تولید کنندگان تجاری از سال 1947 از تیتانیوم استفاده می کردند در آن زمان هر سال تنها دو هزار پوند فلز تولید می شد.نسبت استحکام به وزن برتر تیتانیوم همراه با خواص ضد خوردگی آن، منابع دولتی و نظامی را علاقه مند نمود تا سال 1953 تولید سالانه تیتانیم به 2،000،000 پوند برسد.
امروزه صنعت هوافضا 73 درصد از تیتانیوم مورد استفاده در ایالات متحده را دارد، اما نظامی تولید کنندگان نیز به طور فزاینده ای تیتانیوم را برای برنامه های سخت افزاری پیشرفته خود اتخاذ می کنند. تولیدکنندگان نظامی و هوافضا استانداردهای با کارایی بالا را برای محصولات خود تنظیم می کنند زیرا با شرایط ویژه مواجه هستند و باید از قدرت و استحکام فوق العاده برخوردار باشند. با توجه به چالش هایی که این تجهیزات در طول عمر عملیاتی خود با آن روبرو هستند نیازمند طیف وسیعی از فلزات و آلیاژهای با کیفیت بالا هستند، از جمله:
فولاد ضد زنگ: این فلز مقاوم در برابر خوردگی در شرایط مرطوب است و بخش مهمی از کیت های ظروف، لوله گاز اسلحه گرم، برچسب ها و موارد دیگر را تشکیل می دهد. فولاد ضد زنگ در انواع گریدها، از جمله مغناطیسی و غیر مغناطیسی موجود است.
فولاد کربنی: این فولاد دارای حداقل مشخصات برای استفاده هنگام آلیاژ سازی با نیکل، کروم، مولیبدن، کبالت و تمام عناصر دیگر است. فولادهای کربنی اگر چه بدون مراقبت زنگ می زنند اما تنوع و استحکام فوق العاده آنها که با عملیات حرارتی حاصل می شود آنها را در بخشهای نظامی و هوافضا، به ویژه در سرنیزه ها و چاقوها، کارا می کند.
آلیاژهای نیکل: این آلیاژ ها مقاومت الکتریکی و مغناطیسی کم، کمترین انعطاف پذیری حرارتی و پسماند مغناطیسی را دارند. این ویژگی ها آلیاژهای نیکل را بخشی ضروری از موتورهای توربو هواپیما و سیستم های انرژی هسته ای در زیردریایی ها و حامل های هواپیما می سازد.
تیتانیوم: استفاده از تیتانیوم به طور موفقیت آمیز باعث رفع بسیاری از مشکلات مهندسی می شود. تیتانیوم همان مقاومت فولاد را ارائه می دهد اما با نیمی از آن وزن و در وزن برابر دو برابر قویتر از آلومینیوم است. علاوه بر این، تیتانیوم یکی از بالاترین نسبت های استحکام به وزن بین تمام فلزات را ارائه می دهد. عملکرد استثنایی آن در دمای بالا و همچنین مقاومت بالای خوردگی آن، جزء مهمی برای بسیاری از تجهیزات کاربردی است.علاوه بر این، قابلیت ماشینکاری آن، ساخت قطعات محافظ تیتانیومی را مانند دیگر فلزات قابل اعتماد می کند. تیتانیوم همچنین دارای ویژگی های عالی گالوانیکی و سازگاری هدایت حرارتی می باشد. که این امر آن را برای استفاده بیشتر همراه با کامپوزیت های کربن برای سخت افزار های نظامی و هوافضا باز می کند.
کاربردهای نظامی تیتانیوم
استحکام سبک وزن استثنایی و خواص ضد خوردگی برتر، یک منبع با ارزش برای هر شاخه نظامی است. نیروی دریایی ایالات متحده از تیتانیوم برای اجزای کشتی استفاده می کند که در تماس مستقیم با اقیانوس ها قرار دارند، از جمله شفت پروانه، دستگیره های زیر دریایی و تجهیزات در سطح. تیتانیوم همچنین یک جزء ضروری از دریچه های زیر دریایی، سیستم های خنک کننده و لوله کشی، مبدل های حرارتی و پره های اگزوز را تشکیل می دهد.
نیروی هوایی توانایی استفاده از نسبت قدرتمند وزن به تیتانیوم را با استفاده از آن در ارابه های فرود، فریم های هواپیما، براکت ها و پانل های دسترسی بال استفاده می کند. تیتانیوم همچنین در نفربرهای زرهی مورد استفاده نیروهای نظامی مور استفاده قرار می گیرد و محققان در حال حاضر قابلیت آنرا برای تسلیحات زره پوش و تجهیزات حفاظتی شخصی مورد آزمایش قرار می دهند.
تیتانیوم در صنایع نظامی و هوافضا
ویژگی های ماشینکاری آسان تیتانیوم و ویژگی های آلیاژسازی آن، ترکیبات آلیاژهای با کیفیت بالا با آلومینیوم، وانادیوم و دیگر عناصر را آسان می کند. آلیاژهای تیتانیوم در هواپیما، کشتی ها، موشک ها و فضاپیماها در قطعات با کارایی بالا از قبیل فایروال ها، کانال های اگزوز هلیکوپتر و قطعات سازه ای حساس ظاهر می شوند.
سطح مواد دارای اکسید غیر شیمیایی است که منجر به مقاومت خوردگی به اسیدهای معدنی و کلرید ها را افزایش می دهد. در چالش محیط نظامی و هوافضا، مقاومت کششی و خستگی تیتانیوم نیز به مقاومت در برابر خستگی و شکستگی کمک می کند. استحکام کششی آن از 20،000 تا 200،000 psi و مقاومت در برابر حرارت بالاتر از 1112 درجه فارنهایت (600 درجه سانتیگراد) آن را قادر می سازد تا در هر محیط نقش ایفا کند.
خواص آلیاژسازی بالای تیتانیوم این اطمینان را حاصل می کند که تقاضا برای فلز در کاربردهای نظامی و هوا فضا افزایش می یابد، به ویژه به این دلیل که ساخت و ساز کامپوزیت در هواپیماهای نظامی با کارایی بالا مانند F-22 Raptor غالب می شود. قابلیت های رپتور به استفاده گسترده از تیتانیوم و کامپوزیت های آن بستگی دارد. تیتانیوم 42 درصد از تمام مواد ساختاری را به وزن هواپیما به ارمغان می آورد. در مقابل، فولاد و آلومینیوم تنها 6 درصد و 16 درصد از هواپیما F-22 را تشکیل می دهند.
چشم انداز روشن برای تیتانیوم
در گذشته، استفاده از مواد مانند آلومینیوم و فولاد و عملکرد آنها در تجهیزات کاربردی از جمله اجزای موتور و توربین همراه با ظرفیت ساختاری در محیط های خورنده خشن توافق بود. سازگاری تیتانیوم با فلزات دیگر در آلیاژها و همچنین مواد کامپوزیتی مانند فیبر کربن و فایبرگلاس، تقاضا برای این مواد در صنایع نظامی و هوافضا و همچنین بخش تجاری به طور کلی افزایش خواهد یافت.