Titanyum kullanma nedenleri
kilo azaltmak
Titanyumun yüksek mukavemeti ve düşük yoğunluğu (çelikten yaklaşık %40 daha düşük), ağırlık azaltma için birçok fırsat sunar. En iyi örnekler Boeing 777 ve 787 uçaklarının ve Airbus A380'in iniş takımlarında kullanılmasıdır. Şekil 1, 777 uçağındaki iniş takımını göstermektedir. 1 Tüm işaretli parçalar Ti-10V-2Fe-3Al'den yapılmıştır. Bu alaşımın minimum çekme mukavemeti 1.193 MPa'dır; 1.930 MPa'da kullanılan yüksek mukavemetli düşük alaşımlı çelik 4340M'nin yerini almak için kullanılır. Bu değiştirme, 580 kg'dan fazla bir ağırlık azalmasıyla sonuçlandı. 1 Boeing 787, mukavemeti biraz daha yüksek olan ve belirli işleme avantajlarına sahip olan yeni nesil yüksek mukavemetli titanyum alaşımı Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr'yi kullanır. İniş takımı yapısında titanyum kullanımı, iniş takımının bakım maliyetini korozyon direncine göre önemli ölçüde azaltmalıdır. Düşük yoğunluk ve yüksek mukavemet, onu otomotiv uygulamaları için biyel kolları gibi pistonlu parçalar için çok çekici kılmaktadır. Benzer şekilde, aile otomobillerinin fiyatı çok yüksek, ancak ABD Enerji Bakanlığı, otomobiller ve kamyonlar için titanyum bileşenlerin fiyatını makul kılmak için büyük yatırımlar yapıyor. (Titanyum, yüksek kaliteli yarış arabalarında başarıyla kullanılmıştır ve maliyeti o kadar da büyük bir sorun değildir.)
Alan kısıtlamaları
Bu uygulama sık görünmüyor, ancak önemli. En iyi örnekler 737, 747 ve 757'de kullanılan iniş takımı kirişleridir. Bu bileşen kanatlar ve gövde arasında ilerleyerek iniş takımını destekler. Diğer Boeing uçakları bu uygulamada alüminyum alaşımı kullanır, ancak yukarıdaki uçaklar için yük daha fazladır ve alüminyum yapı kanat zarfına uygun değildir. Alüminyum alaşımı maliyeti çok daha düşük olduğu için ilk tercih olacaktır. Çelik başka bir seçenektir, ancak ağırlık daha yüksek olacaktır.
Çalışma sıcaklığı
Motorun yapısı ve egzoz bölgesi yüksek sıcaklıklarda çalışır, bu nedenle ana seçim titanyum bazlı veya nikel bazlı alaşımlardır; benzer şekilde, nikel alaşımları ağırlığı önemli ölçüde artıracaktır. Titanyum motor alaşımının servis sıcaklığı yaklaşık 600°C kadar yüksektir. Tapalar ve nozullar gibi bazı uygulamalar (Şekil 2), belirli çalışma koşulları altında kısa bir süre için bu sıcaklığın üzerindeki sıcaklıklara dayanabilir. Özel motor alaşımları dışında titanyum alaşımlarının sıcaklık sınırı yaklaşık 540°C'dir. Bu sıcaklığın üzerinde, oksijen kontaminasyonu bir problem haline gelir ve yüzeyi kırılgan hale getirir. Titanyum, roket motorlarının çarkları gibi düşük sıcaklıklardaki yapılarda da kullanılır.
korozyon direnci
Titanyum, havaya maruz kaldığında hemen oluşacak çok sert bir yeni oluşan okside sahiptir. Bu oksit, mükemmel korozyon direncinden sorumludur. Havacılık ortamında, korozyon titanyumda bir faktör değildir. Titanyum çukurlu değildir. Yazarın' görüşüne göre, bu, yüksek kaliteli hizmet deneyiminin özüdür. Kullanımda, alüminyum ve çelik alaşımları sonunda, stres yükseltici olarak hareket eden ve daha sonra stres korozyonuna veya yorulma çatlaklarına neden olan korozyon çukurları oluşturacaktır. Titanyumda bu olmaz. Bu korozyon direnci, kimya, petrokimya, kağıt hamuru, kağıt ve inşaat endüstrilerinden geçer. Titanyum ve alaşımları, çoğu oksitleyici, nötr ve engellenmiş indirgeme koşullarında mükemmel dirence sahiptir. Ayrıca insan vücudunda korozyon direncine sahiptir. Biyouyumluluk da çok iyidir; protez bir cihazda kullanılır ve kemik makul bir şekilde tasarlanmış bir titanyum yapıya dönüşecektir. Ticari saf titanyum da dış yapı uygulamalarında kullanılmaktadır ve bu uygulama Japonya'da başlamıştır. Hiçbir zaman bakım gerektirmediği için dış yüzeyde kullanılır. Bunların en ünlüsü İspanya, Bilbao'daki Guggenheim Müzesi'nin dış cephesinde kullanılmasıdır.
Kompozit malzeme uyumluluğu
Titanyum, polimer kompozitlerdeki grafit liflerle uyumludur. Alüminyum ve grafit arasında yüksek bir elektrik potansiyeli vardır. Alüminyum ıslandığında grafitle temas ederse, alüminyum korozyona uğrayacaktır. Cam elyaf katmanlar gibi yöntemlerle kompozit malzemelerden izole edilebilir, ancak incelenmesi ve değiştirilmesi zor olan alanlarda koruyucu bir yöntem olarak titanyum kullanılır. Ayrıca titanyumun termal genleşme katsayısı (CTE) grafitinkinden daha yüksek olmasına rağmen, alüminyumunkinden çok daha düşüktür. Gövde yapısının çalışma sıcaklığı aralığında bile, seyir sırasında yaklaşık –60°C'den sıcak havalarda +55°C'ye kadar, kompozit malzemeye bağlı alüminyum yapının CTE'sindeki fark çok yüksek bir yüke neden olacaktır. Bu titanyum yapıda bir problem değildir. Açıkçası, bileşen ne kadar uzun olursa, alüminyum kullanma sorunu o kadar büyük olur.
Düşük modül
Asıl önem verilen alan çelik yayların değiştirilmesidir. Modül, çeliğinkinin yaklaşık yarısı kadar olduğundan, bobin sayısının sadece yarısına ihtiyaç vardır. Yüksek mukavemet ve yoğunluğu (çeliğin yaklaşık %60'ı) birleştiren çelik yaylar ideal olarak ağırlığı yaklaşık %70 oranında azaltabilir. Ayrıca titanyum, mükemmel korozyon direnci sağlayarak bakım maliyetlerini düşürür.
Zırh
Titanyum mükemmel balistik dirence sahiptir. Çelik veya alüminyum zırh ile karşılaştırıldığında, ilgilenilen alan yoğunluğunda aynı balistik korumaya sahiptir ve ağırlığı %15-35 oranında azaltabilir, böylece askeri kara muharebe araçlarının ağırlığını büyük ölçüde azaltabilir. Daha hafif araçlar daha iyi taşınabilirlik ve manevra kabiliyetine sahiptir. Mükemmel korozyon direnci, düşük ferromanyetizma ve kompozit malzemelerle uyumluluk da önemli avantajlar sağlar. Yükseltilmiş araçlarda titanyum kullanan iki proje, Bradley piyade savaş aracı (Şekil 3) ve Abrams ana muharebe tankıdır. 2 Nispeten yüksek titanyum maliyeti, elektron ışınlarından, soğuk ocaklardan ve tek eriyen külçelerden yapılmış plakalar kullanılarak başarıyla düşürülmüştür. 3
