ГОРИЗОНТЫ ТРАНСПОРТА БУДУЩЕГО
ГОРИЗОНТЫ ТРАНСПОРТА БУДУЩЕГО
Замечательные свойства титана — легкость, прочность, высокая стойкость против коррозионного разрушения — в полной мере проявляются при использовании нового промышленного металла не только в авиации, но и в наземных видах транспорта — на железных дорогах, в автомобилях, морских и речных судах.
О применении нового конструкционного материала в военно- морском флоте уже рассказывалось. Те же преимущества даст этот металл, если его использовать не только для военных кораблей, но и для нужд торгового и рыболовного флота. В результате повысятся дальность плавания и маневренность судов, будут значительно сэкономлены средства, затрачиваемые на ремонт материальной части и уход за нею. Корпуса судов, обшитые листами титана, совершенно не будут нуждаться в окраске. Высокая стойкость титановых сплавов в движущейся воде делает их наилучшим материалом для подводных крыльев и стоек.
В Институте проблем литья Академии наук УССР разработана технология изготовления керамических форм для получения крупногабаритных отливок из титановых сплавов. В этих формах изготовлены гребные винты для речных и морских судов.
Габариты винта достигают метра. Титановые винты обладают целым рядом преимуществ.
Лучшими материалами для гребных винтов считаются латунь и бронза, стойкие в морской воде, хотя ежегодно коррозия все равно проникает в глубь металла на несколько сотых долей миллиметра. Титан же не просто стоек в морской воде, он — абсолютно стоек, то есть, как уже говорилось об этом выше, практически не разрушается. В меньшей степени титан подвергается и кавитационному износу. Все это и обеспечивает высокий срок службы гребных винтов из титановых сплавов.
Мало того. Титановый винт имеет массу всего 40 килограммов, тогда как бронзовый — почти 80 и стоит к тому же в полтора раза дороже. Облегченный винт снижает центробежную нагрузку на вал и увеличивает моторесурс дизельного двигателя теплохода. Эксплуатация каждого титанового винта средних размеров дает общий экономический эффект 700 рублей.
Применение нового конструкционного материала для клапанов, толкателей, механизмов газораспределения, шатунов, поршневых пальцев и других деталей двигателя позволяет уменьшить инерционные нагрузки на кривошипно-шатунный механизм, повысить предел усталости, снизить усилия на болты и гайки шатуна, увеличить число оборотов, а следовательно, и мощность двигателя. Увеличивается запас сил пружин, уменьшается на 30 процентов сила удара клапана о седло. Важными свойствами титановых сплавов, помимо высокой удельной прочности и стойкости против коррозии, являются сравнительно высокая жаропрочность, низкий коэффициент теплового расширения.
Применяемые в дизелестроении для шатунов высоколегированные стали далеко не полностью удовлетворяют требованиям эксплуатации: под влиянием растягивающих напряжений стали деформируются — текут. Титановые сплавы таких недостатков не имеют.
Титановый сплав ВТ5 (титан с небольшими добавками алюминия, железа и кремния) успешно использован на одном из отечественных дизелестроительных заводов для шатунов серийно выпускаемых мощных двигателей. Титановые шатуны показали высокую надежность, отличную коррозионную стойкость в среде паров масла и продуктов сгорания топлива, обеспечив длительную безотказную работу двигателей.
Обычно применяемые глушители автомобильных двигателей изготовляются из мягкой углеродистой стали и быстро выходят из строя вследствие прогаров и внешней коррозии. Использование титана позволяет избежать этого.
Японская фирма ”Кобе стил” разрабатывает титановые сплавы для автомобилестроения. Один из сплавов предназначен для изготовления впускных и выпускных клапанов и будет выдерживать нагрев до 800—900 °С. Этот новый титановый сплав в два с половиной раза легче стали, которую он заменит. Другой сплав, разработанный фирмой, станут применять для толкателей клапанов, клапанных тарелок, поперечных клиньев и шатунов. Оба сплава уже используются в гоночных автомобилях марок Е380 и Е382, выпущенных японской фирмой "Ниссан Мотор”, которая планирует применить эти сплавы также в спортивных машинах.
Объединенными усилиями трех японских автомобильных фирм из титанового сплава создан сверхлегкий двигатель, который в два с половиной раза легче обычного автомобильного мотора. Сплав более чем на 80 процентов состоит из титана, остальное — олово, алюминий, цирконий и совсем небольшое количество хрома и стали. Стоимость нового двигателя весьма велика и на первых порах его будут ставить только на дорогие машины.
В других странах титан применяется пока в основном в конструкциях гоночных автомобилей. Крупнейший производитель титана в США фирма ТМКА сконструировала гоночный автомобиль Т1-22. Автомобиль оправдывает свое название: он изготовлен почти целиком из титана, что и дает хорошие результаты. Титановые сплавы используют и во многих других американских гоночных машинах.
В автомобиле ”Инди-500” из титана сделаны клапанные приводы и выхлопная система. Успешно прошел испытания экспериментальный газотурбинный автомобиль. ”Огненная птица”, корпус которого полностью изготовлен из титана. Титан применен и в гоночном автомобиле ”Орел” компании AAR, завоевавшем Большой приз по итогам 24-часовой гонки в Бельгии.
Одна из канадских фирм использует титановые сплавы для изготовления шатунов двигателей гоночных машин, благодаря чему число оборотов мотора достигло 8600 в минуту, а мощность увеличилась на 8,8 киловатт. Титановый сплав, разработанный фирмой ”Кобе стил”, о котором сообщалось выше, используют в США и Англии для изготовления нагнетательных и выхлопных клапанов автомобильных двигателей.
Применение титана в автомобилестроении, конечно же, не ограничится гоночными машинами. Особо ответственные детали серийных автомобилей и двигателей также необходимо изготовлять из материалов, обладающих наилучшим комплексом свойств, что существенно повышает надежность и долговечность изделий и той техники, в которой они применяются.
На восстановление действующего парка машин ежегодно расходуются десятки миллионов рублей. Затраты на ремонт и межремонтное обслуживание — осмотры, проверки — иногда достигают в год четверти стоимости машины, а трудоемкость капитального ремонта грузового автомобиля в три, а нередко и в четыре раза превышает трудоемкость его изготовления. Показателем масштабов ремонтных работ может служить огромное количество запасных частей, которые выпускаются сотнями заводов и которых тем не менее не хватает.
Если же автомобильные детали изготовлять из сплавов титана, они будут надежными и долговечными. Это позволит значительно сократить ремонты, увеличить срок службы, благодаря чему можно сэкономить многие миллионы рублей. Наиболее целесообразно использовать титановые сплавы для деталей двигателей, несущей конструкции и ходовой части, причем самыми подходящими сплавами для деталей двигателя являются высокопрочные и жаропрочные титановые композиции, для несущих конструкций ~ сплавы средней прочности, а для ходовой части автомобилей — высокопрочные сплавы.
Замена стали титаном при производстве рам, осей грузовиков и автоприцепов позволит увеличить полезную грузоподъемность и срок службы, уменьшить износ покрышек, расход горючего, сократить затраты на ремонт и простои, что в конечном итоге не. только окупит стоимость титановых сплавов, но и даст существенную экономию средств. Снижение массы грузового транспорта всего на один килограмм увеличивает полезную нагрузку на сумму в несколько рублей.
Титан дает возможность уменьшить массу железнодорожных вагонов и тем самым снизить расход энергии, необходимой для их передвижения. Благодаря снижению общей массы подвижного состава становится возможным уменьшить габариты вагонных шеек и букс. Одна из зарубежных фирм — производителей железнодорожных вагонов — предполагает, что уменьшение массы вагона на 450 килограммов даст экономию в 2000 долларов. Другая фирма уже использует титановые сплавы в турбине поезда, развивающего скорость 260 километров в час.