Razlozi za korištenje titana
smanjiti težinu
Visoka čvrstoća i niska gustoća titana (oko 40% niža od čelika) pružaju mnoge mogućnosti za smanjenje težine. Najbolji primjeri su njegova uporaba na opremi za slijetanje zrakoplova Boeing 777 i 787 i Airbus A380. Na slici 1. prikazana je oprema za slijetanje na zrakoplovu 777. 1 Svi označeni dijelovi izrađeni su od Ti-10V-2Fe-3Al. Minimalna vlačna čvrstoća ove legu 1.193 MPa; koristi se za zamjenu čelika niske legula visoke čvrstoće 4340M koji se koristi na 1.930 MPa. Ova zamjena rezultirala je smanjenjem težine za više od 580 kg. 1 Boeing 787 koristi sljedeću generaciju titanske legure visoke čvrstoće Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, koja je nešto veća u snazi i ima određene prednosti obrade. Upotreba titana u strukturi zupčanika za slijetanje također bi trebala značajno smanjiti troškove održavanja opreme za slijetanje na njegovu otpornost na koroziju. Niska gustoća i visoka čvrstoća čine ga vrlo atraktivnim za recipročne dijelove, kao što su spojne šipke za automobilsku primjenu. Slično tome, cijena obiteljskih automobila je previsoka, ali ministarstvo energetike SAD-a ulaže mnogo kako bi cijena titanskih komponenti za automobile i kamione bila razumna. (Titan se uspješno koristi u vrhunskim trkaćim automobilima, a cijena nije tako veliki problem.)
Svemirska ograničenja
Ova se aplikacija ne pojavljuje često, ali je važna. Najbolji primjeri su zrake zupčanika za slijetanje koje se koriste na 737, 747 i 757. Ova komponenta radi između krila i trupa, podupirući opremu za slijetanje. Ostali Boeingovi zrakoplovi koriste aluminijsku legulu u ovoj aplikaciji, ali za gore navedene zrakoplove opterećenje je veće i aluminijska konstrukcija nije prikladna za krilnu omotnicu. Aluminijska legure bit će prvi izbor jer je njezina cijena znatno niža. Čelik je druga opcija, ali težina će biti veća.
Radna temperatura
Struktura motora i ispušnog područja rade na visokim temperaturama, tako da je glavni izbor legure na bazi titana ili nikla; slično tome, legure nikla značajno će povećati težinu. Servisna temperatura legure titan motora je čak oko 600 °C. Neke primjene, kao što su čepovi i mlaznice (slika 2.), mogu izdržati temperature iznad te temperature kratko vrijeme u određenim radnim uvjetima. Osim posebnih legura motora, temperaturna granica legura titana je oko 540°C. Iznad ove temperature, kontaminacija kisikom postaje problem, čineći površinu krhkom. Titan se također koristi u strukturama na niskim temperaturama, kao što su impeleri raketnih motora.
Otpornost na koroziju
Titan ima vrlo čvrst oksid u nastajanju koji će se formirati odmah kada je izložen zraku. Ovaj oksid je odgovoran za izvrsnu otpornost na koroziju. U zrakoplovnom okruženju korozija nije čimbenik titana. Titan nije udubljen. Prema mišljenju autora, to je suština visokokvalitetnog iskustva u pružanju usluga. U uporabi, aluminijske i čelične legure će na kraju formirati korozijske jame, koje djeluju kao dizači stresa, a zatim uzrokuju koroziju naprezanja ili pukotine umora. To se ne događa s titanom. Ova otpornost na koroziju prolazi kroz kemijsku, petrokemijsku, pulpnu, papirnu i građevinsku industriju. Titan i njegove legure imaju izvrsnu otpornost u većini oksidirajućih, neutralnih i inhibijenskih uvjeta redukcije. Također ima otpornost na koroziju u ljudskom tijelu. Biokompatibilnost je također vrlo dobra; koristi se u protetskom uređaju, a kost će prerasti u razumno dizajniranu strukturu titana. Komercijalni čisti titan također se koristi u vanjskim građevinskim primjenama, a ova praksa započela je u Japanu. Koristi se na vanjskoj površini jer nikada ne treba nikakvo održavanje. Najpoznatija od njih je njegova uporaba na vanjštini Muzeja Guggenheim u Bilbau, Španjolska.
Kompatibilnost kompozitnog materijala
Titan je kompatibilan s grafitnim vlaknima u polimernim kompozitima. Postoji veliki električni potencijal između aluminija i grafita. Ako aluminij dođe u dodir s grafitom kada je mokar, aluminij će biti korodiran. Može se izolirati od kompozitnih materijala metodama kao što su slojevi staklenih vlakana, ali u područjima koja je teško pregledati i zamijeniti, titan se koristi kao konzervativna metoda. Osim toga, iako je koeficijent toplinske ekspanzije (CTE) titana veći od koeficijenta grafita, mnogo je niži od koeficijenta aluminija. Čak i unutar radnog temperaturnog raspona konstrukcije trupa, od oko –60 °C tijekom krstarenja do +55 °C u vrućem vremenu, razlika u CTE aluminijske konstrukcije pričvršćene na kompozitni materijal uzrokovat će vrlo veliko opterećenje. To nije problem s strukturom titana. Očito, što je komponenta dulja, to je veći problem korištenja aluminija.
Niski modul
Glavno područje od važnosti je zamjena čeličnih opruga. Budući da je modul oko polovice čelika, potrebna je samo polovica broja zavojnica. Kombinirajući visoku čvrstoću i gustoću (oko 60% čelika), čelične opruge mogu idealno smanjiti težinu za oko 70%. Osim toga, titan pruža izvrsnu otpornost na koroziju, čime se smanjuju troškovi održavanja.
Oklop
Titan ima izvrstan balistički otpor. U usporedbi s čeličnim ili aluminijskim oklopom, ima istu balističku zaštitu pri gustoći interesa i može smanjiti težinu za 15-35%, čime se uvelike smanjuje težina vojnih kopnenih borbenih vozila. Lakša vozila imaju bolju transportnost i upravljivost. Izvrsna otpornost na koroziju, nizak feromagnetizam i kompatibilnost s kompozitnim materijalima također pružaju značajne prednosti. Dva projekta koja koriste titan u nadograđenim vozilima su borbeno vozilo pješaštva Bradley (Slika 3) i glavni borbeni tenk Abrams. 2 Relativno visoka cijena titana uspješno je smanjena korištenjem ploča od elektronskih zraka, hladnih ognjišta i ingota koji se tope. 3
