Zastosowanie stopu tytanu w przemyśle zaworowym

Stop tytanu ma wiele zalet, takich jak niska gęstość, wysoka wytrzymałość, odporność na korozję, odporność na wysokie i niskie temperatury, i może być szeroko stosowany w wielu dziedzinach, takich jak przemysł naftowy, chemiczny, morski, biomedycyna, przemysł lotniczy i kosmiczny, motoryzacyjny oraz okrętowy. Odlewniczy stop tytanu uzyskuje się poprzez odlewanie stopu tytanu w pożądanym kształcie, spośród których najszerzej stosowany jest stop ZTC4 (Ti-6Al-4V), charakteryzujący się stabilnymi parametrami procesu, dobrą wytrzymałością i odpornością na pękanie (poniżej 350°C).

Jako główny element sterujący w różnych środowiskach specjalnych oraz systemach transportu rurociągami mediów specjalnych, zawory stały się ważnym elementem wielu urządzeń produkcyjnych i można śmiało powiedzieć, że żadna branża nie może się bez nich obejść. Ze względu na zróżnicowane wymagania środowiskowe, temperaturowe i dotyczące mediów w różnych branżach, dobór materiału zaworów jest szczególnie istotny i ceniony. Zawory wykonane ze stopów tytanu i odlewanych stopów tytanu mają szerokie perspektywy w dziedzinie zaworów ze względu na doskonałą odporność na korozję, właściwości w wysokich i niskich temperaturach oraz wysoką wytrzymałość.

Aplikacje

- Marynarka
Środowisko pracy systemu rurociągów wody morskiej jest wyjątkowo trudne, a wydajność zaworów morskich bezpośrednio wpływa na bezpieczeństwo i ogólną wydajność systemu rurociągów. Już w latach 60. XX wieku Rosja rozpoczęła badania nad stopami tytanu dla statków, a następnie opracowała je do zastosowań morskich. Stop tytanu jest szeroko stosowany w wojskowych systemach rurociągów okrętowych, w tym w zaworach kulowych, zaworach zwrotnych i zaworach kulowych, o szerokiej gamie typów i dużej liczbie zastosowań. Jednocześnie zawory tytanowe były również stosowane w cywilnych systemach rurociągów okrętowych. W porównaniu z wcześniej stosowanymi stopami miedzi, stalą itp., późniejsze testy odwadniania wykazały również, że zastosowanie odlewanych stopów tytanu charakteryzuje się wysoką niezawodnością pod wieloma względami, takimi jak wytrzymałość konstrukcyjna i odporność na korozję, a żywotność została znacznie wydłużona, z pierwotnych 2-5 lat do ponad dwukrotnie, co przyciągnęło powszechną uwagę. Trzymikrocentryczny zawór motylkowy dostarczony przez China Shipbuilding 725 Research Institute w Luoyang w Chinach dla pewnego modelu statku to zmiana w poprzednim schemacie doboru materiałów i konstrukcji. Jako główny korpus zastosowano Ti80 i inne materiały, co wydłużyło żywotność zaworu do ponad 25 lat, zwiększyło niezawodność i praktyczność zastosowań zaworów oraz wypełniło lukę techniczną w Chinach.

- Lotnictwo i kosmonautyka
W dziedzinie lotnictwa i kosmonautyki odlewane stopy tytanu również sprawdzają się znakomicie dzięki doskonałej odporności termicznej i wytrzymałości. To właśnie w latach 60. XX wieku American Airlines po raz pierwszy wypróbowały odlewy tytanowe. Po okresie badań, odlewy ze stopów tytanu zostały oficjalnie zastosowane w samolotach od 1972 roku (Boeing 757, 767 i 777 itd.). Zastosowano nie tylko dużą liczbę odlewów ze stopów tytanu o konstrukcji statycznej, ale także w krytycznych miejscach, takich jak sterowanie zaworami w krytycznych systemach rurociągów. Powszechnie stosowane zawory to zawory bezpieczeństwa, zawory zwrotne itp., które obniżyły koszty produkcji samolotów oraz zwiększyły bezpieczeństwo i niezawodność. Jednocześnie, ze względu na stosunkowo niewielką gęstość i wagę stopu tytanu w porównaniu z innymi stopami, która stanowi zaledwie około 60% masy stali o tej samej wytrzymałości, jego powszechne zastosowanie może sprzyjać stałemu rozwojowi samolotów w kierunku wysokiej wytrzymałości i niskiej masy. Obecnie zawory lotnicze są stosowane głównie w wielu układach sterowania, takich jak układy pneumatyczne, hydrauliczne, paliwowe i smarujące, i są bardziej odpowiednie do środowisk o wysokiej odporności na korozję i wysokich temperaturach otoczenia. Stanowią jeden z kluczowych elementów pojazdów, silników i innych gałęzi przemysłu lotniczego. Tradycyjne zawory często wymagają stopniowej wymiany i mogą nawet nie sprostać zapotrzebowaniu. Jednocześnie, wraz z dynamicznym rozwojem rynku zaworów lotniczych, zawory tytanowe również zyskują na popularności ze względu na swoją doskonałą wydajność.

- Przemysł chemiczny
Zawory chemiczne są zazwyczaj stosowane w trudnych warunkach, takich jak wysoka temperatura, wysokie ciśnienie, odporność na korozję i duże różnice ciśnień. Dlatego dobór odpowiednich materiałów ma kluczowe znaczenie dla zastosowania zaworów w przemyśle chemicznym. Na wczesnym etapie wybiera się głównie stal węglową, stal nierdzewną i inne materiały, a korozja może wystąpić po użyciu, co wymaga wymiany i konserwacji. Wraz z ciągłym rozwojem technologii odlewania stopów tytanu i stopniowym odkrywaniem ich doskonałych właściwości, zawory tytanowe również zyskały na popularności. Biorąc za przykład jednostkę produkcyjną oczyszczonego kwasu tereftalowego (PTA) w przemyśle włókien chemicznych, medium roboczym jest głównie kwas octowy i kwas bromowodorowy, które charakteryzują się silną korozją. Konieczne jest zastosowanie blisko 8000 zaworów, w tym zaworów grzybkowych i kulowych, o zróżnicowanych typach i dużej liczbie. Dlatego zawory tytanowe stały się dobrym wyborem, zwiększając niezawodność i bezpieczeństwo użytkowania. Ogólnie rzecz biorąc, ze względu na korozyjność mocznika, zawory na wylocie i wlocie wieży syntezy mocznika mogą wytrzymać okres eksploatacji wynoszący 1 rok i już spełniły wymagania użytkowe. Przedsiębiorstwa takie jak Shanxi Lvliang Fertilizer Plant, Shandong Tengzhou Fertilizer Plant i Henan Lingbao Fertilizer Plant podjęły wiele prób i ostatecznie wybrały tytanowe zawory zwrotne wysokociśnieniowe H72WA-220ROO-50, H43WA-220ROO-50, 65, 80 i zawory odcinające izolacyjne BJ45WA-25R-100, 125 itp. do importu wież syntezy mocznika o okresie eksploatacji dłuższym niż 2 lata, wykazujące dobrą odporność na korozję [9], zmniejszając częstotliwość i koszt wymiany zaworów.

Zastosowanie odlewanego stopu tytanu na rynku zaworów nie ogranicza się do wyżej wymienionych branż, ale obserwuje się dynamiczny rozwój w innych aspektach. Na przykład, nowy odlewany stop tytanu Ti-33,5Al-1Nb-0,5Cr-0,5Si, opracowany w Japonii, charakteryzuje się wieloma zaletami, takimi jak niska gęstość, wysoka wytrzymałość na pełzanie i dobra odporność na zużycie. Zastosowany w tylnym zaworze wydechowym silników samochodowych, może poprawić bezpieczeństwo silnika i wydłużyć jego żywotność.

- Inne branże
W porównaniu z zastosowaniem odlewanych stopów tytanu w przemyśle armaturowym, inne zastosowania odlewanych stopów tytanu są szersze. Tytan i stopy tytanu charakteryzują się doskonałą odpornością na korozję, co ma ogromne znaczenie dla branż o wysokich wymaganiach korozyjnych, takich jak przemysł petrochemiczny. W tych branżach wiele dużych urządzeń wymagających produkcji przemysłowej, takich jak pompy objętościowe, wymienniki ciepła, sprężarki i reaktory, będzie wykorzystywać odporne na korozję odlewy tytanowe, na które popyt rynkowy jest największy. W medycynie, ze względu na to, że tytan jest uznawany na całym świecie za metal bezpieczny, nietoksyczny i wolny od metali ciężkich, wiele medycznych urządzeń wspomagających, protez i innych jest wykonanych z odlewanych stopów tytanu. Szczególnie w stomatologii, prawie wszystkie wypróbowane odlewy dentystyczne są wykonane z czystego tytanu przemysłowego i stopu Ti-6Al-4V, które charakteryzują się dobrą biozgodnością, właściwościami mechanicznymi i odpornością na korozję. Z drugiej strony, ze względu na zalety niskiej gęstości i dobrych właściwości użytkowych tytanu i stopów tytanu, są one szeroko stosowane w wielu rodzajach sprzętu sportowego, takich jak kije golfowe, główki piłek, rakiety tenisowe, rakiety do badmintona i sprzęt wędkarski. Produkty z nich wykonane są lekkie, posiadają gwarancję jakości i cieszą się dużą popularnością wśród konsumentów. Przykładowo, nowy stop tytanu SP-700, opracowany przez Japan Steel Pipe Company (N104), jest stosowany jako materiał powierzchniowy do główek piłek golfowych Taylor z serii 300, które cieszą się największym zainteresowaniem na światowym rynku golfowym. Od końca XX wieku odlewane stopy tytanu stopniowo zyskiwały na popularności i były wykorzystywane w takich dziedzinach jak petrochemia, przemysł lotniczy, biomedyczny, motoryzacyjny oraz sport i rekreacja, od początkowych badań do obecnej, intensywnej promocji i rozwoju.