Причини за използване на титан
намаляване на теглото
Високата якост и ниската плътност на титан (около 40% по-ниска от стоманата) предоставят много възможности за намаляване на теглото. Най-добрите примери са използването му на колесника на самолети Boeing 777 и 787 и Airbus A380. Фигура 1 показва колесника на самолета 777. 1 Всички маркирани части са изработени от Ti-10V-2Fe-3Al. Минималната якост на опън на тази сплав е 1,193 MPa; използва се за замяна на нискосплавна стомана с висока якост 4340M, използвана при 1930 MPa. Тази замяна доведе до намаляване на теглото с повече от 580 кг. 1 Boeing 787 използва следващото поколение титанова сплав с висока якост Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, която е малко по-висока по сила и има определени предимства за обработка. Използването на титан в конструкцията на колесника също следва значително да намали разходите за поддръжка на колесника до устойчивостта му на корозия. Ниската плътност и високата якост го правят много привлекателен за възпроизводство на части, като свързващи пръти за автомобилни приложения. По същия начин цената на семейните автомобили е твърде висока, но Министерството на енергетиката на САЩ инвестира много, за да направи цената на титанови компоненти за автомобили и камиони разумна. (Титан е бил успешно използван в висок клас състезателни автомобили, и цената не е толкова голям проблем.)
Ограничения в пространството
Това приложение не се появява често, но е важно. Най-добрите примери са гредите на колесника, използвани на 737, 747 и 757. Този компонент минава между крилата и фюзелажът, поддържайки колесника. Други самолети Boeing използват алуминиева сплав в това приложение, но за горните самолети натоварването е по-високо и алуминиевата структура не е подходяща за плика на крилото. Алуминиева сплав ще бъде първият избор, защото цената му е много по-ниска. Стоманата е друг вариант, но теглото ще бъде по-високо.
Работна температура
Структурата на двигателя и зоната на отработените газове работят при високи температури, така че основният избор е сплави на основата на титан или на никел; по същия начин, никелови сплави значително ще увеличи теглото. Температурата на обслужване на сплавта на титанов двигател е толкова висока, колкото около 600°C. Някои приложения, като щепсели и дюзи (фигура 2), могат да издържат на температури над тази температура за кратък период от време при определени работни условия. С изключение на специалните сплави на двигателя, температурната граница на титанови сплави е приблизително 540°C. Над тази температура замърсяването с кислород се превръща в проблем, което прави повърхността чуплива. Титанът се използва и в структури при ниски температури, като например импулсите на ракетните двигатели.
Устойчивост на корозия
Титанът има много жилав зараждащ се оксид, който ще се образува веднага, когато е изложен на въздуха. Този оксид е отговорен за отличната устойчивост на корозия. В космическата среда корозия не е фактор за титан. Титанът не е костил. Според автора това е същността на висококачествен сервизен опит. В употреба алуминиеви и стоманени сплави в крайна сметка ще образуват корозия яма, които действат като щрангове стрес и след това причиняват стрес корозия или умора пукнатини. Това не се случва с титан. Тази устойчивост на корозия минава през химическата, нефтохимическата, целулозната, хартиената и строителната промишленост. Титанът и неговите сплави имат отлична устойчивост при повечето окисляващи, неутрални и инхибирани редукция условия. Също така има устойчивост на корозия в човешкото тяло. Биологичната съвместимост също е много добра; използва се в протезно устройство, а костта ще прерасне в разумно проектирана титанова структура. Търговски чист титан се използва и във външни строителни приложения, и тази практика започна в Япония. Използва се на външната повърхност, защото никога не се нуждае от никаква поддръжка. Най-известната от тях е използването му на екстъра на музея Гугенхайм в Билбао, Испания.
Съвместимост на композитен материал
Титанът е съвместим с графитни влакна в полимерни композити. Има висок електрически потенциал между алуминий и графит. Ако алуминий влезе в контакт с графит, когато е мокра, алуминият ще бъде корозирал далеч. Тя може да бъде изолирана от композитни материали чрез методи като слоеве от стъклени влакна, но в области, които трудно се инспектират и заменят, титанът се използва като консервативен метод. В допълнение, въпреки че коефициентът на термично разширение (КТЕ) на титан е по-висок от този на графит, той е много по-нисък от този на алуминия. Дори в рамките на диапазона на работната температура на конструкцията на фюзелажа, от около – 60°C по време на круиз до +55°C при горещо време, разликата в CTE на алуминиевата структура, прикрепена към съставния материал, ще предизвика много високо натоварване. Това не е проблем с титановата структура. Очевидно, колкото по-дълго компонент, по-голям е проблемът с използването на алуминий.
Нисък модул
Основната област от значение е подмяната на стоманени пружини. Тъй като модулът е около половината от този на стоманата, е необходим само половината от броя намотки. Комбинирайки висока якост и плътност (приблизително 60% от стоманата), стоманените пружини в идеалния случай могат да намалят теглото с приблизително 70%. Освен това титанът осигурява отлична устойчивост на корозия, като по този начин намалява разходите за поддръжка.
Защитна обвивка
Титанът има отлична балистична устойчивост. В сравнение със стомана или алуминиева броня, тя има същата балистична защита при аралната плътност на интерес и може да намали теглото с 15-35%, като по този начин значително намалява теглото на военните наземни бойни превозни средства. По-леките превозни средства имат по-добра транспортируемост и маневреност. Отлична устойчивост на корозия, нисък феромагнетизъм, и съвместимост с композитни материали също осигуряват значителни предимства. Два проекта, които използват титан в модернизирани превозни средства, са пехотното бойно превозно средство Брадли (фигура 3) и основният боен танк "Ейбрамс". 2 Сравнително високата цена на титана е успешно намалена чрез използване на плочи, изработени от електронни греди, студени огнища, и еднотопилни слитъци. 3
