволяет оборудованию из двухслойного металла выдерживать повторяющиеся нагревы до 500 °С и более и закалку в воде.
Из биметалла титан — сталь изготовляют такое оборудование, 154 как варочные котлы и отбельные башни целлюлозно-бумажного производства, емкости и колонны, применяемые в нефтехимии и металлургии. Использование биметаллического листа взамен цельнотитанового дает существенную экономию.
Другой путь снижения стоимости титановых изделий — изготовление их методом фасонного литья. Замена поковок фасонными отливками снижает расход металла в 3 с лишним раза, уменьшает трудоемкость механической обработки. Каждая тонна фасонных отливок, используемых взамен поковок, экономит более 20 тысяч рублей. Методом литья изготовляют запорную арматуру, части насосов, приборов, детали, применяемые в машиностроении.
В промышленности при производстве и обработке титана образуется большое количество отходов, состоящих из титановой губки, стружки, обрезки, кусков, лома. Основная масса этих отходов не используется, а накапливается на предприятиях, где отходы различных сплавов перемешиваются друг с другом и загрязняются. Специалисты давно уже задумываются над тем, как использовать этот металл.
Наиболее целесообразно перерабатывать отходы титана во вторичные сплавы. Эти сплавы несколько уступают основным по однородности, прочности и другим механическим характеристикам. Загрязненность примесями приводит к тому, что их стойкость против коррозии ниже, чем у серийных сплавов, и тем не менее вторичные титановые сплавы в достаточной степени прочны и коррозионностойки. Их можно с успехом и большой пользой применять в химической, нефтеперерабатьюающей, легкой, пищевой промышленности.
Сейчас ведутся опытно-промышленные разработки вторичных сплавов и изделий из них, получаемых методом литья. Вторичные титановые сплавы во. многих агрессивных средах по своей коррозионной стойкости незначительно уступают первичным сплавам, а в некоторых средах даже превосходят их. Что же касается их стоимости, то при широком производстве они будут дешевле первичных на 25—30 процентов.
ДЕТАЛИ ИЗ ПОРОШКА
Многие изделия, изготовляемые из монолитного титана, с успехом можно делать из титановых порошков, что в значительной степени уменьшает стоимость продукции за счет резкого снижения отходов. Если при изготовлении деталей из обычного монолитного титана в отходы идет 50—70 процентов используемого металла, то при изготовлении тех же деталей из порошков (или, как говорят иначе, методом металлокерамики) в отходы идет всего 5—10 процентов титана. Вместе с тем титановая металлокерамика сохраняет все положительные свойства монолитного металла: легкость и прочность, стойкость в агрессивных средах, пластичность, способность поглощать газы.
В нашей стране накоплен немалый опыт по производству компактных изделий из титановой металлокерамики, ведется строительство новых и расширение действующих участков, изготовляющих методами порошковой металлургии различные титановые изделия. Институт титана совместно с некоторыми головными институтами различных отраслей промышленности проводит работы по совершенствованию технологии изготовления титановых металлокерамических изделий. Идет подготовка к выпуску опытно-промышленных партий деталей для машиностроения, в частности колец компрессора, защелок, для замка дверцы автомобиля ^Запорожец”, шатунов для двигателя автомобиля ”Москвич”.
На одном из металлообрабатывающих заводов за счет выпуска деталей из титановых порошков ежегодно получают экономию 100 тысяч рублей. При этом стоимость деталей снижена наполовину.
Пусть у читателя не возникает недоумения по поводу того, что из порошка (!) изготовляют детали, способные выдерживать большие механические нагрузки. Дело в том, что металлокерамика совсем не похожа на ”куличи”, которые делают дети из песка. Изделия из порошков монолитны, прочны, звенят гулким металлическим звоном. Их получают прессованием на мощных прессах, затем подвергают спеканию при высоких температурах в атмосфере инертных газов, с тем чтобы схватившиеся друг с другом частички прочно закрепились.
Впрочем, иногда необходимо, чтобы изделия из титанового порошка были не монолитными, а пористыми — в том случае, когда делают фильтрующие элементы.
Сделать такие элементы из обычного монолитного титана невозможно, а из порошка — очень легко и просто. Порошок прессуют таким образом, что между его частицами остаются микроскопические промежутки — поры, причем можно получить их строго определенной, заданной величины.
Фильтрующие элементы из титана применяются в тех производствах, где необходимо очищать от примесей агрессивные жидкости и газы. Титановые фильтры отличаются высокой стойкостью против коррозии, большой производительностью, они тщательно очищают растворы и газовые смеси. В нефтехимической промышленности они приходят на смену фильтрам из бронзы и фосфора, которые хрупки и недостаточно стойки.
Преимущества титановых фильтров в том, что их стойкость в агрессивных средах почти не уступает стойкости монолитного титана и вместе с тем они отличаются прочностью, обеспечивают высокую чистоту фильтрации и большую производительность.
Разработаны и уже внедрены титановые фильтры для водяных скважин. Фильтры собирают из секций длиной около трех метров и опускают в скважину на глубину сто метров и более. Титановые фильтры позволяют получать в час 10—18 кубических метров очищенной воды, что вдвое больше, чем дают скважины, оборудованные пластмассовыми, керамическими, асбоцементными и другими типами фильтров. Очищенная таким образом вода совершенно не содержит песка и полностью удовлетворяет потребителей.
Элементы из титанового порошка отлично зарекомендовали себя при фильтрации ацетилцеллюлозы в производстве ацетатного шелка. Применение титана не только обеспечивает высококачественную фильтрацию растворов, но и облегчает механизацию этого процесса, устраняет частую перезарядку фильтров, исключает значительные потери жидкостей, а также ликвидирует вредные условия труда, связанные с перезарядкой фильтров.
Фильтры из титана успешно применяют в производстве полиэтилена для очистки азота в сушильных агрегатах. Ранее применявшиеся керамические (фарфоровые) фильтры не выдерживали изгибающих нагрузок от налипания порошка полиэтилена на их поверхность и разрушались. Разрушение влекло за собой остановку технологического процесса. С внедрением титановых фильтров этот недостаток устранен.
Эффективно также применение титановой металлокерамики для тонкой фильтрации азотной кислоты. Металлокерамические пористые диски широко используют в качестве капиллярнопористого тела. Следует подчеркнуть, что фильтрующие элементы из титана в состоянии выдерживать продолжительную эксплуатацию при температуре 200—250 °С и давлении, достигающем 9 мегапаскалей.
За рубежом из титановой металлокерамики выпускают корпуса подшипников, запорные кольца и лопатки компрессора для турбореактивных двигателей, заклепки, получая при этом значительный экономический эффект. Применяемые в химической промышленности фитинги из титанового порошка стоят вдвое дешевле обычных кованых.
СУДЬБА "СЕРЕБРА ИЗ ГЛИНЫ’
В 1855 году посетители Всемирной выставки в Париже среди фарфора и прочих драгоценностей с интересом рассматривали новый, впервые показанный широкой публике .экспонат — ”се- ребро из глины”. Так называли тогда алюминий. Килограмм этого металла стоил 1200 рублей золотом! Самый распространенный в природе металл, буквально валяющийся под ногами, уступающий по своей распространенности на Земле только кислороду и кремнию, ценился в те времена дороже золота. В это сейчас, конечно, трудно поверить.
Соединения алюминия были известны еще первобытным людям. Ведь глину, которая представляет собой содержащее алюминий соединение, использовали еще в доисторические времена. В середине XVIII века из квасцов был выделен оксид алюминия, впоследствии названный глиноземом.
В самом начале XIX столетия английский химик Хэмфри Дэви тщетно пытался выделить из глинозема металл с помощью электрического тока. Неудачно окончились и аналогичные попытки уже известного нам Берцелиуса, который назвал содержащийся в глиноземе элемент алюмием. Дэви несколько изменил это название и металл получил имя, которое осталось за ним с тех пор навсегда.
Важную роль в проблеме алюминия сыграл датский физик Ганс Христиан Эрстедт. В 1825 году, получив безводный хлорид алюминия, Эрстедт сделал попытку восстановить его калием. Попытка удалась. Датский физик писал, что в результате образовался "кусок металла с цветом и блеском, несколько похожим на олово”.
Летом 1827 года в Копенгаген приехал немецкий химик Фридрих Вёлер. Посетив Эрстедта и узнав, что тот, поглощенный работами по электромагнетизму, не собирается в дальнейшем заниматься получением алюминия, Велер, как только возвратился в Германию, продолжил опыты датского физика и усовершенствовал его метод.
Вначале Велер получал металлический алюминий в виде серого порошка. Почти двадцать лет понадобилось немецкому химику, чтобы добиться превращения порошка в компактную массу. Метод получения алюминия был уже достаточно совершенным и Вёлер мог бы наладить промышленное производство металла, но почему-то не сделал этого.
Заслуга получения алюминия в значительном количестве принадлежит французскому ученому и промышленнику Анри Сен- Клер Девиллю. Именно он и представил на Всемирной парижской выставке алюминиевые полоски и несколько слитков общей массой около килограмма, вызвавшие большую сенсацию. На эти кусочки металла смотрели с таким же восторгом и интересом, с каким мы сейчас смотрим на лунные камни.
Модницы "высшего света" щеголяли в алюминиевых украшениях, стоивших дороже золота. Император Наполеон III распорядился, чтобы во дворце Тюильри посуда была исключительно алюминиевая.
При поддержке французского правительства Девилль основал первый алюминиевый завод и приступил к постоянному выпуску металла в сравнительно небольших количествах. Следует подчеркнуть, что к тому времени, когда французский энтузиаст загорелся идеей создания алюминиевого производства, наметились два пути получения металла. Девил ль избрал химический путь извлечения алюминия по методу Эрстедта — Вёлера, а ведь уже в 1854 году предложили электрохимический метод получения металла из расплавленной соли.
Второй путь был гораздо более перспективным, но требовал большого количества электроэнергии. Единственным источником тока были тогда гальванические батареи. Если бы для извлечения алюминия стали использовать электрохимический метод, и без того высокие цены на алюминий подскочили бы еще выше.
За весь период с 1855 по 1890 год было получено всего 200 тонн алюминия. Килограмм самого дешевого алюминия, полученного химическим методом, стоил 18 золотых рублей. Это было недешево, и высокая стоимость была основной причиной, по которой металл не находил сбыта. В 1899 году английское королевское общество чествовало Д.И. Менделеева, и в знак выдающихся заслуг нашему великому соотечественнику был преподнесен драгоценный подарок — весы из золота и алюминия!
Алюминий использовали только в ювелирной промышленности как суррогат серебра да в виде порошка применяли для нанесения на поверхность знамен. ”Нет ничего труднее, чем заставить людей применять новый металл”, — вздыхал Анри Девилль.
В конце XIX века в промышленность пришло электричество. Была создана динамомашина, люди научились получать трехфазный ток и передавать его на расстояние. Тут-то и вспомнили о электрохимическом методе.
Алюминий стали получать электролизом расплава солей. Выпуск металла резко возрос, существенно снизилась его цена: на стыке XIX и XX веков килограмм алюминия стоил уже 1 рубль золотом.
В конце XIX века ежегодный выпуск алюминия исчислялся тысячами тонн. Можно было производить его в еще больших количествах, но металл не находил применения.
Спрос на алюминий увеличился в годы первой мировой войны и неуклонно возрастал с развитием воздухоплавания и авиации. Его стали использовать в производстве воинского снаряжения, в конструкциях дирижаблей и аэропланов. В 1930 году в мире было произведено 300000 тонн этого металла, а сейчас ежегодный выпуск алюминия исчисляется многими миллионами тонн.
Алюминий — второй металл современности, по масштабам производства уступающий только железу. Сплавы алюминия широко применяют в самых различных областях: в машиностроении и электротехнике, в строительстве и в пищевой индустрии, на транспорте и в быту. Из него воздвигают мосты и сооружают плавательные бассейны, делают остовы самолетов и скамейки многотысячных стадионов.
Моторные лодки, корпуса вагонов, автобусов и троллейбусов, электропроводка, фольга для упаковки шоколада, конфет, молочной продукции — да разве можно перечислить все области, назвать все изделия, которые связываются в нашем сознании с этим серебристым металлом, который когда-то считался драгоценным и не мог найти применения? Такова чудесная метаморфоза алюминия — металла с завидной судьбой.
ЗВЕНО В ЦЕПИ УСКОРЕНИЯ
Не так ли и титан, еще не занявший подобающего места в народном хозяйстве по масштабам использования, таит в себе массу нераскрытых сил и возможностей? И не ожидает ли его такая же судьба, такие же грандиозные перспективы, какие уже стали реальностью для алюминия? Думается, что на эти вопросы можно ответить утвердительно, особенно если учесть, что с момента выпуска первых в мире килограммов титана прошло всего-навсего четыре десятилетия.
Алюминий же как конструкционный материал известен человечеству с 1855 года. Но только в наши дни он получил широкое распространение, сделался обычным недорогим металлом. В 40-е годы нашего века алюминий был еще сравнительно дорогим, и его годовое производство в мире исчислялось не многими миллионами, а несколькими сотнями тысяч тонн. Приблизительно в таких же масштабах ныне производится титан.
Специалисты говорят, что сейчас титан стоит столько же, сколько стоил алюминий в 40-е годы, когда применялся в основном в авиационной промышленности, но зато мы знаем о титане гораздо больше, чем в то время знали об алюминии. Это и неудивительно, так как с момента возникновения титановой промышленности исследования этого материала проводятся в таких крупных масштабах, которые не знала история ни одного металла.
Можно смело сказать, что в мире еще не было конструкционного материала, о котором бы на протяжении совсем небольшого промежутка времени столько говорили, который так пристально изучали, как изучают титан и как говорят о нем. О титане пишут статьи в центральных газетах и научно-популярных журналах, издают книги, печатают монографии, снимают кинофильмы.
А ведь существовал период, когда титан не мог найти приложения своим богатырским силам в народном хозяйстве и обращался на ”биржу труда”. Сейчас этот период уже давно позади. Уровень потребления металла века стремительно вырос. Это результат очень большой и целенаправленной работы, итог интенсивной научно-практической деятельности.
Каковы же особенности применения титановых сплавов в народном хозяйстве теперь, с учетом большого накопленного опыта, с учетом того, что об этих материалах наслышаны многие, знают им цену и стремятся их использовать?! С таким вопросом, разумеется, целесообразнее всего обратиться во Всесоюзный институт титана. Отвечает ведущий научный сотрудник, лауреат Государственной премии УССР в области науки и техники, кандидат технических наук В.В. Волынский: ”Если прежде перед нами стояла задача изучить возможности титана как народнохозяйственного материала, познакомить с металлом его потенциальных потребителей, убедить их обратить на новый материал пристальное внимание, расширить его области применения вообще, — рассказывает ученый, — то ныне, когда это уже допустимо, задача несколько изменилась. Теперь внедрение идет преимущественно в те отрасли, где титан наиболее пригоден или незаменим, где его использование позволяетдостичь максимального эффекта. Это прежде всего хлорсодержащие среды химической, целлюлозно-бумажной промышленности, гидрометаллургическое производство цветной металлургии, гальванотехника. Но во всех этих случаях используется только одно ценное свойство титана — высокая устойчивость против коррозии. А ведь титан — замечательный конструкционный материал, и в этом направлении, в деле использования металла для конструкций, испытывающих тяжелые механические нагрузки, работы еще непочатый край. Тем более, что XXVII съезд КПСС наметил курс на опережающее развитие машиностроения.
Титан — металл нашего времени. Его применение постоянно расширяется, и для многих целей он более перспективен, чем любые другие металлы. В конце 60-х годов производство титана в США и Японии — двух ведущих в этой области странах капиталистического мира — составляло ежегодно соответственно 20 и 10 тысяч тонн. Сегодня оно перешло рубеж 100 тысяч тонн.
К сожалению, наши разработчики серийных машин, механизмов, транспортных средств очень робко применяют титан, не учитывают его богатейших возможностей. И совершенно напрасно. Ведь как нужна прочная, облегченная, не боящаяся ни мороза, ни влаги техника для предприятий Севера, нефтяников Тюмени, развития Байкало-Амурской магистрали, для многих строек, еще только намечаемых! При ее изготовлении можно применять не только различные серийные сплавы, но и вторичный титан, производство которого следует развивать и развивать. Сплавы вторичного титана окажутся очень ценными, например, для создания железнодорожных вагонов, перевозящих поваренную соль, химические удобрения, пестициды и другие агрессивные вещества. Нужно только интенсивнее осваивать как выпуск таких сплавов, так и разработку из них истинно современного оборудования. Ведь именно сейчас партия настойчиво призывает нас к ускорению, перестройке, к строжайшей экономии и бережливости, к рациональному использованию металлов. Как же тут обойтись без такого экономичного, прогрессивного материала, как титан?!” К словам запорожского ученого можно только присоединиться.
В новой редакции Программы КПСС записано: "Необходимо укрепить потенциал и осуществить качественный сдвиг в металлургии, химии и в других отраслях тяжелой промышленности, производящих конструкционные материалы, постоянно расширять ассортимент, улучшать качество материалов, увеличивать выпуск их новых, наиболее экономичных и прогрессивных видов.” Титановые сплавы, разумеется, в самую первую очередь относятся к числу именно таких материалов. Развитие их производства тесно, напрямую связано с научно-техническим прогрессом. С другой стороны, широкое их распространение в народном хозяйстве способствует прогрессу техники, экономики, росту благосостояния. Научно-технический прогресс — главный рычаг интенсификации, решительного ускорения, коренной перестройки — всего того, чем сейчас занята наша страна.
Титан называют металлом будущего. Это, конечно, правильно. В будущем появятся новые области применения замечательного материала, люди создадут сплавы с еще более удивительными свойствами. Но ведь будущее начинается сегодня, будущее и настоящее не отделены непроходимой границей.
Титан уже давно стал материалом современности — ценным, важным и необходимым. Больше того, широкое, повсеместное его применение как раз и позволит скорее приблизить то светлое и прекрасное будущее, о котором мы все мечтаем.
ТЕЛЕГРАМКанал с обзорами, анонсами новинок и книжными подборками
Книжный Вестник
Бот для удобного поиска книг (если не нашлось на сайте)
Поиск книг
Свежие любовные романы в удобных форматах
Любовные романы
О психологии, саморазвитии и личностном росте
Саморазвитие
Детективы и триллеры, все новинки
Детективы
Фантастика и фэнтези, все новинки
Фантастика
Отборные классические книги
Классика
ВКОНТАКТЕБиблиотека с любовными романами, которая наверняка придётся по вкусу женской части аудитории
Любовные романы
Библиотека с фантастикой и фэнтези, а также смежных жанров
Фантастика
Самые популярные книги в формате фб2
Топ фб2
книги