Ar titanas yra kiečiausias metalas?
Medžiagų mokslo diskusijose dažnai minimas teiginys, kad „titanas yra kiečiausias metalas“, tačiau tiesa yra daug sudėtingesnė. Nuo aviacijos iki medicininių implantų titanas tapo „žvaigždžių medžiaga“ šiuolaikinėje pramonėje dėl didelio stiprumo-svorio santykio ir{2}}svorio bei atsparumo korozijai. Tačiau pagal kietumą, pagrindinį rodiklį, tai nėra „kiečiausias metalas“. Palyginus metalų, tokių kaip volframas ir chromas, fizines savybes ir pramoninį pritaikymą, galime geriau suprasti tikrąją titano padėtį.
Titano kietumas dažnai klaidingai suprantamas kaip tiesiog „kietas“, tačiau moksliniai duomenys atskleidžia sudėtingesnį vaizdą. Gryno titano Brinelio kietumas yra maždaug 115-215 HB, o Moso kietumas – 6. Nors šios vertės gerokai viršija įprasto plieno vertes, jos yra žymiai mažesnės nei metalų, tokių kaip volframas ir chromas. Pavyzdžiui, volframo Brinelio kietumas gali siekti daugiau nei 350 HB, o jo kietumas pagal Mosą – 7,5-8,0; chromas, kurio Moso kietumas yra 9,0, yra kiečiausias žinomas grynas metalas. Šis skirtumas atsiranda dėl kristalų struktūros ir metalų atominių ryšių modelių. Volframo korpuso kubinė struktūra suteikia itin didelį atsparumą deformacijai, išlaiko formos stabilumą net esant dideliam įtempimui. Chromo sandara šešiakampė struktūra leidžia puikiai atlikti įbrėžimų testus, nes jo paviršių sunku subraižyti kitoms medžiagoms. Titano kristalų struktūra yra tarp šių dviejų, todėl užtikrinamas pakankamas stiprumas, kartu atsižvelgiant į apdirbamumą, tačiau jis yra šiek tiek prastesnis.
Titano „kietumas“ labiau atsispindi jo subalansuotame bendrame darbe. Jo tankis yra tik 57% plieno, tačiau jo tempiamasis stipris gali siekti 63 000 psi. Dėl šios „lengvos ir stiprios“ charakteristikos ji yra tinkamiausia medžiaga aviacinių variklių mentėms, raketų korpusams ir kitoms reikmėms. Pavyzdžiui, „Airbus A380“ varikliuose naudojama beveik 70 tonų titano lydinio, o jo didelis stiprumo -svorio ir{10}}svorio santykis sumažinamas degalų sąnaudas. Medicinos srityje dėl biologinio titano suderinamumo jis yra ideali medžiaga dirbtiniams sąnariams ir dantų implantams{12}}nesukelia atmetimo reakcijų organizme ir gali atlaikyti kasdienės veiklos įtempimą. Tačiau jei kietumas yra vienintelis kriterijus, titano reitingas turi užleisti vietą „specialybės čempionams“, tokiems kaip volframas ir chromas. Pavyzdžiui, apdorojant paviršių, kuriam reikalingas atsparumas įbrėžimams, chromavimas yra žymiai didesnis kietumas nei titanas; o aukštoje{15}}temperatūroje volframo lydiniai pasižymi puikiu stabilumu.
Metalo kietumo reitinge nepajudinamai dominuoja volframas ir chromas. Volframas, kurio lydymosi temperatūra siekia net 3422 laipsnius, yra vienas iš aukščiausią lydymosi temperatūrą gamtoje turinčių metalų, o jo kietumas išlieka stabilus net esant aukštai temperatūrai. Dėl šios savybės jis yra pagrindinė medžiaga ekstremaliose aplinkose, tokiose kaip šarvus{3}}pramušantys sviediniai ir aviacinių variklių purkštukai. Raketų variklių purkštukai turi atlaikyti tūkstančių laipsnių Celsijaus temperatūrą ir didelio{5}}greito oro srautą, todėl volframo lydinių kietumas ir atsparumas karščiui yra nepakeičiamas pasirinkimas. Chromo kietumą atspindi jo atsparumas įbrėžimams. Pridėjus 10 %-13 % chromo, kuris yra pagrindinis nerūdijančio plieno komponentas, žymiai padidėja plieno kietumas ir kartu susidaro tanki oksido plėvelė ant paviršiaus, derinant atsparumą korozijai ir estetiką. Chromo kietumas ir cheminis stabilumas yra labai svarbūs tokiose srityse kaip chromuota automobilių apdaila ir chirurginiai instrumentai. Verta paminėti, kad nors chromo kietumas pagal Mosą siekia 9,0, jis vis tiek yra mažesnis nei deimantų ir korundo, o tai dar labiau pabrėžia „kietumo“ matavimo sudėtingumą kartu su konkrečiais standartais. Unikali titano vertė slypi visapusiškame veikime. Skirtingai nuo volframo, kuris yra ypač kietas, bet sunkiai apdirbamas, arba chromo, kurio pagrindinis dėmesys skiriamas atsparumui įbrėžimams, tačiau paaukojamas tam tikras tvirtumas, titano pranašumai yra nepakeičiami tais atvejais, kai reikalingas stiprumo, atsparumo korozijai, biologinio suderinamumo ir lengvumo balansas. Pavyzdžiui, aukščiausios klasės{19}sportinių laikrodžių dėklai iš titano lydinio užtikrina atsparumą smūgiams ir patogumą dėvėti; giliųjų-jūrų zonduose naudojami titano lydinio korpusai, galintys atlaikyti aukšto slėgio aplinką ir išvengti jūros vandens korozijos. Šios programos remiasi ne „kiečiausia“ titano savybe, o optimaliu jo bendro veikimo sprendimu.
Žvelgiant iš medžiagų mokslo perspektyvos, titano „kietumas“ yra santykinis pranašumas, o ne absoliutus požymis. Kaip ir „visapusis metalinis prietaisas“, jis puikiai veikia stiprumo, atsparumo korozijai ir biologinio suderinamumo požiūriu, tačiau kietumu atsilieka nuo „specializuotų čempionų“, tokių kaip volframas ir chromas. Būtent dėl šios savybės titanas yra unikalus,-kai naudojamas kelių savybių balansas, titanas dažnai yra geresnis pasirinkimas nei vienas didelio{4}}kietumo metalas. To supratimas ne tik padeda racionaliau žiūrėti į titano medžiagas, bet ir suteikia mokslinį pagrindą medžiagų pasirinkimui įvairiose srityse. Titanas gali būti ne galutinio kietumo siekimo pabaiga, tačiau visapusiška našumo optimizavimo mąstysena skatina medžiagų mokslą siekti didesnių matmenų.
