Razlozi za korištenje titanija
smanjiti težinu
Visoka jačina i niska težina titanija (oko 40% niža od čelika) pružaju mnoge mogućnosti za smanjenje težine. Najbolji primjeri su njegova upotreba na stajnim zupčanicima aviona Boeing 777 i 787 i Airbus A380. Na sliиnom 1 se vidi stajni zupиanik na avionu 777. 1 Svi označeni dijelovi su napravljeni od Ti-10V-2Fe-3Al. Minimalna vlažna čvrstoca ove slitive je 1.193 MPa; koristi se za zamjenu visoko-jakog niskoletijskog čelika 4340M koji se koristi na 1.930 MPa. Ova zamjena je rezultirala smanjenjem težine više od 580 kg. 1 Boeing 787 koristi sljedeću generaciju legure titanija velike snage Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, koja je nešto višu snagu i ima određene prednosti obrade. Korištenje titanija u strukturi stajnih zupčanika također bi trebalo značajno smanjiti troškove održavanja stajnih zupčanika na njegovu otpornost na koroziju. Niska jačina i velika jačina čine ga vrlo atraktivnim za reciprocitetne dijelove, kao što su spajanje štapova za automobilske aplikacije. Slično tome, cijena obiteljskih automobila je previsoka, ali američko Ministarstvo energetike ulaže jako kako bi cijena titanijskih komponenti za automobile i kamione bila razumna. (Titanijum je uspješno korišten u visoko-end trkaćim automobilima, a cijena nije tako veliki problem.)
Svemirska zabrane
Ova aplikacija se ne pojavljuje često, ali je važna. Najbolji primjeri su sletni zupčanik koji se koristi na 737, 747 i 757. Ova komponenta teče između krila i broda, podržavajući stajni zupčanik. Ostali Boeingovi avioni u ovoj primjeni koriste aluminijsku slitinu, ali za gore navedeno avione, teret je veći i aluminijska konstrukcija nije pogodan za omotnicu krila. Aluminijska sligura će biti prvi izbor jer je njegova cijena mnogo niža. Čelik je još jedna opcija, ali težina će biti višu.
Operativna temperatura
Struktura motora i ispušnog područja rade na visokim temperaturama, pa je glavni izbor legure na bazi titana ili nikla; slično tome, sliti nikla značajno će povećati težinu. Temperatura servisa legure titanijumskog motora je visoka i do oko 600°C. Neke aplikacije, kao što su utikači i snop (2) mogu izdržati temperature iznad ove temperature na kratko vrijeme pod određenim uvjetima rada. Osim specijalnih legure motora, ograničenje temperature legure titana je približno 540°C. Iznad ove temperature kontaminacija kisikom postaje problem, što površinu čini krhkom. Titanij se također koristi u strukturama na niskim temperaturama, kao što su impeleri raketnih motora.
Otpornost na koroziju
Titanijum ima vrlo tvrd nacentni oksid koji će se formirati odmah kada je izložen zraku. Ovaj oksid je odgovoran za odličan otpor korozije. U aerosvemirskoj okolini korozija nije faktor titanija. Titanijum nije zapalio. Po mišljenju autora, to je suština kvalitetnog iskustva u usluzi. U upotrebi, aluminijske i čelične slitine će na kraju formirati jame za koroziju, koje djeluju kao rizeri stresa i zatim uzrokuju stresnu koroziju ili pukotine umora. Ovo se ne dešava sa titanijumom. Ovaj otpor na koroziju prolazi kroz hemijsku, petrokemijsku, pulpu, papirnu i građevinsku industriju. Titanij i njegove legure imaju odličan otpor pod većinom oksidacijskih, neutralnih i inhibicionih uslova redukcije. Također ima otpornost na koroziju u ljudskom tijelu. Biokompatibilnost je također vrlo dobra; koristi se u protetskoj spravi, a kost će izrasti u razumno dizajniranu titanijumsku strukturu. Komercijalni čisti titanij se također koristi u primjenama eksterijera konstrukcije, a ova praksa je započela u Japanu. Koristi se na vanjšoj površini jer nikada ne treba održavanje. Najpoznatiji od njih je njegova upotreba na eksterijeru Muzeja Guggenheim u Bilbau u Španiji.
Kompatibilnost kompozeta materijala
Titanij je kompatibilan sa grafitnim vlaknima u polimernim kompomitima. Postoji visok električni potencijal između aluminija i grafita. Ako aluminij dođe u dodir sa grafitom kada je mokar, aluminij će biti korodiran. Može se izolirati od kompozitnih materijala metodama kao što su slojovi staklenih vlakana, ali u područjima koja je teško pregledati i zamijeniti, titanij se koristi kao konzervativna metoda. Osim toga, iako je koeficijent toplinske ekspanzije (CTE) titanija veći od onog grafita, on je mnogo niži od onog aluminija. Čak i unutar raspona operativnih temperatura konstrukcije tereta, od oko –60°C tokom krstašenja do +55°C po vrućem vremenu, razlika u CTE aluminijske strukture pričvršćene na kompozitni materijal će izazvati vrlo visoko teret. Ovo nije problem sa strukturom titanija. Očito, što je komponenta duža, to je veći problem korištenja aluminijuma.
Niski modul
Glavno područje od značaja je zamjena čeličnih opruga. Pošto je modul oko pola od čelika, potrebno je samo pola broja zamotaja. Kombinujući visoku jačinu i težinu (približno 60% čelika), čelični opruge idealno mogu smanjiti težinu za približno 70%. Osim toga, titanijum pruža odličnu otpornost na koroziju, čime se smanjuju troškovi održavanja.
Oklop
Titanijum ima odličan balistički otpor. U poređenju sa čeličnim ili aluminijumnim oklopom, ima istu balističku zaštitu na arealnu gust interesa i može smanjiti težinu za 15-35%, čime se uvelika smanjuje težina vojnih borbenih vozila na terenu. Lakša vozila imaju bolju transportnost i manevera. Odlična otpornost na koroziju, niska feromagnetizam, i kompatibilnost sa kompozivnim materijalima također pružaju značajne prednosti. Dva projekta koja koriste titanijum u nadograđenim vozilima su borbeno vozilo pješadije Bradley (figura 3) i glavni borbeni tenk Abrams. 2 Relativno visoka cijena titanija uspješno je smanjena korištenjem ploča od elektrona snopa, hladnih otopljenih i jednotapljenih ingota. 3
