Titaani kasutamise põhjused
vähendada kaalu
Titaani kõrge tugevus ja madal tihedus (umbes 40% madalam kui terasel) pakuvad palju võimalusi kaalu vähendamiseks. Parimad näited on selle kasutamine Boeing 777 ja 787 lennukite ning Airbus A380 telikutel. Joonisel 1 on kujutatud 777 lennuki telikut. 1 Kõik märgistatud osad on valmistatud materjalist Ti-10V-2Fe-3Al. Selle sulami minimaalne tõmbetugevus on 1193 MPa; seda kasutatakse 1930 MPa juures kasutatava ülitugeva madala legeeritud terase 4340M asendamiseks. Selle asendamise tulemusena vähenes kaal rohkem kui 580 kg. 1 Boeing 787 kasutab järgmise põlvkonna ülitugevat titaanisulamit Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, mis on veidi tugevam ja millel on teatud töötlemise eelised. Titaani kasutamine teliku konstruktsioonis peaks oluliselt vähendama ka teliku hoolduskulusid kuni selle korrosioonikindluseni. Madal tihedus ja suur tugevus muudavad selle väga atraktiivseks edasi-tagasi liikuvate osade jaoks, nagu näiteks autotööstuses kasutatavad ühendusvardad. Samamoodi on pereautode hind liiga kõrge, kuid USA energeetikaministeerium investeerib suuri investeeringuid, et muuta sõidu- ja veoautode titaankomponentide hind mõistlikuks. (Titaani on edukalt kasutatud tippklassi võidusõiduautodes ja selle maksumus pole nii suur probleem.)
Ruumipiirangud
Seda rakendust ei ilmu sageli, kuid see on oluline. Parimad näited on teliku talad, mida kasutatakse mudelitel 737, 747 ja 757. See komponent jookseb tiibade ja kere vahel, toetades telikut. Teised Boeingu lennukid kasutavad selles rakenduses alumiiniumisulamit, kuid ülaltoodud lennukite puhul on koormus suurem ja alumiiniumkonstruktsioon ei sobi tiivaümbrisesse. Alumiiniumisulam on esimene valik, kuna selle maksumus on palju madalam. Teras on veel üks võimalus, kuid kaal on suurem.
Töötemperatuur
Mootori struktuur ja väljalaskeala töötavad kõrgetel temperatuuridel, seega on peamine valik titaani- või niklipõhised sulamid; samamoodi suurendavad niklisulamid oluliselt kaalu. Titaani mootorisulami töötemperatuur on umbes 600 °C. Mõned rakendused, nagu pistikud ja düüsid (joonis 2), taluvad teatud töötingimustes lühikest aega sellest temperatuurist kõrgemaid temperatuure. Titaanisulamite temperatuuripiirang on ligikaudu 540°C, välja arvatud spetsiaalsed mootorisulamid. Üle selle temperatuuri muutub probleemiks hapniku saastumine, mis muudab pinna rabedaks. Titaani kasutatakse ka madalatel temperatuuridel konstruktsioonides, näiteks rakettmootorite tiivikutes.
Korrosioonikindlus
Titaanil on väga sitke tekkiv oksiid, mis tekib õhuga kokkupuutel koheselt. See oksiid vastutab suurepärase korrosioonikindluse eest. Lennunduskeskkonnas ei ole korrosioon titaani puhul tegur. Titaanil ei ole auke. Autor' arvates on see kvaliteetse teeninduskogemuse olemus. Kasutamisel moodustavad alumiiniumist ja terasesulamid lõpuks korrosioonisüvendid, mis toimivad pingetõusudena ja põhjustavad seejärel pingekorrosiooni või väsimuspragusid. Titaaniga seda ei juhtu. See korrosioonikindlus läbib keemia-, naftakeemia-, tselluloosi-, paberi- ja ehitustööstust. Titaanil ja selle sulamitel on suurepärane vastupidavus enamikes oksüdeerivates, neutraalsetes ja inhibeeritud redutseerimistingimustes. Sellel on ka inimkeha korrosioonikindlus. Biosobivus on samuti väga hea; seda kasutatakse proteesiseadmes ja luust kasvab mõistliku disainiga titaankonstruktsioon. Kaubanduslikku puhast titaani kasutatakse ka välisehituses ja see praktika sai alguse Jaapanist. Seda kasutatakse välispinnal, kuna see ei vaja kunagi hooldust. Kuulsaim neist on selle kasutamine Hispaanias Bilbaos asuva Guggenheimi muuseumi välisilmes.
Komposiitmaterjalide ühilduvus
Titaan ühildub polümeerkomposiitide grafiitkiududega. Alumiiniumi ja grafiidi vahel on suur elektripotentsiaal. Kui alumiinium puutub märjana kokku grafiidiga, siis alumiinium korrodeerub. Seda saab eraldada komposiitmaterjalidest selliste meetoditega nagu klaaskiudkihid, kuid raskesti kontrollitavates ja asendatavates piirkondades kasutatakse konservatiivse meetodina titaani. Lisaks, kuigi titaani soojuspaisumistegur (CTE) on kõrgem kui grafiidil, on see palju madalam kui alumiiniumil. Isegi kerekonstruktsiooni töötemperatuuri vahemikus, umbes –60°C reisimise ajal kuni +55°C kuuma ilmaga, põhjustab komposiitmaterjali küljes oleva alumiiniumkonstruktsiooni CTE erinevus väga suure koormuse. See ei ole titaani struktuuri probleem. Ilmselgelt, mida pikem on komponent, seda suurem on alumiiniumi kasutamise probleem.
Madal moodul
Peamine oluline valdkond on terasvedrude väljavahetamine. Kuna moodul on umbes poole väiksem terasest, on vaja ainult poole vähem pooli. Ühendades suure tugevuse ja tiheduse (ligikaudu 60% terasest), võivad terasvedrud ideaaljuhul vähendada kaalu umbes 70%. Lisaks tagab titaan suurepärase korrosioonikindluse, vähendades seeläbi hoolduskulusid.
Armor
Titaanil on suurepärane ballistiline vastupidavus. Võrreldes terasest või alumiiniumist soomustega on sellel huvipakkuva piirkonna tiheduse juures sama ballistiline kaitse ja see võib vähendada massi 15–35%, vähendades sellega oluliselt sõjaväe maapealsete lahingumasinate kaalu. Kergematel sõidukitel on parem transporditavus ja manööverdusvõime. Suurepärane korrosioonikindlus, madal ferromagnetism ja ühilduvus komposiitmaterjalidega pakuvad samuti olulisi eeliseid. Kaks projekti, mis kasutavad täiustatud sõidukites titaani, on jalaväe lahingumasin Bradley (joonis 3) ja pealahingtank Abrams. 2 Titaani suhteliselt kõrget hinda on edukalt vähendatud elektronkiirtest valmistatud plaatide, külmakollete ja ühekordselt sulavate valuplokkide kasutamisega. 3
