Dôvody používania titánu
znížiť hmotnosť
Vysoká pevnosť a nízka hustota titánu (asi o 40% nižšia ako oceľ) poskytujú mnoho príležitostí na zníženie hmotnosti. Najlepšími príkladmi sú jeho použitie na pristávacích podvozokoch lietadiel Boeing 777 a 787 a Airbus A380. Na obrázku 1 je znázornený pristávací podvozok lietadla 777. 1 Všetky označené časti sú vyrobené z Ti-10V-2Fe-3Al. Minimálna pevnosť v ťahu tejto zliatiny je 1,193 MPa; používa sa na nahradenie vysokopevnostnej nízkolegovanej ocele 4340M používanej pri 1 930 MPa. Táto náhrada viedla k zníženiu hmotnosti o viac ako 580 kg. 1 Boeing 787 používa ďalšiu generáciu vysoko pevnej zliatiny titánu Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, ktorá má o niečo vyššiu pevnosť a má určité výhody spracovania. Použitie titánu v konštrukcii pristávacieho zariadenia by tiež malo výrazne znížiť náklady na údržbu pristávacieho zariadenia na jeho odolnosť proti korózii. Nízka hustota a vysoká pevnosť ho robia veľmi atraktívnym pre vratné diely, ako sú spojovacie tyče pre automobilové aplikácie. Podobne je cena rodinných automobilov príliš vysoká, ale americké ministerstvo energetiky výrazne investuje, aby cena titánových komponentov pre osobné a nákladné automobily bola primeraná. (Titán bol úspešne použitý v špičkových pretekárskych autách a náklady nie sú taký veľký problém.)
Priestorové obmedzenia
Táto aplikácia sa neobjavuje často, ale je dôležitá. Najlepšie príklady sú pristávacie kolesá používané na 737, 747 a 757. Táto zložka beží medzi krídlami a trupom a podporuje pristávací podvozok. Ostatné lietadlá Boeing používajú hliníkovú zliatinu v tejto aplikácii, ale pre vyššie uvedené lietadlá je zaťaženie vyššie a hliníková konštrukcia nie je vhodná pre obálku krídla. Hliníková zliatina bude prvou voľbou, pretože jej náklady sú oveľa nižšie. Oceľ je ďalšou možnosťou, ale hmotnosť bude vyššia.
Prevádzková teplota
Štruktúra motora a výfuková plocha pracujú pri vysokých teplotách, takže hlavnou voľbou sú zliatiny na báze titánu alebo niklu; Podobne zliatiny niklu výrazne zvýšia hmotnosť. Servisná teplota zliatiny titánového motora je až približne 600 ° C. Niektoré aplikácie, ako sú zástrčky a trysky (obrázok 2), môžu za určitých prevádzkových podmienok krátkodobo odolávať teplotám nad touto teplotou. Okrem špeciálnych zliatin motorov je teplotný limit zliatin titánu približne 540 °C. Nad touto teplotou sa kontaminácia kyslíkom stáva problémom, čo spôsobuje krehkosť povrchu. Titán sa tiež používa v štruktúrach pri nízkych teplotách, ako sú obežné koleso raketových motorov.
Odolnosť proti korózii
Titán má veľmi tvrdý rodiaci sa oxid, ktorý sa okamžite vytvorí, keď je vystavený vzduchu. Tento oxid je zodpovedný za vynikajúcu odolnosť proti korózii. V leteckom prostredí korózia nie je faktorom titánu. Titán nie je vykôstkovaný. Podľa názoru autora je to podstata kvalitných skúseností so službami. Pri používaní budú hliníkové a oceľové zliatiny nakoniec tvoriť korózne jamy, ktoré pôsobia ako stúpačky stresu a potom spôsobujú stresovú koróziu alebo únavové trhliny. To sa však s titánom nedeje. Táto odolnosť proti korózii prechádza chemickým, petrochemickým, celulózou, papierom a stavebníctvom. Titán a jeho zliatiny majú vynikajúcu odolnosť pri väčšine oxidačných, neutrálnych a inhibovaných redukčných podmienok. Má tiež odolnosť proti korózii v ľudskom tele. Biokompatibilita je tiež veľmi dobrá; používa sa v protetickom zariadení a kosť vyrastie do primerane navrhnutej titánovej štruktúry. Komerčný čistý titán sa používa aj v vonkajších stavebných aplikáciách a táto prax začala v Japonsku. Používa sa na vonkajšom povrchu, pretože nikdy nepotrebuje žiadnu údržbu. Najznámejším z nich je jeho použitie na vonkajšej strane Guggenheimovho múzea v Bilbau v Španielsku.
Kompatibilita kompozitného materiálu
Titán je kompatibilný s grafitovými vláknami v polymérnych kompozitoch. Medzi hliníkom a grafitom existuje vysoký elektrický potenciál. Ak sa hliník dostane do kontaktu s grafitom, keď je mokrý, hliník bude skorodovaný. Môže byť izolovaný z kompozitných materiálov metódami, ako sú vrstvy sklenených vlákien, ale v oblastiach, ktoré je ťažké skontrolovať a nahradiť, sa titán používa ako konzervatívna metóda. Okrem toho, hoci koeficient tepelnej expanzie (CTE) titánu je vyšší ako koeficient grafitu, je oveľa nižší ako koeficient hliníka. Dokonca aj v rozsahu prevádzkovej teploty konštrukcie trupu, od približne -60 ° C počas plavby na +55 ° C v horúcom počasí, rozdiel v CTE hliníkovej konštrukcie pripojenej k kompozitného materiálu spôsobí veľmi vysoké zaťaženie. To nie je problém s titánovou štruktúrou. Je zrejmé, že čím dlhšia je zložka, tým väčší je problém s používaním hliníka.
Nízky modul
Hlavnou oblasťou dôležitosti je výmena oceľových pružín. Keďže modul je približne polovičný ako z ocele, je potrebná len polovica počtu cievok. Kombináciou vysokej pevnosti a hustoty (približne 60% ocele) môžu oceľové pružiny v ideálnom prípade znížiť hmotnosť približne o 70%. Okrem toho titán poskytuje vynikajúcu odolnosť proti korózii, čím znižuje náklady na údržbu.
Brnenie
Titán má vynikajúcu balistickú odolnosť. V porovnaní s oceľovým alebo hliníkovým brnením má rovnakú balistickú ochranu pri hustote záujmu a môže znížiť hmotnosť o 15-35%, čím výrazne znižuje hmotnosť vojenských pozemných bojových vozidiel. Ľahšie vozidlá majú lepšiu prepravovateľnosť a manévrovateľnosť. Vynikajúca odolnosť proti korózii, nízky feromagnetizmus a kompatibilita s kompozitnými materiálmi tiež poskytujú významné výhody. Dva projekty, ktoré používajú titán v modernizovaných vozidlách, sú bojové vozidlo bradleyskej pechoty (obrázok 3) a hlavný bojový tank Abrams. 2 Relatívne vysoké náklady na titán sa úspešne znížili použitím dosiek vyrobených z elektrónových lúčov, studených krbov a jednotavových ingotov. 3
