5.2. Титан и титановые сплавы

Титан и титановые сплавы относятся к числу сравнительно новых конструкционных материалов. Их широкое использование началось примерно 30-35 лет назад. Но, по общему объёму их использования пищевая промышленность занимает третье место (после химической и металлургической), обойдя в этом отношении авиационную и автомобильную промышленность. Причиной этого служит тот комплекс свойств, которыми обладают эти сплавы и, в первую очередь, исключительно высокая коррозионная стойкость практически во всех пищевых, дезинфицирующих и моющих средах.

Титановые сплавы обладают наиболее высокой удельной прочностью из всех допущенных к использованию в пищевой промышленности сплавов на основе цветных металлов (_/  37 км).

Примером того, насколько важна высокая удельная прочность, может служить такой: в системах перекачки агрессивных жидкостей используются змеевики из освинцованной меди, вес которых достигает 484 кг. Если же аналогичные змеевики изготавливаются из титановых сплавов, то вес их тогда составляет всего 24 кг.

Помимо высоких характеристик коррозионной стойкости и удельной прочности, титан и его сплавы обладают хорошей технологичностью (прокатываются, штампуются, свариваются). Исключительно важным свойством титановых сплавов является отсутствие хладноломкости, они могут работать при температурах от –250⁰С до 500 – 800⁰С. Это делает незаменимыми эти сплавы при работе в условиях Севера, а также в холодильной промышленности.

Титан и его сплавы не оказывают вредного воздействия на человеческий организм и пищевые продукты. Поэтому они широко используются в медицине и фармацевтической промышленности. При длительном хранении деликатесных продуктов (например, икры) в ёмкостях из титановых сплавов они сохраняются гораздо лучше, чем в ёмкостях из нержавеющей стали.

Титан активно взаимодействует с неметаллическими элементами (С, N, O, H). Из этих элементов наиболее опасен водород, т.к. он вызывает охрупчивание. Способность титана к активному взаимодействию с ними позволяет использовать его в качестве геттеров и различных фильтров.

Суммарное количество указанных примесей в титане может достигать 0,5% (в техническом), при суммарном содержании примесей в количестве ~ 0,3 % титан считается чистым и маркируется ВТ1 – 0. Прочность такого титана достигает 450 – 500 Мпа при d = 15 – 20 %.

Минздравом России для использования в пищевой промышленности, помимо чистого титана рекомендованы сплавы ВТ – 5 (Ti – 5 %Al), ВТ – 4 (Ti – 4 %Al – 1,5 %Mo), ВТ – 6 (Ti – 6 %Al – 5 %V), ОТ – 4 (2%Al – 1,2 %Mn), ВТ – 14 (Ti – 4,6 % - 1,2 %V – 2,5 – 3,5 %Mo). Все вышеперечисленные сплавы относятся к числу деформируемых. Они могут подвергаться термической обработке (закалка + старение). Температуры закалки обычно для (a + b) сплавов выбирают близкими к 900 – 950⁰С, старение проводят при 500 – 600⁰С.

Механические свойства указанных сплавов в зависимости от состава и термообработки меняются в диапазоне от 600-700 МПа до 1000-1150 МПа, при d от 40-20 % до 12-8 %, соответственно.

Наряду с деформируемыми, промышленностью используются и литейные сплавы. Состав их такой же как и у деформируемых, но в марке указывается буква Л (напр., ВТ5Л, ВТ4Л и др.).

Прочность литейных сплавов несколько ниже, чем деформируемых соответствующего состава, но главное у них более низкая ударная вязкость.

Как уже отмечалось, титан и его сплавы очень широко используются в различных отраслях пищевой промышленности. Они незаменимы в рыбоперерабатывающей промышленности из-за самой высокой коррозионной стойкости в морской воде. Применяются они для рыбонасосов, корзин, подвесок. Стальная подвеска работает 50 – 60 циклов, а титановая до 2500 циклов. В консервной промышленности (овощной, мясной), масло- и молокоперерабатывающей отраслях эти сплавы широко используются для различных смесителей, варочных котлов, резервуаров, работающих с острыми соусами и маринадами, в сахарной промышленности – для фильтров при очистке сахарных соков и сиропов. При этом трубы из нержавеющей стали работают в выпарных аппаратах 2 – 3 года, а из титановых сплавов до 20 лет.

Широко используют титановые сплавы в холодильной промышленности в виде различных ёмкостей для замораживателей, дефростеров, сепараторов и центрифуг, а также для различных дозаторов и порционников.