ניתוח ביצועי מתכת טיטניום

בדרך כלל, אלומיניום מאבד את תכונותיו המקוריות ב-150 מעלות, נירוסטה מאבדת את תכונותיה המקוריות ב-310 מעלות, וסגסוגות טיטניום עדיין שומרות על תכונות מכניות טובות בסביבות 500~600 מעלות. כאשר מהירות המטוס מגיעה ל-2.7 מאך, טמפרטורת פני השטח של מבנה המטוס מגיעה ל-230 מעלות. סגסוגות אלומיניום וסגסוגות מגנזיום כבר אינן זמינות, אך סגסוגות טיטניום יכולות לעמוד בדרישות. לטיטניום יש עמידות טובה בחום והוא משמש בדיסקים ובלהבים של מדחסי מנועי מטוסים ובעור של גופי גוף אחוריים של מטוסים.

החוזק של כמה סגסוגות טיטניום (כגון Ti-5Al-2.5SnELI) עולה ככל שהטמפרטורה יורדת, אך הפלסטיות לא יורדת הרבה. עדיין יש לו פלסטיות טובה וקשיחות בטמפרטורות נמוכות והוא מתאים לשימוש בטמפרטורות נמוכות במיוחד. ניתן להשתמש בו במנועי רקטות מימן נוזלי וחמצן נוזלי, או כמיכלי טמפרטורה נמוכים במיוחד ומיכלי אחסון על חלליות מאוישות.

הטיטניום עצמו אינו מגנטי, וסגסוגות טיטניום שאינן מכילות ברזל הן גם אינן מגנטיות, כך שביעילות ניתן למנוע הפרעות מגנטיות. משמש לפגזים של צוללות ולא יגרום לפיצוצי מוקשים. בנוסף לשימוש בהגנה לאומית, חיל האוויר וייצור נשק, הוא נמצא בשימוש נרחב גם בהנדסת רכבות, תקשורת, תעופה וחלל, תעופה, מעבדות היי-טק, בתי חולים (סריקות, צילומי רנטגן, הדמיית תהודה מגנטית, אלקטרוקרדיוגרמות, צינורות קרני קתודה), רפואה, תעשייה גרעינית, תהודה מגנטית גרעינית, ספקטרומטר מגנטי, מגנט טסלה גבוה, פעולות חיצוניות, בניית רציפים, צלילה, תעשייה כימית, הגנה מפני שריפות, התפלה, בניית ספינות, פלטפורמות נפט וגז ימיות, תעשיית מלח וכו'.

המוליכות התרמית של סגסוגת טיטניום קטנה, כלומר היא מתחממת במהירות ומוליך חום לאט. המוליכות התרמית שלו היא רק 1/5 של פלדה, 1/13 של אלומיניום ו-1/25 של נחושת. מוליכות תרמית ירודה היא חיסרון של טיטניום, אך ניתן לנצל תכונה זו של טיטניום במקרים מסוימים.

מודול האלסטי של טיטניום הוא רק חצי מזה של פלדה. בשימוש כחומר מבני, מודול האלסטי הנמוך שלו מהווה חיסרון והוא נוטה להסטה.

חוזק מתיחה וחוזק תנובה של טיטניום

חוזק המתיחה של סגסוגת טי-6Al-4V טיטניום הוא 960MPa וחוזק התפוקה הוא 892MPa. ההבדל בין השניים הוא רק 58MPa. מאפיין זה גורם לטיטניום לייצר קפיצה גדולה במהלך העיבוד, שעליו יש להתגבר.

לטיטניום יש כוח מקשר חזק עם מימן וחמצן. יש להקפיד על מניעת חמצון וספיגת מימן. ריתוך טיטניום צריך להתבצע תחת הגנת ארגון כדי למנוע זיהום. צינורות וצלחות טיטניום חייבים להיות מטופלים בחום תחת ואקום, ויש לשלוט באווירת המיקרו-חמצון במהלך טיפול בחום של פרזול טיטניום.

שעונים זהים בצורתם ובגודלם עשויים מטיטניום וחומרים מתכתיים אחרים (נחושת, פלדה). כאשר הכו פעמונים שונים באותו כוח, מצאנו שהצליל נמשך זמן רב יותר כאשר הפעמון העשוי מטיטניום התנודד, כלומר, האנרגיה שניתנה לפעמון בלחיצה לא נעלמה בקלות, מה שמצביע על כך שלטיטניום יש תכונות שיכוך נמוכות יותר והוא יכול לשמש צור מגוון של כלי נגינה.

פונקציית זיכרון הצורה של טיטניום, פונקציית מוליכות-על ותפקוד ספיגת המימן נקראות שלושת הפונקציות המיוחדות של טיטניום וסגסוגות טיטניום.

פונקציית זיכרון בצורת טיטניום

חלק מסוים מסגסוגת Ti-Ni יכולה לשחזר את צורתה המקורית בתנאי טמפרטורה מסוימים, כלומר, יש לה פונקציית זיכרון צורה. חומר זה נקרא סגסוגת זיכרון צורה. כיום, סגסוגות זיכרון צורות נמצאות בשימוש נרחב ביישומים תעופה וחלל, ימיים, כלי נשק, רפואיים ותעשייתיים.

כאשר הטמפרטורה יורדת עד קרוב לאפס, חוטים העשויים מסגסוגת ניוביום-טיטניום מאבדים התנגדות והופכים למוליכים-על. כאשר כל זרם גדול עובר דרכו, החוט לא יתחמם ולא יצרוך אנרגיה. Nb-Ti נקרא חומר מוליך-על.

לחלק מסוים מסגסוגת Ti-Fe יש את היכולת לספוג כמויות גדולות של מימן. באמצעות מאפיין זה ניתן לאחסן מימן בבטחה, ובתנאים מסוימים ניתן להשתמש בסגסוגת Ti-Fe המאוחסנת לשחרור מימן, המהווה אלטרנטיבה לשימוש בבלוני גז פלדה בלחץ גבוה לאחסון מימן. תכונה זו נקראת פונקציית ספיגת המימן של טיטניום, וחומרים בעלי פונקציה זו נקראים חומרי אגירת אנרגיה.