Syitä käyttää titaania
vähentää painoa
Titaanin suuri lujuus ja alhainen tiheys (noin 40 % pienempi kuin teräksen) tarjoavat monia mahdollisuuksia painonpudotukseen. Parhaita esimerkkejä ovat sen käyttö Boeing 777- ja 787 -lentokoneiden sekä Airbus A380 -lentokoneiden laskutelineissä. Kuvassa 1 on 777-koneen laskutelineet. 1 Kaikki merkityt osat on valmistettu Ti-10V-2Fe-3Al:sta. Tämän lejeeringin pienin vetolujuus on 1 193 MPa; sitä käytetään korvaamaan korkealujuus niukkaseosteinen teräs 4340M, jota käytetään 1 930 MPa:n paineella. Tämä vaihto johti yli 580 kg:n painonpudotukseen. 1 Boeing 787 käyttää seuraavan sukupolven erittäin lujaa titaaniseosta Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, joka on hieman vahvempi ja jolla on tiettyjä käsittelyetuja. Titaanin käytön laskutelineen rakenteessa pitäisi myös vähentää merkittävästi laskutelineen ylläpitokustannuksia sen korroosionkestävyyteen. Matala tiheys ja suuri lujuus tekevät siitä erittäin houkuttelevan edestakaisin liikkuville osille, kuten kiertokankeille autosovelluksissa. Samoin perheautojen hinta on liian korkea, mutta Yhdysvaltain energiaministeriö investoi voimakkaasti tehdäkseen autojen ja kuorma-autojen titaanikomponenttien hinnasta kohtuullisen. (Titaania on käytetty menestyksekkäästi huippuluokan kilpa-autoissa, eikä hinta ole niin suuri ongelma.)
Tilan rajoitukset
Tämä sovellus ei näy usein, mutta se on tärkeä. Parhaat esimerkit ovat 737-, 747- ja 757-malleissa käytetyt laskutelineen palkit. Tämä komponentti kulkee siipien ja rungon välissä ja tukee laskutelinettä. Muut Boeing-lentokoneet käyttävät tässä sovelluksessa alumiiniseosta, mutta yllä mainituilla koneilla kuormitus on suurempi ja alumiinirakenne ei sovellu siiven kuoreen. Alumiiniseos on ensimmäinen valinta, koska sen hinta on paljon alhaisempi. Teräs on toinen vaihtoehto, mutta paino on suurempi.
Käyttölämpötila
Moottorin rakenne ja pakokaasualue toimivat korkeissa lämpötiloissa, joten päävalinta on titaani- tai nikkelipohjaiset seokset; samoin nikkeliseokset lisäävät painoa merkittävästi. Titaanimoottoriseoksen käyttölämpötila on jopa noin 600 °C. Jotkut sovellukset, kuten tulpat ja suuttimet (kuva 2), kestävät tämän lämpötilan yläpuolella olevia lämpötiloja lyhyen aikaa tietyissä käyttöolosuhteissa. Erikoismoottoriseoksia lukuun ottamatta titaaniseosten lämpötilaraja on noin 540°C. Tämän lämpötilan yläpuolella happikontaminaatio tulee ongelmaksi, mikä tekee pinnasta hauraan. Titaania käytetään myös matalissa lämpötiloissa olevissa rakenteissa, kuten rakettimoottoreiden siipipyörissä.
Korroosionkestävyys
Titaanissa on erittäin kova syntyvä oksidi, joka muodostuu välittömästi joutuessaan alttiiksi ilmalle. Tämä oksidi on vastuussa erinomaisesta korroosionkestävyydestä. Ilmailuympäristössä korroosio ei ole tekijä titaanissa. Titaanissa ei ole kuoppia. Kirjoittajan' mielestä tämä on laadukkaan palvelukokemuksen ydin. Käytössä alumiini- ja terässeokset muodostavat lopulta korroosiokuoppia, jotka toimivat jännityskorroosioina ja aiheuttavat sitten jännityskorroosiota tai väsymishalkeamia. Näin ei tapahdu titaanin kanssa. Tämä korroosionkestävyys kulkee läpi kemian-, petrokemian-, massa-, paperi- ja rakennusteollisuuden. Titaanilla ja sen seoksilla on erinomainen kestävyys useimmissa hapettavissa, neutraaleissa ja estyneissä pelkistysolosuhteissa. Sillä on myös korroosionkestävyys ihmiskehossa. Bioyhteensopivuus on myös erittäin hyvä; sitä käytetään proteesissa ja luusta kasvaa järkevästi suunniteltu titaanirakenne. Kaupallista puhdasta titaania käytetään myös ulkorakennussovelluksissa, ja tämä käytäntö alkoi Japanista. Sitä käytetään ulkopinnalla, koska se ei koskaan tarvitse huoltoa. Tunnetuin niistä on sen käyttö Guggenheim-museon ulkopinnalla Bilbaossa, Espanjassa.
Komposiittimateriaalien yhteensopivuus
Titaani on yhteensopiva polymeerikomposiittien grafiittikuitujen kanssa. Alumiinin ja grafiitin välillä on suuri sähköpotentiaali. Jos alumiini joutuu kosketuksiin grafiitin kanssa märkänä, alumiini ruostuu pois. Se voidaan eristää komposiittimateriaaleista esimerkiksi lasikuitukerroksilla, mutta alueilla, joita on vaikea tarkastaa ja vaihtaa, käytetään konservatiivisena menetelmänä titaania. Lisäksi, vaikka titaanin lämpölaajenemiskerroin (CTE) on korkeampi kuin grafiitin, se on paljon pienempi kuin alumiinin. Jopa runkorakenteen käyttölämpötila-alueella, noin -60°C:sta matkan aikana +55°C:een kuumalla säällä, komposiittimateriaaliin kiinnitetyn alumiinirakenteen CTE-ero aiheuttaa erittäin suuren kuormituksen. Tämä ei ole ongelma titaanirakenteen kanssa. Ilmeisesti mitä pidempi komponentti on, sitä suurempi on alumiinin käytön ongelma.
Matala moduuli
Tärkein tärkeä alue on teräsjousien vaihto. Koska moduuli on noin puolet teräksen moduulista, tarvitaan vain puolet kelojen lukumäärästä. Yhdistämällä korkea lujuus ja tiheys (noin 60 % teräksestä), teräsjouset voivat ihanteellisesti vähentää painoa noin 70 %. Lisäksi titaani tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden, mikä vähentää ylläpitokustannuksia.
Panssari
Titaanilla on erinomainen ballistinen kestävyys. Teräs- tai alumiinipanssariin verrattuna sillä on sama ballistinen suojaus kiinnostavalla aluetiheydellä ja se voi vähentää painoa 15-35%, mikä vähentää huomattavasti sotilaallisten maataisteluajoneuvojen painoa. Kevyemmillä ajoneuvoilla on parempi kuljetettavuus ja ohjattavuus. Erinomainen korroosionkestävyys, alhainen ferromagnetismi ja yhteensopivuus komposiittimateriaalien kanssa tarjoavat myös merkittäviä etuja. Kaksi projektia, joissa käytetään titaania päivitetyissä ajoneuvoissa, ovat Bradley-jalkaväen taisteluajoneuvo (kuva 3) ja Abrams-pääpanssarivaunu. 2 Titaanin suhteellisen korkeaa hintaa on onnistuneesti alennettu käyttämällä elektronisuihkulevyjä, kylmiä tulisijoja ja yksisulavia harkkoja. 3
