Motive pentru utilizarea titanului
reduce greutatea
Rezistența ridicată și densitatea scăzută a titanului (cu aproximativ 40% mai mică decât oțelul) oferă multe oportunități de reducere a greutății. Cele mai bune exemple sunt utilizarea sa pe uneltele de aterizare ale aeronavelor Boeing 777 și 787 și Airbus A380. Figura 1 prezintă trenul de aterizare pe aeronava 777. 1 Toate piesele marcate sunt realizate din Ti-10V-2Fe-3Al. Rezistența minimă la tracțiune a acestui aliaj este de 1.193 MPa; este folosit pentru a înlocui oțelul slab aliat de înaltă rezistență 4340M utilizat la 1,930 MPa. Această înlocuire a dus la o reducere a greutății de peste 580 kg. 1 Boeing 787 utilizează următoarea generație de aliaj de titan de înaltă rezistență Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, care este puțin mai mare în rezistență și are anumite avantaje de procesare. Utilizarea titanului în structura trenului de aterizare ar trebui, de asemenea, să reducă semnificativ costul de întreținere al trenului de aterizare la rezistența la coroziune. Densitatea scăzută și rezistența ridicată îl fac foarte atractiv pentru piesele cu piston, cum ar fi tijele de conectare pentru aplicații auto. În mod similar, prețul mașinilor de familie este prea mare, dar Departamentul de Energie al SUA investește masiv pentru a face rezonabil prețul componentelor din titan pentru autoturisme și camioane. (Titanul a fost folosit cu succes în mașinile de curse high-end, iar costul nu este o problemă atât de mare.)
Constrângeri de spațiu
Această aplicație nu apare adesea, dar este importantă. Cele mai bune exemple sunt grinzile trenului de aterizare utilizate pe 737, 747 și 757. Această componentă rulează între aripi și fuselaj, susținând trenul de aterizare. Alte avioane Boeing folosesc aliaj de aluminiu în această aplicație, dar pentru avioanele de mai sus, sarcina este mai mare și structura din aluminiu nu este potrivită pentru anvelopa aripii. Aliajul de aluminiu va fi prima alegere, deoarece costul său este mult mai mic. Oțelul este o altă opțiune, dar greutatea va fi mai mare.
Temperatura
Structura motorului și zona de evacuare funcționează la temperaturi ridicate, astfel încât alegerea principală este aliajele pe bază de titan sau nichel; în mod similar, aliajele de nichel vor crește semnificativ greutatea. Temperatura de funcționare a aliajului de motor din titan este de până la aproximativ 600 °C. Unele aplicații, cum ar fi prizele și duzele (Figura 2), pot rezista la temperaturi peste această temperatură pentru o perioadă scurtă de timp în anumite condiții de funcționare. Cu excepția aliajelor speciale de motor, limita de temperatură a aliajelor de titan este de aproximativ 540 °C. Peste această temperatură, contaminarea cu oxigen devine o problemă, făcând suprafața fragilă. Titanul este, de asemenea, utilizat în structuri la temperaturi scăzute, cum ar fi rotorii motoarelor de rachete.
Rezistența la coroziune
Titanul are un oxid foarte dur care se va forma imediat când este expus la aer. Acest oxid este responsabil pentru rezistența excelentă la coroziune. În mediul aerospațial, coroziunea nu este un factor în titan. Titanul nu este fără sâmburi. În opinia autorului, aceasta este esența experienței de servicii de înaltă calitate. În uz, aliajele de aluminiu și oțel vor forma în cele din urmă gropi de coroziune, care acționează ca factori de creștere a stresului și apoi provoacă coroziune de stres sau fisuri de oboseală. Acest lucru nu se întâmplă cu titanul. Această rezistență la coroziune trece prin industria chimică, petrochimică, celuloză, hârtie și construcții. Titanul și aliajele sale au o rezistență excelentă în majoritatea condițiilor de reducere oxidante, neutre și inhibate. De asemenea, are rezistență la coroziune în corpul uman. Biocompatibilitatea este, de asemenea, foarte bună; este utilizat într-un dispozitiv protetic, iar osul va crește într-o structură de titan proiectată în mod rezonabil. Titanul pur comercial este, de asemenea, utilizat în aplicațiile de construcții exterioare, iar această practică a început în Japonia. Este folosit pe suprafata exterioara deoarece nu are nevoie de nici o intretinere. Cea mai faimoasă dintre acestea este utilizarea sa pe exteriorul Muzeului Guggenheim din Bilbao, Spania.
Compatibilitatea materialelor compozite
Titanul este compatibil cu fibrele de grafit din compozitele polimerice. Există un potențial electric ridicat între aluminiu și grafit. Dacă aluminiul intră în contact cu grafitul atunci când este umed, aluminiul va fi corodat. Acesta poate fi izolat din materiale compozite prin metode cum ar fi straturile de fibre de sticlă, dar în zonele dificil de inspectat și înlocuit, titanul este folosit ca metodă conservatoare. În plus, deși coeficientul de dilatare termică (CTE) al titanului este mai mare decât cel al grafitului, acesta este mult mai mic decât cel al aluminiului. Chiar și în intervalul de temperatură de funcționare al structurii fuselajului, de la aproximativ -60 °C în timpul croazierei la +55 ° C în vreme caldă, diferența de CTE a structurii de aluminiu atașată la materialul compozit va provoca o sarcină foarte mare. Aceasta nu este o problemă cu structura de titan. Evident, cu cât componenta este mai lungă, cu atât este mai mare problema utilizării aluminiului.
Modul scăzut
Principalul domeniu de importanță este înlocuirea arcurilor de oțel. Deoarece modulul este de aproximativ jumătate din cel al oțelului, este nevoie doar de jumătate din numărul de bobine. Combinând rezistența și densitatea ridicată (aproximativ 60% din oțel), arcurile din oțel pot reduce în mod ideal greutatea cu aproximativ 70%. În plus, titanul oferă o rezistență excelentă la coroziune, reducând astfel costurile de întreținere.
Armură
Titanul are o rezistență balistică excelentă. În comparație cu armura din oțel sau aluminiu, are aceeași protecție balistică la densitatea areală de interes și poate reduce greutatea cu 15-35%, reducând astfel foarte mult greutatea vehiculelor militare de luptă la sol. Vehiculele mai ușoare au o mai bună transportabilitate și manevrabilitate. Rezistența excelentă la coroziune, feromagnetismul scăzut și compatibilitatea cu materialele compozite oferă, de asemenea, avantaje semnificative. Două proiecte care utilizează titanul în vehicule modernizate sunt vehiculul de luptă al infanteriei Bradley (Figura 3) și tancul principal de luptă Abrams. 2 Costul relativ ridicat al titanului a fost redus cu succes prin utilizarea plăcilor din fascicule de electroni, vatre reci și lingouri cu o singură topire. 3
