Титан — полиморфный металл серебристо-белого цвета. Кристаллическая решетка его до 882,5 °С — гексагональная плотноупакованная (α-титан), при более высоких температурах — кубическая объёмно-центрированная (β-титан).
Сочетание небольшой плотности с достаточной прочностью и отличной коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах является важнейшим свойством титана как конструкционного материала. Немаловажную роль играет и тот факт, что по распространенности в природе титан занимает среди конструкционных материалов четвёртое место после алюминия, железа и магния. По плотности (4505 кг/м3) титан занимает промежуточное положение между сплавами алюминия и сталями — двумя важнейшими конструкционными материалами. По удельной прочности титан при комнатной температуре превосходит все металлы и даже многие легированные стали.
Механические свойства титана зависят от содержания в нем примесей — кислорода, азота, углерода. Они повышают прочность, но значительно уменьшают его пластичность. Вредной примесью для титана является и водород, снижающий ударную вязкость.
Титан наибольшей чистоты получают иодидным способом. Основную массу титана для производства полуфабрикатов и сплавов на его основе получают магниетермическим способом.
Титан обладает высокой удельной прочностью не только при комнатной температуре, но и в условиях глубокого холода. Несмотря на высокую температуру плавления (1668 ± 5 °С ), чистый титан не является жаропрочным материалом (при повышении температуры до 250 °С его временное сопротивление снижается почти в 2 раза).
Титан технической чистоты обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. По коррозионной стойкости он превосходит коррозионно-стойкую (нержавеющую) сталь и приближается к благородным металлам. Титан практически не подвергается воздействию атмосферного воздуха (до 500 °С ), пресной и морской воды. Он не растворяется во многих органических и минеральных кислотах, в том числе и в царской водке. В ряде производств титан — единственный стойкий против коррозии конструкционный материал (во влажном хлоре, в водных соединениях хлора и др.).
Титан интенсивно взаимодействует лишь с четырьмя неорганическими кислотами: соляной, серной, плавиковой и ортофосфорной. Он нестоек во фтористых соединениях, в сухом хлоре и броме, перекиси водорода и других агрессивных средах.
При температурах выше 500 °С титан легко окисляется, а при температурах свыше 600-700 °С поглощает азот, оксид углерода и углекислый газ. При низких температурах он абсорбирует большие количества водорода.
Чрезвычайно высокая химическая активность расплавленного титана требует при плавке или сварке плавлением применения вакуума или защитной атмосферы инертных газов.
Титан обладает неплохими технологическими свойствами. Он хорошо обрабатывается давлением: легко прокатывается, куется, штампуется. Металл хорошо сваривается точечной и аргонно-дуговой сваркой.
Однако у титана как конструкционного материала имеется и ряд недостатков. Один из них уже рассмотрен — высокая химическая активность при взаимодействии с газами при повышенных температурах. Правда, этот недостаток титана удачно используют в электронной и вакуумной технике, где титан применяется в качестве поглотителя газов для обеспечения в замкнутом объёме высокого вакуума. Существенные недостатки титана — низкий модуль упругости (0,1-0,145 ГПа), что затрудняет получение жёстких конструкций; склонность к ползучести при комнатной температуре; низкая теплопроводность (примерно в 15 раз ниже, чем у алюминия), что затрудняет проведение термической обработки; низкие антифрикционные свойства; плохая обрабатываемость резанием (титан налипает на инструмент, что способствует его быстрому изнашиванию).
α-Сплавы титана
К этой группе относятся: титан технической чистоты (марки ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ1-2), а также сплавы системы Ti-Al: марки ПТ-7М, легированный нейтральным упрочнителем (цирконием), и марки АТЗ, легированный небольшим количеством р-стабилизирующих элементов - хрома (0,2-0,5%), кремния (0,2-0,4%) и железа (0,2-0,5%).
В целом α-сплавы характеризуются средней прочностью при комнатной температуре, высокими механическими свойствами при криогенных температурах, достаточной жаропрочностью (кроме технического титана). α-Сплавы имеют высокую термическую стабильность, хорошую свариваемость и коррозионную стойкость. Однако они не упрочняются при термической обработке, что является их существенным недостатком.
Сплав марки ПТ-7М, легированный алюминием и цирконием, поставляется в виде холоднодеформированных и горячекатаных труб. Применяется для трубопроводов, работающих при комнатной и повышенных температурах в агрессивных средах.
Титановый сплав марки АТЗ со структурой α-твёрдого раствора занимает промежуточное положение между истинными α-сплавами и псевдо-α-сплавами. Сплав марки АТЗ рационально легирован доступными и дешёвыми элементами (алюминием, железом, кремнием, хромом) и относится к группе сплавов со средней прочностью. Он технологичен — сваривается всеми видами сварки (прочность сварного соединения составляет 90-95% от прочности основного металла), штампуется при средних и высоких степенях деформации в горячем состоянии при температурах 600-650 °С и выше. Сплав марки АТЗ отличается от титана технической чистоты марки ВТ1-0 рядом преимуществ, что делает его весьма ценным материалом для нужд химического машиностроения. Сплав более прочен, чем титан марки ВТ1-0 при комнатной температуре, а при 200 °С преимущество по прочности возрастает до двух раз. Это позволяет использовать сплав марки АТЗ для аппаратов, работающих под давлением в агрессивных средах при температуре выше 250 °С (верхняя температурная граница применения титана марки ВТ1-0 для этих же целей). Сплав АТЗ марки превосходит технический титан также по твёрдости и эрозионной стойкости.
