A titán használatának okai
súlycsökkentés
A titán nagy szilárdsága és alacsony sűrűsége (körülbelül 40% -kal alacsonyabb, mint az acél) számos lehetőséget kínál a súlycsökkentésre. A legjobb példa erre a Boeing 777 és 787 repülőgépek és az Airbus A380 futóművein való használata. Az 1. ábra a 777-es repülőgép futóművét mutatja. 1 Minden megjelölt alkatrész Ti-10V-2Fe-3Al-ból készül. Ennek az ötvözetnek a minimális szakítószilárdságú foka 1193 MPa; az 1930 MPa-nál használt 4340M nagy szilárdságú, alacsony ötvözetű acél helyettesítésére szolgál. Ez a csere több mint 580 kg-os súlycsökkenést eredményezett. 1 A Boeing 787 a ti-5Al-5V-5Mo-3Cr nagy szilárdságú titánötvözet következő generációját használja, amely kissé nagyobb szilárdságú és bizonyos feldolgozási előnyökkel rendelkezik. A titán használata a futómű szerkezetében szintén jelentősen csökkenti a futómű karbantartási költségeit korrózióállóságára. Az alacsony sűrűségű és nagy szilárdság nagyon vonzóvá teszi a dugattyús alkatrészek, például az autóipari alkalmazásokhoz csatlakozó rudak számára. Hasonlóképpen, a családi autók ára túl magas, de az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma jelentős beruházásokat hajt végre annak érdekében, hogy az autók és teherautók titán alkatrészeinek árát ésszerűvé tegye. (A titánt sikeresen használták a csúcskategóriás versenyautókban, és a költségek nem olyan nagy probléma.)
Helykorlátok
Ez az alkalmazás nem jelenik meg gyakran, de fontos. A legjobb példa erre a 737-es, 747-es és 757-es futómű-gerendák. Ez az alkatrész a szárnyak és a törzs között fut, támogatva a futóművet. Más Boeing repülőgépek alumíniumötvözetet használnak ebben az alkalmazásban, de a fenti repülőgépek esetében a terhelés magasabb, és az alumínium szerkezet nem alkalmas a szárnyborításra. Az alumíniumötvözet lesz az első választás, mert költsége sokkal alacsonyabb. Az acél egy másik lehetőség, de a súly magasabb lesz.
Üzemi hőmérséklet
A motor szerkezete és a kipufogófelület magas hőmérsékleten működik, így a fő választás titán alapú vagy nikkel alapú ötvözetek; hasonlóképpen, a nikkelötvözetek jelentősen növelik a súlyt. A titán motorötvözet üzemi hőmérséklete körülbelül 600 °C. Egyes alkalmazások, például a dugók és fúvókák (2. ábra) bizonyos működési körülmények között rövid ideig ellenállnak az e hőmérséklet feletti hőmérsékletnek. A speciális motorötvözetek kivételével a titánötvözetek hőmérsékleti határértéke körülbelül 540 °C. Ezen hőmérséklet felett az oxigénszennyezés problémává válik, így a felület törékeny. A titánt alacsony hőmérsékletű szerkezetekben is használják, mint például a rakétamotorok járókereke.
Korrózióállóság
A titánnak nagyon kemény születő oxidja van, amely azonnal képződik, amikor a levegőnek van kitéve. Ez az oxid felelős a kiváló korrózióállóságért. A repülőgépiparban a korrózió nem tényező a titánban. A titán nincs kimagvatva. A szerző véleménye szerint ez a magas színvonalú szolgáltatási tapasztalat lényege. Használat közben az alumínium és acélötvözetek végül korróziós gödröket képeznek, amelyek stressz-emelőként működnek, majd stresszkorróziót vagy fáradtsági repedéseket okoznak. Ez nem történik meg a titánnal. Ez a korrózióállóság a vegyiparon, a petrolkémiai, a cellulóz-, a papír- és az építőiparon keresztül fut. A titán és ötvözetei kiváló ellenállással rendelkeznek a legtöbb oxidáló, semleges és gátolt csökkentési körülmények között. Korrózióállósága is van az emberi testben. A biokompatibilitás is nagyon jó; protézisben használják, és a csont ésszerűen megtervezett titán szerkezetté nő. A kereskedelmi tiszta titánt külső építési alkalmazásokban is használják, és ez a gyakorlat Japánban kezdődött. A külső felületen használják, mert soha nem igényel karbantartást. Ezek közül a leghíresebb a guggenheimi múzeum külső részén, Bilbaóban, Spanyolországban.
Kompozit anyagkompatibilitás
A titán kompatibilis a polimer kompozitok grafitszálaival. Nagy az elektromos potenciál az alumínium és a grafit között. Ha az alumínium nedvesen érintkezik a grafittal, az alumínium korrodálódik. A kompozit anyagoktól olyan módszerekkel izolálható, mint az üvegszálas rétegek, de olyan területeken, amelyeket nehéz ellenőrizni és cserélni, a titánt konzervatív módszerként használják. Ezen túlmenően, bár a titán hőtágulási együtthatója (CTE) magasabb, mint a grafité, sokkal alacsonyabb, mint az alumíniumé. Még a törzsszerkezet üzemi hőmérsékleti tartományán belül is, körülbelül -60 °C-tól meleg időben +55 °C-ig, a kompozit anyaghoz csatlakoztatott alumíniumszerkezet CTE-különbsége nagyon nagy terhelést okoz. Ez nem probléma a titán szerkezettel. Nyilvánvaló, hogy minél hosszabb az alkatrész, annál nagyobb az alumínium használatának problémája.
Alacsony modulus
A fő fontos terület az acélrugók cseréje. Mivel a modulus körülbelül fele az acélnak, csak a tekercsek számának fele szükséges. A nagy szilárdságot és sűrűséget (az acél körülbelül 60% -át) kombinálva az acélrugók ideális esetben körülbelül 70% -kal csökkenthetik a súlyt. Ezenkívül a titán kiváló korrózióállóságot biztosít, ezáltal csökkentve a karbantartási költségeket.
Páncél
A titán kiváló ballisztikus ellenállással rendelkezik. Az acél- vagy alumínium páncélzathoz képest ugyanolyan ballisztikus védelemmel rendelkezik az areális érdeklődési sűrűségben, és 15-35% -kal csökkentheti a súlyt, ezáltal jelentősen csökkentve a katonai földi harci járművek súlyát. A könnyebb járművek jobb hordozhatósággal és manőverezhetőséggel rendelkeznek. A kiváló korrózióállóság, az alacsony ferromagnetizmus és a kompozit anyagokkal való kompatibilitás szintén jelentős előnyökkel jár. Két projekt, amely titánt használ a továbbfejlesztett járművekben, a Bradley gyalogsági harci jármű (3. ábra) és az Abrams fő harckocsija. 2 A titán viszonylag magas költségét sikeresen csökkentették elektronsugarakból, hideg kandallókból és egyolvadó ingotokból készült lemezek használatával. 3
