Причини використання титану
зменшити вагу
Висока міцність і низька щільність титану (приблизно на 40% нижче, ніж сталь) надають безліч можливостей для зниження ваги. Найкращим прикладом є його використання на шасі літаків Boeing 777 і 787 і Airbus A380. На малюнку 1 показане шасі на літаку 777. 1 Всі позначені деталі виготовлені з Ti-10V-2Fe-3Al. Мінімальна міцність цього сплаву на розрив становить 1193 МПа; використовується для заміни високоміцної низьколегованої сталі 4340М, що використовується на 1930 МПа. Ця заміна призвела до зниження ваги більш ніж на 580 кг. 1 Boeing 787 використовує наступне покоління високоміцного титанового сплаву Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, який трохи вище за міцністю і має певні переваги в обробці. Використання титану в конструкції шасі також повинно значно знизити витрати на обслуговування шасі до його корозійної стійкості. Низька щільність і висока міцність роблять його дуже привабливим для зворотно-поступального деталю, таких як з'єднувальні стрижні для автомобільних застосувань. Аналогічно, ціна на сімейні автомобілі занадто висока, але Міністерство енергетики США вкладає значні кошти, щоб зробити ціни на титанові компоненти для легкових і вантажних автомобілів розумними. (Титан успішно використовується в гоночних автомобілях високого класу, і вартість не є такою великою проблемою.)
Обмеження простору
Таке додаток з'являється не часто, але це важливо. Кращими прикладами є балки шасі, що використовуються на 737, 747 і 757. Цей компонент проходить між крилами і фюзеляжем, підтримуючи шасі. Інші літаки Boeing використовують алюмінієвий сплав в цьому застосуванні, але для вищевказаних літаків навантаження вище, а алюмінієва конструкція не підходить для оболонки крила. Алюмінієвий сплав стане першим вибором, оскільки його вартість набагато нижче. Сталь - ще один варіант, але вага буде вище.
Робоча температура
Структура двигуна і вихлопна зона працюють при високих температурах, тому основним вибором є сплави на основі титану або нікелю; аналогічно, нікелеві сплави значно збільшать вагу. Службова температура сплаву титанового двигуна становить близько 600 °C. Деякі додатки, такі як заглушки і насадки (рисунок 2), можуть витримувати температуру вище цієї температури протягом короткого періоду часу при певних умовах експлуатації. За винятком спеціальних сплавів двигуна, межа температури титанових сплавів становить приблизно 540 °C. Вище цієї температури забруднення киснем стає проблемою, роблячи поверхню крихкою. Титан також використовується в конструкціях при низьких температурах, таких як робоче колесо ракетних двигунів.
Корозійна стійкість
Титан має дуже жорсткий зароджується оксид, який буде утворюватися відразу при впливі повітря. Цей оксид відповідає за відмінну корозійну стійкість. В аерокосмічному середовищі корозія не є фактором титану. Титан не занедіюється. На думку автора, в цьому і полягає суть якісного сервісного досвіду. У використанні алюмінієві та сталеві сплави в кінцевому підсумку утворюють корозійні ями, які виступають в якості стрес-стояків, а потім викликають стрес корозії або втоми тріщин. Цього не відбувається з титаном. Ця корозійна стійкість проходить через хімічну, нафтохімічну, целюлозну, паперову та будівельну промисловість. Титан і його сплави мають відмінну стійкість при більшості окислювальних, нейтральних і гальмованих умовах зниження. Він також має корозійну стійкість в організмі людини. Біосумісність також дуже хороша; він використовується в протезуванні, і кістка виросте в розумно спроектовану титанову структуру. Комерційний чистий титан також використовується в зовнішніх будівельних додатках, і ця практика почалася в Японії. Він використовується на зовнішній поверхні, тому що ніколи не потребує ніякого обслуговування. Найвідомішим з них є його використання на екстер'єрі музею Гуггенхайма в Більбао, Іспанія.
Сумісність композитних матеріалів
Титан сумісний з графітовими волокнами в полімерних композитах. Існує високий електричний потенціал між алюмінієм і графітом. Якщо алюміній вступить в контакт з графітом при мокрому, алюміній буде роз'їдатися. Його можна виділити з композитних матеріалів такими методами, як шари скловолокна, але в областях, які важко оглянути і замінити, титан використовується як консервативний метод. Крім того, хоча коефіцієнт теплового розширення (CTE) титану вище, ніж у графіту, він набагато нижче, ніж у алюмінію. Навіть в діапазоні робочих температур конструкції фюзеляжу, від -60 °C під час крейсерської до +55 °C в жарку погоду, різниця в CTE алюмінієвої структури, прикріпленої до композитного матеріалу, викличе дуже велике навантаження. Це не проблема з титановою структурою. Очевидно, чим довше компонент, тим більша проблема використання алюмінію.
Низький модуль
Основною областю важливості є заміна сталевих пружин. Оскільки модуль становить близько половини, ніж у сталі, потрібна лише половина кількості котушок. Поєднуючи високу міцність і щільність (приблизно 60% сталі), сталеві пружини в ідеалі можуть знизити вагу приблизно на 70%. Крім того, титан забезпечує відмінну корозійну стійкість, тим самим знижуючи витрати на технічне обслуговування.
Броню
Титан має відмінну балістичну стійкість. У порівнянні зі сталевою або алюмінієвою бронею, вона має однаковий балістичний захист при щільності інтересу і може знизити вагу на 15-35%, тим самим значно зменшивши вагу військових наземних бойових машин. Більш легкі транспортні засоби мають кращу транспортабельність і маневреність. Відмінні корозійна стійкість, низький феромагнетизм, сумісність з композитними матеріалами також забезпечують значні переваги. Два проекти, які використовують титан в модернізованих машинах, - це бойова машина піхоти Bradley (рисунок 3) і основний бойовий танк Abrams. Відносно висока вартість титану була успішно знижена за рахунок використання пластин з електронних пучків, холодних вогнищ і злитків з одним плавленням. 3
