Чем титановая посуда для туризма отличается от кухонной и в чем ее особенности

Алмаз – самый твердый природный минерал

Так выглядят бриллианты до того, как их дарят своим возлюбленным

Алмаз является самым твердым известным природным минералом, который когда-либо находили на нашей планете. Еще одним удивительным свойством этого природного минерала является его способность к неограниченно по длительности существованию. Необходимо отметить, что алмаз –это редкий, но вместе с тем довольно широко распространенный минерал. Промышленные месторождения алмазов встречаются на всех континентах, кроме Антарктиды. Благодаря различному количеству цветов, алмазы используются в широком спектре отраслей промышленности, включая производство. При этом, несмотря на свою твердость, алмаз очень легко поцарапать – но только другим алмазом. О происхождении и возрасте алмазов до сих пор нет точных научных данных, хотя согласно результатам некоторых исследований, его возраст может варьироваться от 100 миллионов до 2,5 миллиардов лет.

Более того, известны метеоритные алмазы внеземного происхождения, так как этот самый твердый природный минерал на Земле также образуется при ударе во время падения крупных метеоритов на нашу планету. Однако наиболее удивительное свойство алмаз принимает после того, как ученые помещают его в вакуум или оставляют под воздействием инертного газа – при повышенных температурах этот минерал постепенно переходит в графит. Кстати, недавно внутри алмаза был обнаружен новый минерал. Подробнее об этом удивительном открытии мы вам уже рассказывали.

Технологии сварки титана

Что такое фольгированный изолон и чем он отличается от обычного

К наиболее часто применяемым технологиям сварки титана со сталью относятся дуговая в защитных газовых средах и под флюсом, электрошлаковая, а также сварка с помощью электронного луча. Применяется как ручная, так и сварка титана полуавтоматом с помощью неплавящихся электродов или титановой проволоки, а также флюсов. В целях уменьшения затрат энергии и сокращения зоны термического воздействия, исключения пор в швах и для повышения защиты титана от воздействия воздуха при сварочных работах применяются бескислородные фторидно-хлоридные флюсы.

Для дуговой сварки титановых сплавов в инертных газовых средах пользуются плавящимися либо вольфрамовыми электродами, для автоматической в аргоне – проволоками для сварки титана, вылет которых не может превышать 2-2,5 см. Ручная аргонодуговая сварка электродами из вольфрама проводится постоянным током при прямой полярности, для заготовок толщиной до 4 см он не может превышать 170 А. Для работ с изделиями толщиной около 12 мм подойдет холодная сварка титана плазмой, а для большей толщины – сварка в несколько проходов. Плазменная сварка с неплавящимися электродами способна обеспечить производительность большую, чем у традиционной аргонодуговой, с меньшими деформациями свариваемой заготовки

Но при этом очень важно соблюдение жестких требований по качеству сборки конструкции

Из-за низкой теплопроводности материала при использовании технологии сварки титана аргоном с помощью плавящихся электродов получаются стыковые швы специфической конусообразной формы и небольшим коэффициентом формы шва. В случае использования для сварке гелия формы швов бывают лучше. Это объясняется большим напряжением дуги в гелии. Получаемые сваркой аргоном швы довольно узкие, а в гелии – несколько шире. При этом расход гелия для обеспечения требуемой защиты материала значительно превышает расход аргона из-за возрастания размеров зоны расплавления.

Технология сварки титана в заготовках небольшой толщины предполагает использование ручных горелок с электродами из вольфрама, а также обычных автоматов аргонодуговой сварки и неплавящихся электродов. Для этого подается постоянный сварочный ток с прямой полярностью. Применение присадочных металлов обосновано для толщины листов от 1,5 мм. Без них показатели прочности соединения не будут превышать прочности основного материала. Использование прутка приводит к поглощению его разогретой поверхностью определенного объема газов, это способствует понижению пластичности металла в швах.

К особенностям сварки титана при толщине заготовок больше 4 мм относится применение различной разделки кромок (в X-, U- или V-форме). А для большей глубины сплавления в сварке электродами из вольфрама пользуются пастообразными флюсами. Их наносят небольшим слоем по краю кромки, что способствует свариванию металла без разделывания кромок с применением менее сильных, чем обычно, токов. Данная технология сокращает деформации свариваемых изделий при холодной сварке титана, цену которой можно снизить за счет сокращения пористости шва, а также рафинирования части металла в нем.

Присоединение титановых деталей большой толщины возможно без разделывания кромок сваркой с помощью погруженной дуги с неплавящимся электродом. Двухсторонней сваркой, производимой в два прохода, с использованием плавящегося электрода можно соединять без скоса кромок заготовки значительной толщины. Благодаря высокому электрическому сопротивлению этого металла вылет электрода будет небольшим. Процесс сварки осуществляется постоянным током при обратной полярности.

Удобна для титана, как и некоторых других особо активных металлов, сварка при помощи электронных лучей, позволяющая получать глубокие и узкие швы на изделиях большой толщины. А лазерная сварка титана, использующая в нагреве энергию излучения лазера, применяется для наплавки, прошивки отверстий, резки и поверхностной обработки деталей.

Материалы и оборудование для литья титана

Алюминиевая посуда: мифы и правда об использовании

Вследствие высокой активности нагретого титана для его литья приходится применять специфическое оборудование.

Плавильный агрегат и машина литья литейных форм размещаются в герметичной вакуумированной камере. Высокопроизводительные насосы откачивают как воздух на начальном этапе, так и удаляют газы, образующиеся при плавлении и отливке.

Машина для литья литейных форм

Обычные керамические тигли для плавки не подходят, вместо них используют графитовые. В электродуговых печах, где нагрев идет изнутри, используют охлаждаемые емкости, покрытые тонким слоем металлического титана — так называемые гарнисажи. Сверху в тигель опускается расходуемый электрод. Автоматическая подача поддерживает постоянное расстояние от электрода до поверхности расплава по мере его расходования.

Ниже тигля находится блок литейных установок, в который расплав подается под действием своего веса. Для улучшения распределения расплава по форме блок с формами может вращаться.

Время опрокидывания тигля определяется исходя из постоянно контролируемых параметров — температуры тиглей, давления, химического состава расплава.

Пресс-формы из графита

Пресс-формы делают из графита. В последнее время вместо дорогостоящих графитовых форм начинают применять формы из обычных огнеупорных материалов со специальным тонким защитным покрытием, препятствующим вступлению титана в реакцию.

Сложность технологических процессов, высокая цена оборудования и расходных материалов, высокая квалификация персонала делают процесс отливки титана доступным лишь для специализированных промышленных производств.

Область применения титановых сплавов

Чем отличается долото от стамески?

Титан обладает прекрасными конструкционными свойствами: он прочен (вдвое прочнее алюминия), легок (почти вдвое легче стали), упруг, не ржавеет, хорошо выдерживает напряжения растяжения, сжатия и скручивания. От широкого применения легкого и прочного металла сдерживает его высокая стоимость и сложность обработки. Из титана делают самые ответственные высоконагруженные детали в аэрокосмической отрасли — там, где малый вес важнее высокой цены. Это как детали планера самолета, так и детали двигателя — крыльчатки нагнетателей и воздухозаборники.

Область применения титановых сплавов

Титан также широко применяется в производстве вооружений — от деталей стрелкового оружия и бронежилетов до корпусов подводных лодок, выдерживающих погружение на рекордные глубины в 1000 метров.

В нефтегазовой отрасли литье титановых сплавов применяется для изготовления труб и запорной арматуры для установок нефтегазодобычи, нефтепроводов и нефтегазоперерабатывающих заводов.

Прокат и литье из титана применяется также для производства деталей элитных и гоночных автомобилей и мотоциклов, велосипедов и часов.

Благодаря физиологической инертности из титановых сплавов делают также зубные и костные протезы.

Титановые сплавы

Разработка высокопрочных, жаропрочных, литейных и интерметаллидных титановых сплавов, технологий изготовления и обработки полуфабрикатов и деталей из титановых сплавов, композиционных материалов на базе титановых сплавов.

Разработка и выпуск нормативной документации на производственно-технологические процессы изготовления отливок, полуфабрикатов и поставку продукции.

Авторское сопровождение разработанных технологий в условиях металлургического производства.

Осуществление 3D-моделирования литейных процессов получения фасонных отливок из титановых сплавов в рамках созданного во ФГУП «ВИАМ» Центра компетенции (трансфера технологий) по разработке и производству сплавов на основе интерметаллидов титана.

Высокопрочные титановые сплавы

разработка конструкционных, высокопрочных и высоковязких, низкомодульных экономнолегированных титановых сплавов для различных отраслей промышленности, в том числе авиационно-космической, автомобильной и энергетического машиностроения;
разработка композиционных материалов с высокими удельными характеристиками на основе титана и углепластика;
разработка технологий изготовления полуфабрикатов и их термической обработки (в том числе сварных конструкций).

Жаропрочные титановые сплавы

разработка жаропрочных высокопрочных титановых сплавов, длительно работающих при температурах 500–600°С;
разработка технологий термомеханической и термической обработок полуфабрикатов с получением заданного комплекса механических свойств применительно к деталям ГТД;
разработка технологий термической обработки сварных узлов и деталей ротора компрессора, корпусных деталей и деталей направляющего аппарата авиационных двигателей из жаропрочных титановых сплавов.

Интерметаллидные и специальные титановые сплавы

разработка жаропрочных деформируемых интерметаллидных титановых сплавов на основе альфа-2 (α₂-Ti₃Al)-, гамма (γ-TiAl)- и орто (О-Ti₂AlNb)-фазы, а также специальных сплавов на основе титана, обладающих уникальным комплексом свойств;
разработка технологий изготовления полуфабрикатов из деформируемых интерметаллидных титановых сплавов, предназначенных для деталей перспективных газотурбинных двигателей с рабочими температурами до 650–700°С;
разработка технологий термомеханической и термической обработок полуфабрикатов из деформируемых интерметаллидных титановых сплавов для обеспечения регламентированного уровня механических и эксплуатационных свойств.

Литейные интерметаллидные и конструкционные титановые сплавы

разработка перспективных литейных титановых сплавов, в том числе интерметаллидных на основе гамма-алюминида титана (TiAl), предназначенных для получения деталей методами фасонного литья и аддитивного производства;
разработка современных технологий изготовления отливок из титановых сплавов и осуществление авторского технологического сопровождения производства на промышленных предприятиях;
компьютерное 3D-моделирование литейных процессов получения фасонных отливок из титановых сплавов.

Какие преимущества?

Можно ли делать МРТ с коронками?

Но титановые изделия зря игнорируют. Они стоят относительно недорого и превосходят другие конструкции по ряду качеств:

прочности – выше в 8-10 раз, чем у остальных материалов;
долгому сроку службы – от 12 лет;
устойчивости к коррозии – титан не окисляется в отличие от других металлов;
антибактериальности – микробы и бактерии не размножаются на поверхности коронки, что снижает риск вторичного кариеса;
совместимости – титан не токсичный, гипоаллергенный, не вызывает гальванические токи во рту или привкус металла;
отсутствию негативного влияния на расположенные рядом зубы и десны – титановые коронки не провоцируют разрушение твердых тканей и не приводят к воспалению пародонта;
легкости – конструкции весят мало, по весу ощущаются как свои зубы.

Еще один плюс титановых протезов – «прозрачность». Металл не отражает рентгеновские лучи – это позволяет увидеть на фото возможные патологические процессы под коронкой. Что делать если болит зуб под коронкой при надавливании?

Титановые изделия –популярны при мостовидном протезировании жевательных зубов

В плане биоинертности этот вид металла – лучший. Он безопасный, поэтому подходит для временных и постоянных протезов у детей. Не зря именно из титана производят имплантаты. Кстати, при протезировании на имплантах этот материал предпочтительнее других.

Цветные

Так как чистое золото в изготовлении ювелирных украшений практически не применяется, его используют в сочетании с другими металлами. Они не только улучшают его технические характеристики, но и влияют на цветовую гамму изделия.

Желтое

Сплав желтого цвета в ювелирном деле считается одним из традиционных. В состав помимо золота входит серебро и медь, а их пропорции варьируют оттенок от рыжеватого до лимонного. Так как строгих рамок количества лигатуры для желтого золота нет, его проба может меняться от самой низкой (333) до наиболее высокой (958) для сплава.

Красное

Если в смеси из аурума, серебра и меди большая доля приходится на последний элемент, изделие приобретает красный цвет. Его оттенки были характерны для украшения, производимых в СССР, однако в современной России практически не встречается. Медный цвет хорошо смотрится в сочетании с другими металлами (популярностью пользуются кольца из красного и белого золота), а также с драгоценными камнями.

Белое

Белое золото на сегодняшний день догнало по популярности желтое. Его изготавливают с добавлением платины, серебра и палладия. Стоимость такого изделия получается на порядок выше классического желтого сплава.

В ювелирном деле используют сплавы 585 и 750 пробы. Чтобы снизить стоимость украшения, белое золото часто используют в сочетании с более доступными металлами.

Зеленое

Зеленое золото встречается редко, хотя его рецепт – один из древнейших. Первые упоминания о нем относят к I–II тысячелетию до нашей эры. В России зеленые сплавы изготавливаются в двух вариациях:

58,5% золота и 41% серебра – 585 проба;
75,0% золота и 25% серебра – 750 проба.

Причина редкости зеленых украшений заключается в их хрупкости: при механических нагрузках металл разрушается.

Синее и голубое

Голубой оттенок украшений возникает при добавлении в состав индия. Сегодня подобные сплавы считаются мифом, так как все данные о них носят лишь теоретический характер.

Единственный человек, сумевший добиться результара, – Антониасси – оставил технологию производства в тайне от современников и потомков. Украшения голубого цвета, которые можно найти сегодня на прилавках ювелирных салонов, – это сплавы, покрытые лаком или подвергшиеся родированию.

Черное

Черное золото появилось сравнительно недавно. Получить его можно несколькими способами, в том числе и при помощи современных технологий (воздействие на готовое изделие лазером). Если говорить исключительно о сплавах, то для получения нужного оттенка в него добавляют хром и кобальт.

Серое

Украшения из серого золота в чистом виде встречаются крайне редко. Чуть чаще ювелиры выпускают изделия со вставками этого сплава. Редкий и необычный оттенок достигается путем добавления в состав стали. Для закрепления результата готовое украшение обрабатывают гальваническим способом, в процессе которого на изделие наносится тончайшая металлическая пленка.

Розовое

Розовое золото считается одной из разновидностей красного. Главное его отличие – наличие в сплаве не только меди, но и серебра.

Фиолетовое или аметистовое

Добавление в состав калия либо алюминия придает ему фиолетовый или лиловый оттенок. Украшения подобного цвета появились исключительно благодаря любознательности современных мастеров ювелирного дела. Они нашли записи о фиолетовом золоте, бывшем в ходу в Древнем Египте, а затем путем проб и экспериментов воплотили его рецепт в жизнь.

Коричневое или бурое

Бурое золото используется в ювелирном деле давно. Однако еще несколько десятилетий назад из него изготавливали исключительно наручные часы. Сегодня же украшения коричневого цвета встречаются во многих коллекциях ювелирных домов и маркируются 585 либо 750 пробой. Изготовление изделия нужного оттенка происходит в несколько этапов.

Сначала готовится сплав, а после формирования украшения наступает второй этап – его обрабатывают специальным химическим составом.

Свойства титана

22 химический элемент таблицы Д. Менделеева Titanium (Ti) относится к 4 группе 4 периода.

Это один из тугоплавких металлов. Он плавится при температуре +1660 °С (±20°). Титан отличается парамагнитностью: он не намагничивается в магнитном поле и не выталкивается из него.
Металл характеризуется низкой плотностью и высокой прочностью. Но особенность этого материала заключается в том, что даже минимальные примеси других химических элементов кардинально изменяют его свойства. При наличии ничтожной доли других металлов титан теряет свою жаропрочность, а минимум неметаллических веществ в его составе делают сплав хрупким.
Эта особенность обуславливает наличие 2 видов материала: чистого и технического.

Титан чистого вида используют там, где требуется очень легкое вещество, выдерживающее большие нагрузки и сверхвысокие температурные диапазоны.
Технический материал применяется там, где ценятся такие параметры, как легкость, прочность и устойчивость к коррозии.

Вещество обладает свойством анизотропности. Это означает, что металл может изменять свои физические характеристики, исходя из приложенных усилий

На эту особенность следует обращать внимание, планируя применение материала

Титан теряет прочность при малейшем присутствии в нем примесей других металлов

Проведенные исследования свойств титана в нормальных условиях подтверждают его инертность. Вещество не реагирует на элементы, находящиеся в окружающей атмосфере.
Изменение параметров начинается при повышении температуры до +400°С и выше. Титан вступает в реакцию с кислородом, может воспламеняться в азоте, впитывает газы.
Эти свойства затрудняют получение чистого вещества и его сплавов. Производство титана основано на применении дорогостоящей вакуумной аппаратуры.

Титан и конкуренция с другими металлами

Этот металл постоянно сравнивают с алюминием и сплавами железа. Многие химические свойства титаназначительно лучше, чем у конкурентов:

По механической прочности титан превосходит железо в 2 раза, а алюминий в 6 раз. Прочность его увеличивается при снижении температуры, чего не отмечается у конкурентов.
Антикоррозионные характеристики титана значительно превышают показатели других металлов.
При температурах окружающей среды металл абсолютно инертен. Но при повышении температуры свыше +200°С вещество начинает поглощать водород, изменяя свои характеристики.
При более высоких температурах титан вступает в реакции с другими химическими элементами. Он обладает высокой удельной прочностью, что в 2 раза превосходит свойства лучших сплавов железа.
Антикоррозионные свойства титана значительно превышают показатели алюминия и нержавеющей стали.
Вещество плохо проводит электричество. Титан имеет удельное электросопротивление в 5 раз выше, чем у железа, в 20 раз, чем у алюминия, и в 10 раз выше, чем у магния.
Титан характеризуется низкой теплопроводностью, это обусловлено низким коэффициентом температурного расширения. Она меньше в 3 раза, чем у железа, и в 12, чем у алюминия.

Нечеловеческая тяжесть

В одном из цехов ВСМПО висит серия занятных плакатов. На них изображены крупные штамповки — заготовки для будущих элементов шасси огромных лайнеров. Рядом с изображением, скажем, десять автомобилей определенной марки. Цель — показать сотрудникам, насколько дорога продукция предприятия и как высока цена ошибки или брака. Крупные штампованные детали для турбовентиляторных двигателей, силовых конструкций центроплана и, конечно, шасси — наиболее впечатляющая часть ассортимента ВСМПО. Самая большая из этих деталей — балка тележки шасси от гигантского лайнера А380. Немногим ей уступает подобная же деталь от Boeing 787. Для производства больших штамповок применяются мощные прессы, среди которых уникальный гидравлический, массой 75 000 т. Таких машин в мире только три — правда, недавно китайцы объявили о создании 80 000-тонного пресса, так что рекорд мира, похоже, уплыл в Поднебесную. Еще в недавние времена штампы для прессов создавали по старинке: делали деревянную форму, а по ней копировальный станок изготавливал металлический штамп. Сейчас уже научились обходиться без дерева. Заказчик предоставляет компьютерную модель изделия, затем другое ПО моделирует процесс штамповки с учетом распределения температур, текучести металла и т. д., и уже на основе этих данных выдается оптимальная форма штампа, которая и воплощается в металле.

Разумеется, штамповка — это не готовое изделие. Чтобы штамповка, например балка тележки шасси, превратилась в готовую деталь, ее надо обработать на токарном станке, провести глубокое сверление центральной части, просверлить технические отверстия и, наконец, фрезерным станком создать окончательный профиль поверхности. Полную финишную мехобработку на ВСМПО не делают, но доля предприятия в этом процессе увеличивается. Сейчас с изделий, выходящих из стен ВСМПО, остается снять еще примерно 1,5 мм металла.

Недавно в цех мехобработки были поставлены единственные на сегодняшний день в России пятипортальные фрезерные станки MAG Cincinnati. С их появлением ребристый рельеф на балку тележки шасси от новейшего Boeing 787−9 наносят уже в стенах ВСМПО.

Статья «Титан, который летит над миром» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№9, Сентябрь 2014).