L'applicazione della lega di titanio nel settore delle valvole

La lega di titanio presenta numerosi vantaggi, tra cui bassa densità, elevata resistenza, resistenza alla corrosione, resistenza alle alte e basse temperature, e può essere ampiamente utilizzata in molti settori, tra cui petrolio, industria chimica, ambiente marino, biomedicina, aerospaziale, industria automobilistica e navale. La lega di titanio fusa si ottiene fondendola nella forma desiderata; tra queste, la lega ZTC4 (Ti-6Al-4V) è la più utilizzata, con prestazioni di processo stabili, buona resistenza e tenacità alla frattura (inferiore a 350 °C).

In quanto principale componente di controllo di vari ambienti speciali e sistemi di trasporto di fluidi speciali, le valvole sono diventate un componente importante di molte apparecchiature in produzione, e si può affermare che qualsiasi settore non possa farne a meno. A causa dei diversi requisiti ambientali, di temperatura e di fluido nei diversi settori, la selezione del materiale per le valvole è particolarmente cruciale e ampiamente apprezzata. Le valvole realizzate in leghe di titanio e leghe di titanio fuse hanno ampie prospettive nel settore delle valvole grazie alla loro eccellente resistenza alla corrosione, alle prestazioni ad alte e basse temperature e all'elevata resistenza.

Applicazioni

- Marina
L'ambiente di lavoro del sistema di condotte per l'acqua di mare è estremamente ostile e le prestazioni delle valvole marine influiscono direttamente sulla sicurezza e sulle prestazioni complessive del sistema di condotte. Già negli anni '60, la Russia ha avviato la ricerca sulle leghe di titanio per uso navale e le ha successivamente sviluppate per uso marino. La lega di titanio β è ampiamente utilizzata nei sistemi di condotte navali militari, tra cui valvole a globo, valvole di ritegno e valvole a sfera, con un'ampia varietà di tipologie e un gran numero di applicazioni; allo stesso tempo, le valvole in titanio sono state utilizzate anche nei sistemi di condotte navali civili. Rispetto alle leghe di rame, all'acciaio, ecc. precedentemente utilizzate, i successivi test di drenaggio hanno inoltre dimostrato che l'uso di leghe di titanio fuso offre un'elevata affidabilità sotto molti aspetti, come la resistenza strutturale e la resistenza alla corrosione, e la durata utile è stata notevolmente estesa, dagli originali 2-5 anni a oltre il doppio, il che ha attirato l'attenzione di tutti. La valvola a farfalla a tre eccentrici fornita dal China Shipbuilding 725 Research Institute di Luoyang, in Cina, per un determinato modello di nave rappresenta un cambiamento rispetto alla precedente selezione dei materiali e allo schema di progettazione, utilizzando Ti80 e altri materiali come corpo principale, prolungando la durata della valvola a oltre 25 anni, migliorando l'affidabilità e la praticità delle applicazioni dei prodotti valvola e colmando il divario tecnico in Cina.

- Aerospaziale
Anche nel settore aerospaziale, le leghe di titanio fuse offrono buone prestazioni, grazie alla loro eccellente resistenza al calore e alla robustezza. Fu sempre negli anni '60 che American Airlines sperimentò per la prima volta le fusioni in titanio. Dopo un periodo di ricerca, le fusioni in lega di titanio sono state ufficialmente applicate agli aerei dal 1972 (Boeing 757, 767 e 777, ecc.). Non solo sono state utilizzate numerose fusioni in lega di titanio con struttura statica, ma sono state impiegate anche in posizioni critiche, come il controllo delle valvole in sistemi di tubazioni critici. Tra le valvole comunemente utilizzate figurano valvole di sicurezza, valvole di ritegno, ecc., che hanno ridotto i costi di produzione degli aeromobili e aumentato la sicurezza e l'affidabilità. Nel frattempo, grazie alla densità e al peso relativamente ridotti della lega di titanio rispetto ad altre leghe, che rappresentano solo circa il 60% di un acciaio con la stessa resistenza, la sua ampia applicazione può favorire un progressivo orientamento degli aeromobili verso soluzioni ad alta resistenza e leggerezza. Attualmente, le valvole aerospaziali sono utilizzate principalmente in molti sistemi di controllo, come quelli pneumatici, idraulici, di carburante e di lubrificazione, e sono più adatte ad ambienti con resistenza alla corrosione e temperature elevate. Sono uno dei componenti cruciali di veicoli, motori e altri reparti aerospaziali. Le valvole tradizionali richiedono spesso sostituzioni graduali e potrebbero persino non soddisfare la domanda. Allo stesso tempo, con la rapida espansione del mercato delle valvole aerospaziali, anche le valvole in titanio stanno occupando una quota crescente grazie alle loro prestazioni superiori.

- Industria chimica
Le valvole chimiche sono generalmente utilizzate in ambienti difficili come alte temperature, alta pressione, resistenza alla corrosione e grandi differenze di pressione. Pertanto, la selezione dei materiali appropriati è fondamentale per l'applicazione nell'industria chimica delle valvole. Nella fase iniziale, vengono principalmente selezionati acciaio al carbonio, acciaio inossidabile e altri materiali, e la corrosione può verificarsi dopo l'uso, richiedendo sostituzione e manutenzione. Con il continuo sviluppo della tecnologia di fusione delle leghe di titanio e la graduale scoperta delle sue prestazioni superiori, le valvole in titanio sono apparse anche agli occhi del pubblico. Prendendo ad esempio l'unità di produzione di acido tereftalico purificato (PTA) nell'industria delle fibre chimiche, il mezzo di lavoro è principalmente acido acetico e acido bromidrico, che hanno una forte corrosività. Sono quasi 8000 le valvole che devono essere utilizzate, tra cui valvole a globo e valvole a sfera, con una varietà di tipologie e un numero elevato. Pertanto, le valvole in titanio sono diventate una buona scelta, aumentando l'affidabilità e la sicurezza d'uso. In generale, a causa della corrosività dell'urea, le valvole in uscita e in ingresso della torre di sintesi dell'urea possono raggiungere una durata utile di 1 anno e hanno già soddisfatto i requisiti di utilizzo. Aziende come Shanxi Lvliang Fertilizer Plant, Shandong Tengzhou Fertilizer Plant e Henan Lingbao Fertilizer Plant hanno effettuato numerosi tentativi e alla fine hanno scelto le valvole di ritegno ad alta pressione in titanio H72WA-220ROO-50, H43WA-220ROO-50, 65, 80 e le valvole di intercettazione isolanti BJ45WA-25R-100, 125, ecc. per l'importazione di torri di sintesi dell'urea, con una durata utile superiore a 2 anni, dimostrando una buona resistenza alla corrosione [9], riducendo la frequenza e i costi di sostituzione delle valvole.

L'applicazione della lega di titanio fuso nel mercato delle valvole non si limita ai settori sopra menzionati, ma si sta sviluppando anche in altri ambiti. Ad esempio, la nuova lega di titanio fuso Ti-33.5Al-1Nb-0.5Cr-0.5Si sviluppata in Giappone presenta numerosi vantaggi, come bassa densità, elevata resistenza allo scorrimento viscoso e buona resistenza all'usura. Utilizzata nella valvola di scarico posteriore dei motori automobilistici, può migliorare le prestazioni di sicurezza del motore e prolungarne la durata.

- Altre industrie
Rispetto all'applicazione delle leghe di titanio fuse nel settore delle valvole, altre applicazioni delle leghe di titanio fuse sono più estese. Il titanio e le leghe di titanio presentano un'eccellente resistenza alla corrosione, il che è di grande importanza per i settori con requisiti corrosivi come l'industria petrolchimica. In questi settori, molte grandi apparecchiature che richiedono una produzione industriale, come pompe volumetriche, scambiatori di calore, compressori e reattori, utilizzano fusioni di titanio resistenti alla corrosione, che sono le più richieste dal mercato. Nel campo della medicina, poiché il titanio è un metallo riconosciuto a livello mondiale come sicuro, atossico e privo di metalli pesanti, molti dispositivi di assistenza medica, protesi umane e altri sono realizzati in leghe di titanio fuse. Soprattutto in odontoiatria, quasi tutte le fusioni dentali sperimentate sono realizzate in titanio puro industriale e lega Ti-6Al-4V, che presentano buone biocompatibilità, proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione. D'altro canto, grazie ai vantaggi della bassa densità e delle buone prestazioni del titanio e delle leghe di titanio, questi materiali sono ampiamente utilizzati in numerose attrezzature sportive come mazze da golf, teste di palline, racchette da tennis, racchette da badminton e attrezzatura da pesca. I prodotti realizzati con questi materiali sono leggeri, garantiscono la qualità e sono molto apprezzati dal pubblico. Ad esempio, la nuova lega di titanio SP-700 sviluppata dalla Japan Steel Pipe Company (N104) viene utilizzata come materiale di superficie per le teste di palline da golf della serie 300 del marchio Taylor, che è la più venduta nel mercato mondiale del golf. Dalla fine del XX secolo, le leghe di titanio fuse hanno gradualmente trovato industrializzazione e diffusione in settori come quello petrolchimico, aerospaziale, biomedico, automobilistico, sportivo e del tempo libero, dall'esplorazione iniziale all'attuale vigorosa promozione e sviluppo.