ИИИспользование титана в outdoor-снаряжении — различия между версиями

Текущая версия на 12:21, 21 сентября 2007

Основные сведения

Итак, титан. Несмотря на некоторую завесу секретности, окутывающую этот металл и его сплавы с советских времён, ответ легко найти в справочниках. Подробнее - см. в "Дополнительной информации" и "Ссылках по титану". Конечно, титан - это металл. И твёрдый, и блестит... У кого нет под рукой элементов конструкции самолёта, ракеты или подводной лодки, посмотреть на титан можно в магазине, где продают альпинистское и туристское снаряжение.

Среди конструкционных материалов он занимает четвёртое место по распространенности, уступая алюминию, железу и магнию. Как и другие металлы, титан и его сплавы имеют свои достоинства и недостатки. К достоинствам относятся небольшая плотность при большой удельной прочности, необычайно высокая коррозионная стойкость. Особенно ценен этот материал в тех областях, где выигрыш в массе играет очень важную роль. Это авиация, ракетная техника, снаряжение для альпинизма и туризма... Очень перспективный материал для химической промышленности и outdoor посуды.

К недостаткам относятся большая склонность к водородной хрупкости (появляется при неправильной обработке титана), титан активно взаимодействует с газами при повышенных температурах (выше 210С), невысокие антифрикционные свойства, плохая обрабатываемость резанием. Впрочем, последнее - вопрос правильных технологий. Задача производителя в этой связи - максимально использовать в изделиях преимущества титана и знать и обходить присущие ему недостатки, правильно организуя процесс производства. Иными словами, с титаном непросто работать. Надо хорошо знать его свойства, правильно подбирать сплавы и иметь на вооружении специальные технологии. Да, ещё один недостаток - высокая стоимость и производитель - один, совсем один на всю Россию. Монополист, однако, ВСМПО зовут.

О физических свойствах титана. По плотности и удельной теплоёмкости он занимает промежуточное место между алюминием и железом, обладает низкой теплоёмкостью (в 14 раз меньше чем у алюминия и в 4 раза меньше, чем у железа). Поэтому при длительном трении о титан, например верёвки, происходит сильный локальный разогрев контактирующей поверхности металла (ситуация карабин-верёвка-спуск...). Прочность, модули упругости, у сверхчистого йодного титана невелики и он очень пластичен. С добавлением примесей прочность увеличивается и именно такой материал используется как конструкционный. Механические свойства титана и его сплавов можно улучшить термообработкой. При этом необходимо очень строго соблюдать технологию, иначе изделие приобретёт нежелательные свойства, например хрупкость. Пример тому - древняя история с партией титановых кошек, выпущенной в Питере для "Салевы". Хрупкие оказались, - как раз из-за "вольностей" в технологии...

У титана ярко выражен предел выносливости, т.е. при определённом уровне циклических напряжений дальнейшее увеличение числа циклов не приводит к заметному снижению циклической прочности. Предел выносливости гладких образцов составляет в среднем 48-55% от предела прочности титана. Т.е. безопасный уровень нагрузок на изделие, когда они носят циклический характер, составляет около 50% от максимальной прочности используемого титана. Поверхностные надрезы существенно снижают предел выносливости титана и он составляет при остром надрезе 18% от предела прочности. В среднем титан при испытании на усталость чувствителен к надрезу не более, чем стали такой же прочности.

Титан с малым содержанием водорода (менее 0,002%) не отличается хладноломкостью и сохраняет высокую пластичность при температуре жидкого гелия. Такие температуры нас и не интересуют, но, к сожалению, получить информацию об этом свойстве титана при температурах до -50С не удалось. Из 15-летнего опыта использования титана в альпинистском снаряжении данных о проявлении эффекта хладноломкости при температурах эксплуатации не поступало. Года три-четыре назад в одном из американских популярных альпинистских журналов в обзоре по снаряжению для страховки на льду в конце статьи была брошена фраза, что ещё существуют титановые ледобуры, но титан - материал хрупкий. Американская фирма Ushba, продававшая титановое снаряжение в Северной Америке, с помощью специалистов из компании TIMET (крупнейший поставщик титана в США) объяснили шустрому автору статьи и редакторам журнала, что они очень сильно неправы в таком утверждении. В качестве компенсации журнал в течение полугода бесплатно публиковал рекламу Ushba.

В связи с этим поговорим о водородной хрупкости титана. Есть такое дело, в том числе и замедленное хрупкое разрушение. Это когда в металле, находящемся под постоянным или мало меняющимся по величине напряжением зарождаются трещины, ведущие, в конечном итоге, к разрушению изделия. Так, например, предел прочности надрезанных круглых образцов сплава ОТ4 с 0.03% водорода составляет примерно 100 кГ/мм2, но те же образцы под напряжением всего 20 кГ/мм2 разрушаются после 400 суток! Страшно? - Не очень, потому что такое происходит только тогда, если содержание водорода в металле превышает определённый предел. При этом можно не опасаться дополнительного насыщения титана водородом на воздухе при температурах меньше 500С.

Гарантия того, что не придётся столкнуться с этим эффектом - соблюдение производителями технологии производства. Для металла, который покупается на ВСМПО, такая гарантия - сертификат ISO9002 на систему управления качеством продукции и сертификаты крупнейших покупателей - Boeing, General Electric,... Если металл куплен дёшево, непонятно какой, у «левого» поставщика, то какие могут быть гарантии? Брак скорее всего, отходы производства. Может повезёт с качеством, а может – нет.

Очень важен правильный выбор материала. Например, для ледорубов использовали Gr9 (содержание водорода 0.003 при пределе 0.005, - о водородной хрупкости можно забыть!) и ВТ6, который при термообработке не охрупчивается и обладает хорошим комплексом прочностных, пластических и технологических свойств.

Что же из этого следует? - Следует жить! Ходить в горы, покупать титановое снаряжение, если оно Вам подходит и устраивает по цене, но только тех производителей, в которых Вы можете быть уверены, которые работают на рынке долго, имеют хорошую репутацию и дорожат ею.

В статье использовались материалы из книги Б.А.Колчанов, В.А.Ливанов, В.И.Елагин "Материаловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов". Металлургия. М. 1972.

Автор выражает благодарность всем, задававшим вопросы и обсуждавшим эту тему, как в Сети, так и в личных беседах.