В машиностроительных отраслях народного хозяйства титан пока еще не нашел широкого применения. Главной причиной, объясняющей такое положение, является ограниченность до недавнего времени сведений о свойствах титановых сплавов, их конкурентоспособности и эффективности использования в различных конструкциях машин и механизмов. Второй, не менее важной, причиной явилась дефицитность и высокая стоимость сплавов, что практически сводило к пулю их технико-экономические преимущества. В ряде случаев сдерживающим фактором явились низкие антифрикционные свойства сплавов титана, несвариваемость его с другими металлами и др.

В отечественной промышленности титановые сплавы применяются, главным образом, в химическом, тяжелом, энергетическом и транспортном машиностроении, машиностроении для легкой, пищевой промышленности и бытовых приборов.

Промышленностью выпускается оборудование, которое можно условно разделить на две группы: стандартное — серийно изготавливаемое специализированными машиностроительными заводами, и   нестандартное — изготавливаемое заводами  для   своих   нужд.

Стандартное оборудование в основном изготавливается заводами химического машиностроения. Номенклатура оборудования этих заводов достаточно широка и включает в себя запорную, перекачивающую, емкостную, колонную, фильтрующую, автоклавную, разделительную и специальную аппаратуру.

Запорная арматура. К ней относятся различные вентили, шаровые и обратные краны.
Перекачивающая арматура. Ряд производств связан с применением большого количества насосов, перекачивающих агрессивные среды при повышенных температурах. Проточная часть арматуры должна обладать высокой стойкостью против коррозии. В настоящее время изготавливаются в большом количестве насосы из титановых сплавов. Наряду со штампосварными широко применяются насосы, собираемые из фасонных отливок. Стоимость последних ниже, эффективность применения выше.

Емкостная аппаратура широко применяется во многих отраслях промышленности для хранения, процессов смешения, кристаллизации, термообработки и т. д. Требования к ней аналогичны требованиям, предъявляемым ко всему оборудованию, работающему с агрессивными средами. Пока еще основное количество емкостей изготавливается из дорогостоящих никельсодержащих сталей с большим припуском массы на коррозию, что неэкономично. Кроме того, продукты коррозии влияют на качество готовой продукции. В настоящее время освоено изготовление титановой   емкостной аппаратуры. Производство ее осуществляется на заводах «Прогресс» (г. Бердичев), машиностроительном им. Фрунзе (г. Сумы), в небольших количествах— на заводах «Уралхиммаш» (г. Свердловск) и «Узбекхиммаш» (г. Чирчик).

Колонная аппаратура. Наиболее широко применяются титановые сплавы для конструкций башен, адсорберов, в виде насадочных, барботажных, тарельчатых, ректификационных, распылительных колонн и т. д.
Теплообменная аппаратура широко применяется в промышленности для подогрева, кипячения, испарения, конденсации и охлаждения различных агрессивных сред. Рабочие агрессивные среды могут быть жидкие, пастообразные, твердые, газо- и парообразные, В промышленности эксплуатируются конструкции теплообменников: аппараты с рубашками; змеевиковые, спиральные; двухтрубные; кожухотрубные с двойными трубами;   с ребристой поверхностью и др.

Для всех их стремятся повысить коррозионную стойкость, сохранив стенки достаточно тонкими с целью эффективности теплообмена. Титановые сплавы являются наиболее приемлемым материалом, отвечающим этим условиям. Кроме того, титановые сплавы подвержены меньшему смачиванию и образованию осадков на их поверхности, что позволяет получать высокий коэффициент теплопередачи за все время эксплуатации теплообменной аппаратуры.

Фильтры. Фильтрация широко применяется во всех отраслях промышленности для отделения взвешенных твердых частиц от жидкости. Для этого используют фильтры различных конструкций. Так, например, заводом «Прогресс» (г. Бердичев) освоен выпуск автоматических титановых фильтр-прессов типа ФПАКМ. Они предназначены для фильтрации агрессивных суспензий с температурой 278 до 353°С, с содержанием от 5 до 600 г/м3 взвешенных частиц, образующих осадок с большим гидравлическим сопротивлением. Детали фильтрпрессов, соприкасающиеся с агрессивной средой, изготовлены из титановых сплавов. По сравнению с рамными фильтрпрессами производительность единицы фильтрующей поверхности фильтрпрессов ФПАКМ выше в 4—15 раз.

Нестандартное оборудование. Предприятия химического машиностроения начали выпуск описанного серийного титанового оборудования сравнительно недавно. Поэтому до сих пор количество его все еще не удовлетворяет спроса. Многие предприятия химической промышленности, цветной металлургии и других отраслей освоили выпуск титанового оборудования для собственных нужд. К таким предприятиям в первую очередь следует отнести комбинат «Североникель», Норильский горно-металлургический комбинат, Славгородский химический завод и др.

Так, комбинат «Североникель» разработал конструкции титановых насосов 7КТС-9.7 КТС-13. Этим же комбинатом совместно с другими организациями разработана конструкция автоматического фильтрпресса ФПАКМ. Кроме того, разработаны конструкции электрофильтров, реакторов, запорной арматуры и другого оборудования. На комбинате имеется специализированный участок, где освоены современные прогрессивные методы сварки и обработки титана.

Норильский горно-металлургический комбинат широко применяет титан для производства технологического оборудования, используемого в основном на гидрометаллургических переделах получения цветных металлов. Комбинат начал осваивать изготовление титанового оборудования давно. Возросший объем применения титана на комбинате потребовал организации специализированного, технически оснащенного централизованного производства. В 1967 г. было создано отделение, применяющее при изготовлении титанового оборудования сварку, холодную обработку, ковку, штамповку. Осуществление централизованного выпуска оборудования позволило повысить его качество. Комбинатом разработан и освоен выпуск запорной арматуры, трубопроводов, фильтров-сгустителей, промывных башен, мокрых электрофильтров, циклонов, теплообменников и др. Норильский горно-металлургический комбинат широко применяет титан для производства технологического оборудования, используемого в основном на гидрометаллургических переделах получения цветных металлов. Комбинат начал осваивать изготовление титанового оборудования давно. Возросший объем применения титана на комбинате потребовал организации специализированного, технически оснащенного централизованного производства. В 1967 г. было создано отделение, применяющее при изготовлении титанового оборудования сварку, холодную обработку, ковку, штамповку. Осуществление централизованного выпуска оборудования позволило повысить его качество. Комбинатом разработан и освоен выпуск запорной арматуры, трубопроводов, фильтров-сгустителей, промывных башен, мокрых электрофильтров, циклонов, теплообменников и др.

Славгородский химический завод. Балхашский горно-металлургический комбинат и другие освоили способы отработки титана для изготовления нестандартного оборудования для собственных нужд. Изготовленное оборудование длительное время находится в эксплуатации и зарекомендовало себя с самой лучшей стороны. Себестоимость его не превышает той, которая существует на специализированных предприятиях, а в некоторых случаях значительно ниже, что объясняется отсутствием больших накладных расходов.

Перечень нестандартного оборудования, изготавливаемого из титановых сплавов силами предприятий, весьма велики многообразен.

Он в общем виде не поддается никакой классификации. Правильнее сказать, что все изделия, которые должны быть по тем или иным причинам изготовлены из титана и заказать которые по каталогам машиностроительных предприятий невозможно, и входят в этот перечень. В качестве примера укажем на виды крупного нестандартного оборудования в цветной металлургии — дроссели, газоходы, рабочие колеса вентиляторов, течки печей, брызгала, венттрубы, бани, емкости, кюбели, электроды электрофильтров, автоклавы, реакторы, контейнеры, эжекторы, вакуум-фильтры, выпарные аппараты, адсорберы и многое другое.

Широкое распространение получил титан в изделиях, где применяются вращающиеся детали. В качестве примера укажем на детали, центробежных машин (центрифуги, сепараторы, сушилки, компрессоры и т. д.). При создании их конструкторы и разработчики разработали ряд мер по повышению антифрикционных свойств сплавов.

Применение титановых сплавов в энергомашиностроении весьма незначительно, хотя ряд технических задач наиболее эффективно решается   при   их   использовании.   Целесообразность применения титановых сплавов в энергетике определяется экономическими и техническими соображениями. В некоторых случаях применение титановых сплавов с высокой удельной прочностью необходимо, так как нет пока других металлов, например, для изготовления длинных рабочих лопаток паровых турбин (—1000—1200 мм). В некоторых случаях применение титановых сплавов целесообразно: использование титановых сплавов для рабочих лопаток длиной менее Ш0О мм, изготовляемых обычно из стали, приводит к разгрузке напряженного ротора цилиндра низкого давления турбин и повышает надежность конструкции в целом. Первый опыт использования лопаток на турбинах дал положительные результаты.

Лопатки длиной 665 мм из титанового сплава типа ВТ5 цилиндра низкого давления турбины мощностью 50МВт были изготовлены Ленинградским металлическим заводом им. XXII съезда КПСС еще в 1959 г. Позже из этого же титанового сплава Пыли изготовлены лопатки длиной 766 и 960 мм и поставлены па турбины 200 и 300 МВт соответственно. Продолжительность работы лопаток к настоящему времени достигла   40 000—70 000 ч.

Длительный опыт использования титановых лопаток в турбинах Ленинградского металлического завода показал хорошую работоспособность этого материала. По коррозионно-эрозионной стойкости титановые лопатки превосходят стальные в условиях воздействия влажного пара. Одновременно с титановыми лопатками в паровых турбинах успешно применяется и титановая проволока из сплава ВТ5 для демпфирующих связей. Сейчас серийный выпуск турбин с лопатками последних ступеней из титановых сплавов организован и на других турбостроительных заводах страны.

В течение последних нескольких лет рядом организаций под руководством ЦКТИ проведен большой комплекс работ по выбору, исследованию и обработке высокопрочных титановых сплавов для лопаток последних ступеней цилиндра низкого давления создаваемой турбины мощностью 1200 МВт. В, результате работы изготовлены штампованные лопатки с длиной рабочей части 1350 мм.

Для повышения мощности автомобильных двигателей необходимо уменьшить вес деталей возвратно-поступательных систем без потери прочности. Применение высокопрочных и жаропрочных титановых сплавов с успехом решает эту задачу.

Перспективность применения титана в дизельных и автомобильных двигателях обусловливается весьма ценными его свойствами: высокими значениями предела прочности и низким удельным весом, а, следовательно, высокой удельной прочностью, высоким пределом пропорциональности и текучести. Кроме того, титан обладает тугоплавкостью (температура плавления 1600°С), являющейся необходимым условием повышенной жаропрочности, а также низким коэффициентом теплового расширения.

Титановые сплавы в первую очередь должны применяться для изготовления таких деталей, как шатуны, впускные и выпускные клапаны, коромысла клапанов и глушителей, являющихся наиболее ответственными деталями дизельных и автомобильных двигателей.

Так как титановые сплавы обладают лучшей удельной прочностью в сравнении со сталью, то применение их для шатунов позволяет на 30% снизить нагрузки на шатунные подшипники, что значительно повышает их надежность и долговечность и на 20% уменьшает усилие ни болты (шпильки) крепления прицепного шатуна, несущие большую нагрузку. Применение титановых сплавов для деталей клапанного механизма (клапанов и траверс) позволяет снизить напряжение в деталях до 25%, силу удара клапана о седло при посадке на 30% и увеличить запас усилия пружин по отношению к силам инерции о 1,6 до 2,1.

Шатуны дизельных и автомобильных двигателей предпочтительно изготавливать из серийных сплавов ВТ5, ВТ8, равных по прочности применяющимся для этих же целей сталям марок 40Х, 50ХФА и другим высоколегированным сталям, или из сплава ВТЗ-1, обладающего повышенной прочностью и лучшей обрабатываемостью. Были проведены исследования* по отработке технологии штамповки шатуна дизеля. Интерес к исследованию штамповки титанового шатуна был вызван также возможностью снижения магнитности. Титановые сплавы, как известно, относятся к числу немагнитных. Для выбора марок сплавов для шатунов было проведено сопоставление физико-механических свойств некоторых титановых сплавов с обычно применяемыми сталями и тщательно изучено поведение последних при штамповке, а также в условиях их длительной эксплуатации.

Сопоставление всех результатов исследований показало, что качество материала заготовки дизельного шатуна из сплава ВТЗ-1 вполне удовлетворительное, макроструктура по сечению заготовки мелкозернистая, рекристаллизованная; волокнистости, пережогов, перегрева и других дефектов режима штамповки и термообработки в микроструктуре сплава не наблюдается. Твердость, механические свойства при растяжении и ударная вязкость заготовки обычны и соответствуют данным сертификата для серийного сплава ВТЗ-1. В настоящее время на одном из дизелестроительных заводов шатуны внедрены в серийное производство.

Опыт применения титановых сплавов в России и за рубежом показывает, что наиболее целесообразно использовать титановые сплавы для деталей высоко нагруженных двигателей, несущей конструкции и ходовой части автомобилей.

В результате исследований, проведенных в институтах автомоторном (НАМИ), автотракторных материалов (НИИЛТМ), авиационных материалов (ВИАМ) и Институте титана, для деталей автомобилей и двигателей рекомендованы следующие титановые сплавы:

для несущих конструкций автомобилей — сплавы средней прочности марок ОТ4-1; ВТ5-1, ОТ4, ВТ5, ВТ6;

для ходовой части автомобилей — сплавы средней прочности и высокопрочные марок ВТ6, ВТЗ-1, ВТ8, АТ6, BT5-1, ВТ14, ВТ15,   BT16;

для деталей двигателей — сплавы высокопрочные и жаропрочные марок ВТЗ-1, ВТ8, BT14, ВТ15. ВТ16, СТ-1, СТ-4, BT18.

Институтом титана совместно с отраслевыми институтами и многими заводами сейчас интенсивно проводятся работы по исследованию и испытанию деталей автомобилей и двигателей. Окончание этих работ позволит начать широкое внедрение титановых сплавов в автомобилестроение. В результате увеличения срока службы автомобилей и двигателей, повышения мощности, уменьшения срока ремонтов, осмотров, проверок, сокращения числа заводов по изготовлению запасных частей будет достигнут значительный народнохозяйственный экономический эффект, а также будут созданы принципиально новые легкие конструкции автомобилей и двигателей, обладающих высокой мощностью и маневренностью.

Из других отраслей машиностроения укажем на отдельные примеры. На Вентспилском   вентиляторном  заводе освоено массовое производство  крышного  вентилятора,   изготовленного полностью из титановых сплавов, по конструкции и  разработке Государственного проектного института «Сантехпроект» и Института.

Для максимального облегчения веса ручных перфораторов и определения возможности широкого применении титановых сплавов в горной технике Институтом титана совместно с криворожским заводом горного оборудования «Коммунист» были проведены необходимые исследования и конструктивные изменения. Объектом исследований был выбран перфоратор ПР-25. Тщательное изучение условий его работы, особенностей изготовления и требований к металлу и конструкции показало, что наиболее подходящим являются сплавы марок ВТ-5, OT4, ВТ60. Эксплуатация перфоратора показала, что применение титана в ручных бурильных машинах технически и экономически выгодно. Замена отдельных деталей титановыми позволили уменьшить вес  перфоратора с 32 до 20 кг., что намного облегчает условия работы и повышает производительность труда. Такой перфоратор легок, удобен в работе, имеет повышенную прочность и высокую коррозионную стойкость. Последнее обстоятельство довольно существенно, поскольку на рудниках цветной металлургии их эксплуатации связана с наличием влажной и агрессивной атмосферы.

Известно, что титановые сплавы обладают высокой хладостойкостью: их механические свойства при низких температурах существенно не меняются, что особенно важно для условий работы на рудниках Крайнего Севера и Заполярья. Полученный опыт применения титановых сплавов в бурильных перфораторах позволил рекомендовать заводам горного оборудования массовое изготовление их с максимальным применением титановых сплавов.

В последние годы заводы Минлегпищемаша интенсивно осваивают изготовление из титана различных машин и аппаратов (от красильного-отделочного оборудования, упаковочно-расфасовочным автоматических линий, центрифуг с титановыми сепараторами до кухонных приборов и сувенирных изделий). Все эти машины в ближайшее время перейдут в разряд массовых и серийно изготовляемых изделий.