Современная металлургическая промышленность производит почти все известные металлы

Области применения титана, циркония и гафния
Области применения титана
Титан и сплавы на его основе. Производство титана и сплавов на его основе возникло в на­чале 50-х годов в связи с потребностью в новых конструк­ционных материалах для реактивной авиации и ракетной тех­ники. Сплавы на основе титана обладают высокой удельной прочностью (отношение прочности к плотности). Лучшие сов­ременные сплавы на основе титана (легированные добавками А1, Сг, V, Мо, Мп) имеют временное сопротивление (б_в = = 1200-1500МПа, что отвечает удельной прочности 270-330. Легированные стали с тем же б_в имеют удельную прочность 155-190.
Из сплавов на основе титана изготовляют части фюзеляжа самолетов и детали реактивных двигателей. В ракетострое­нии из легированного титана изготовляют корпусы двигате­лей, емкости для жидкого водорода и другие детали. Сплавы на основе титана используют в морском судостроении, перс­пективно их применение в автомобильном и железнодорожном транспорте.
Широко используют титан и сплавы на его основе, как
коррозионностойкие, в химическом машиностроении, конден­сационных системах ТЭЦ, производстве медицинского инстру­мента и других областях.
Ведущими странами в области производства титана явля­ются СНГ, США и Япония. Промышленный выпуск титана осу­ществляется также в Англии, Франции. Примерно 75-80 % титана используется в авиации, судостроении и космической технике, остальное в химическом машиностроении и других областях.
Титан в сталях. В связи с высоким сродством к кислороду и азоту титан используют как эффективный раскислитель и деазотизатор стали. Кроме того, титан связы­вает серу, образуя прочный сульфид и устраняя этим образование прослоек легкоплавкой эвтектики Fе-FеS, вызываю­щих красноломкость стали. Для раскисления и деазотизации в сталь вводят от 0,03 до 0,2 % титана в виде ферротитана (18-25 % Тi). В качестве легирующей присадки титан вводят в марганцовистые, хромистые, хромомолибденовые и хромоникелевые коррозионностойкие стали. В последних титан уст­раняет межкристаллитную коррозию.
Сплавы с цветными металлами. Добавки титана к меди, медным и алюминиевым сплавам улуч­шают их прочностные свойства и сопротивление коррозии. Для раскисления меди применяют купротитан (сплав меди с 6-12 % титана). В алюминиевые бронзы вводят 0,5-1,55 % титана в виде сплава алютита (40 % А1, 22-50 % Т1, 40 % Си).
Твердые и жаростойкие сплавы. Карбид титана входит в состав инструментальных твердых сплавов (10-40 % ТiС, 85-50 % WС, остальное - кобальт) -наиболее эффективных для обработки сталей и имеющих боль­шое народнохозяйственное значение.
В последние годы разработаны и выпускаются безвольфра­мовые твердые сплавы на основе карбида и нитрида титана с никельмолибденовой цементирующей связкой. Карбид титана входит также в состав жаростойких и жаропрочных сплавов, применяемых для изготовления деталей газовых турбин в ре­активных двигателях.
Диоксид титана. Наиболее важно применение диоксида титана для изготовления белого пигмента - тита­новых белил, обладающих высокой кроющей способностью и неядовитых. Их используют для окраски судов, машин, вво­дят в состав эмалей, резины, бумажной массы.
Природный диоксид титана (рутил) или технический диок­сид вводят в состав обмазки электродов для электросварки. Высокая диэлектрическая постоянная рутильной формы ТiO₂ (173-180) обусловила ее применение (а также титаната ба­рия) для изготовления твердых диэлектриков в производстве конденсаторов, радиоаппаратуры, высокочастотных печей.
Мощность заводов по производству диоксида титана в ка­питалистических странах составила в 1985 г. 2770 тыс.т.
Области применения циркония
Цирконий, его сплавы и соединения используют в различ­ных областях техники: атомной энергетике, электронике, пиротехнике, машиностроении, производстве сталей и спла­вов с цветными металлами, огнеупоров, керамики и эмалей, в литейном производстве.
Атомная энергетика. Цирконий, очищен­ный от примеси гафния, обладает низким сечением захвата тепловых нейтронов, тугоплавкостью, антикоррозионной стойкостью и хорошими механическими свойствами. Это при­влекло к нему внимание в начале 50-х годов как к ценному конструкционному материалу для изготовления защитных обо­лочек урановых тепловыделяющих элементов, труб, в которых циркулирует теплопередающая жидкость, и других конструк­тивных элементов ядерных реакторов.
Для улучшения свойств циркония его легируют добавками олова (1,4-1,6%); железа (0,1-0,15%), хрома (0,08 -0,12%), никеля (0,04-0,06%).
Электроника. В этой области используют спо­собность циркония поглощать газы (служить геттером) для поддержания высокого вакуума в электронном приборе. С этой целью порошок циркония наносят на поверхность ано­дов, сеток и других деталей. Циркониевую фольгу применяют в качестве фильтра в рентгеновских трубках с молибденовы­ми антикатодами.
Пиротехника и производство
боеприпасов. Порошки циркония, имеющие низкую температуру воспламенения и высокую скорость сгорания, применяют в качестве воспламенителя в смесях капсулей-детонаторов, а также в смесях для фотовспышки. В смеси с окислителями [В()₃)₂, КСЮ₃] порошки циркония образуют бездымный порох.
Машиностроение. В связи с расширением производства ковкого циркония и сплавов на его основе привлечено внимание к его использованию в химическом ма­шиностроении как кислотостойкого материала (детали цент­рифуг, насосы, конденсаторы, испарители и др.), в общем машиностроении (поршни, шатуны, тяги и др.) И турбострое­нии (лопасти турбин и другие детали).
Стали и сплавы с цветными
метал л ами.
Цирконий - эффективный раскислитель и деазотизатор сталей. Кроме того, он ценный легирующий элемент вводимый в некоторые сорта броневых и орудийных сталей, коррозионностойких и жаропрочных сталей. Для введения в стали используют ферросиликоцирконий (40-45 % 2г, 20-24 % 51, остальное железо). Цирконий входит в состав ряда сплавов на основе цветных металлов.
Цирконием легируют медь (0,1-5 % Zr) для улучшения прочностных характеристик. Получили распространение спла­вы магния, легированные цирконием для придания им мелко­зернистой структуры. Цирконий добавляют в свинцовистые бронзы, что предотвращает сегрегацию свинца в сплаве. Вы­сокой прочностью и электропроводностью обладают меднокадмиевые сплавы, содержащие 0,35 % Zr.
В последние годы разработаны сверхпроводящие сплавы, содержащие цирконий. В частности, сплав 75 %Nb- 25%Zr используют для изготовления электромагнитов с высоким напряжением магнитного поля.
Производство огнеупоров, фар­фора, эмалей и стекла. В этих областях используют более половины общего потребления циркония. В качестве огнеупора применяют минерал циркон ZrSiО₄ и дио­ксид циркония. Последний обычно стабилизируют добавками оксидов кальция, магния или иттрия, исключающих растрес­кивание изделий при нагревании вследствие стабилизации высокотемпературной кубической модификации. Из диоксида циркония и циркона изготовляют кирпич для металлургичес­ких печей, тигли и другие изделия.
Диоксид циркония и его минералы вводят в состав элект­ротехнического фарфора для линий электропередач, высоко­частотных установок и запальных свечей двигателей внутре­ннего сгорания. Их вводят также в состав эмалей (для при­дания им белого цвета и кислотостойкости) и в состав не­которых сортов стекла (повышается устойчивость стекла против действия растворов щелочей).
Литейное производство. В этой обла­сти используют значительную долю цирконовых концентратов для присыпки литейных форм с целью получения хорошей по­верхности отливок.
Прочие области применения. Среди других областей следует упомянуть применение ZrО₂ в синтезе пьезокерамических материалов (цирконотитанаты свинца и др.) и I для полировки оптического стекла; применение ZrО₂ или смеси ZrО₂-V₂О₃ в качестве твердого электролита в высокотемпературных топливных элементах (1000 °С и вы­ше); использование двойных сульфатов циркония в качестве дубителя в сожевенной промышленности; тетрахлорида и оксихлорида циркония для приготовления катализаторов, ис­пользуемых в синтезе органических соединений.
Примерное распределение циркония по областям потребле­ния следующее, %: литейное производство 42, огнеупоры 30, керамика 12, абразивы 4, металл, сплавы и другое примене­ние 12.


Области применения гафния
Промышленное производство гафния возникло в 1950-1951 гг. Вследствие высокого сечения захвата тепло­вых нейтронов (115 • 10~²⁴ см²) металл и его соединения (HfО₂, НfB₂) используют в регулирующих и защитных устрой­ствах ядерных реакторов. Вторая перспективная область -производство тугоплавких и жаропрочных материалов. Так, перспективно использование карбида гафния (температура плавления 3890 °С), а также твердого раствора 25 % НfС + 75 % ТаС (t_пл = 4200 °С). Высокой жаропрочностью отлича­ются сплавы гафния с другими тугоплавкими металлами (тан­талом, ниобием, вольфрамом).
Намечается использование гафния в электровакуумной те­хнике (катоды накаливания радиоламп и газоразрядных тру­бок) и для изготовления нитей накаливания электроламп.