A TITÁN FELHASZNÁLÁSA A JÁRMŰIPARBAN
Korábbi írásaimban már foglalkoztam különleges szerkezeti anyagokkal. Így a szénszálas műanyagokkal és a magnéziummal is. Mostani cikkemben a „gazdag ember alumíniumát”, a titánt veszem górcső alá.
A titán vegyjele Ti, rendszáma 22. Szobahőmérsékleten és légköri nyomáson fénylő, ezüstös, kis sűrűségű és nagy szilárdságú átmenetifém. A titán ellenáll a korróziónak a tengervízzel, klórral, lúgokkal és savakkal szemben, és még a királyvíz sem oldja. A helyes neve magyarul titán, nem titánium. Angolul titanium, amit kb. tajteniumnak kell ejteni, de ha magyar titániumnak fordítjuk, az bizony súlyos hiba.
Az elem elnevezésének magyar vonatkozása is van. Több, egymástól független felfedezője is volt. Az egyik a porosz vegyész, Martin Heinrich Klaproth, aki 1795-ben fedezte fel a felvidéki, Nyitra vármegyei, akkor a Magyar Királysághoz tartozó Bajmócskáról származó rutilban. Klaproth adott nevet a fémnek, a görög mitológia titánjairól keresztelte el.
Az iparban oxidjait és ötvözeteit hasznosítják. A titán-dioxid például egy gyakorta használt fehér festékanyag. A Tixo márkanevű átlátszó ragasztószalag is a titán-oxidról kapta a nevét: a márkanév a két atom első két-két betűjéből összevont anagramma. Ez a ragasztó nálunk inkább Cellux néven ismeretes. De ne térjünk el a tárgytól…
Ami a járműipar számára különösen érdekes, az a titánötvözetek különlegesen nagy szilárdsága, ami 900 MPa körül mozog (megj.: a későbbiekben „titán” alatt természetesen „titánötvözetet” is értek, ahogyan korábban a magnéziumos írásomban is). Ezzel szemben a magnéziumötvözeteké 200-300 MPa, az alumíniumötvözeteké 300-483 MPa. Igazi vetélytársa az acél: az ötvözetlen acél szilárdsága 400 MPa; ami ötvözve akár 1860 MPa is lehet.
A titánnál ez a magas teherbírás alacsony, 4507 kg/m³ értékű sűrűséggel párosul, ami különösen kedvező kombináció. Összehasonlításképpen a magnéziumé 1740 kg/m³, az alumíniumé 2700 kg/m³, a vasé pedig 7870 kg/m³. További előnye a magas olvadáspontja: légköri nyomáson 1668 °C, ami lehetővé teszi magas hőmérsékletnek kitett alkatrészek elkészítését. Hátránya, hogy sokkal kevesebb lelőhelyen bányászható, mondhatni meglehetősen ritka; illetve nehezen megmunkálható. Jellegzetes tulajdonsága továbbá a rugalmassága, ami lehet előny vagy hátrány is.
Ez a fém az alumíniummal, vagy a magnéziummal összehasonlítva viszonylag későn került a mérnökök látókörébe. Az Egyesült Államokban kezdték a repülőgépiparban használni. Az 1953-ban első repülését végző North American F-100 Super Sabre, illetve az 1955-től repülő Lockheed U-2 Dragon Lady voltak az első gépek titán alkatrészekkel. Az utóbb említett, híres kémrepülő például a szárnyvégeken kapott titán borítást, ami a leszálláskor biztosított a szárnynak védelmet.
Az USA északi szomszédjában az Avro Canada CF-105 “Arrow” nevű híres, 2 Machot repülő, ám szomorú véget érő, deltaszárnyú prototípusa szintén számos titán alkatrészt tartalmazott.
A Fekete Rigó és a szovjet titán
A titán felhasználásában fontos mérföldkő volt a Lockheed A-12 Archangel, illetve az A-12-őn alapuló SR-71 Blackbird (a “blackbird” leginkább “fekete rigónak” fordítható). Miután 1960. május 1-én a szovjet légvédelem Szverdlovszk (ma Jekatyerinburg) közelében egy SZ-75 Dvinával, a kor legmodernebb radarvezérlésű föld-levegő rakétájával lelőtte a Francis Gary Powers által vezetett U-2 típusú kémrepülőgép egy példányát; az A-12 és az SR-71 tervezésekor fontos igény volt arra – a CIA részéről –, hogy az új gép magasabban és gyorsabban tudjon haladni.
Kezdetektől 3 Mach, azaz 3675 km/h feletti tartós sebességgel számoltak. Ennél a sebességnél akár 400 Celsius fokos hőmérséklettel is számolni kellett. A titán olvadáspontja légköri nyomáson 1668 °C, ami a fentiekben már említett szilárdsági és sűrűségi adatokkal összevetve ideálisnak tűnt az új gép törzsének legyártásához.
Az első megállapodás szerint 12 db gépet kellett a Lockheednek leszállítania. Ezzel azonban az volt a gond, hogy nem volt olyan lelőhely, ahol az Egyesült Államok megfelelő mennyiségű titánt bányászhatott volna. Az egyik legfontosabb titánforrás pedig éppen az aktuális hidegháborús ellenség, a Szovjetunió volt.
(Jelen sorok szerzőjének 2014-ben volt szerencséje találkozni Kazahsztán hazánkba akkreditált rendkívüli és meghatalmazott nagykövetével. A nagykövet büszkén állította, hogy hazájában a Mengyelejev-féle periódusos rendszer összes stabil eleme bányászható, így a titán is. Az egykori Szovjetunió titánjának jelentős hányada tehát kazah bányákból származott.)
A CIA ekkor cselhez folyamodott: létrehozott több európai fantomcéget, hogy azon keresztül vásárolhasson titánt a szovjetektől, akiknek persze folyamatosan erős igénye volt a kemény nyugati devizára. Így a Lockheed új gépeihez többnyire szovjet titánt használtak.
Végül a géptörzs 92 százaléka készült ebből az anyagból, de a gázturbinákhoz is felhasználták. A magas termikus terhelés hatására a géptörzs hossza akár 100 mm-rel, a szélessége 50 mm-rel is megnőhetett.
Az amerikai repülőgépipar a titánnal jó tapasztalatokat szerzett. Az 1974-től repülő Rockwell B-1 Lancer bombázó számos eleme is ebből készült, majd csakhamar a polgári repülőgépeknél is egyre nagyobb arányban kezdték használni.
Persze a Vasfüggöny keleti oldalán is alkalmazták a titánt, így például az Alfa és a Plavnyik (a NATO-ban: Mike) osztályú szovjet tengeralattjárók gyártásához. Ugyanakkor a szovjet repülőgépiparban mintha spóroltak volna vele: a nagy sebességű MiG-25 vadászrepülőgépnek mindössze 9 %-a készült az anyagból. Úgy tűnik, hogy beépítés helyett inkább eladták, kellett a pénz.
Versenymotorok, versenyautók
Az 1960-as évek elején a közúti járművekben is megjelent a titán, természetesen először a versenypályákon. Az Autó-Motor c. lap 1962. évi 8. számában, a „Nagyító alatt a Jawa versenymotor” c. cikkben olvashatjuk, hogy a csehszlovák cég 250 és 350 cm3-es géposztályban 1961-től versenyző négyütemű motorjaiban titánötvözetű szívószelepek szabályozták a keverék beszívását. A nagyobbik, 350-es változat, Jan Křivka mérnök kéthengeres, királytengelyes, dupla vezérműtengelyes mestermunkája 10 300-as percenkénti fordulaton 49 lóerőre volt képes; 10,6:1 sűrítési arány mellett. A teljesítményt hatfokozatú váltó vitte az aszfaltra.
A motor sikeres volt: František Šťastný az 1961. évi vb-sorozatban – kategóriájában – második helyen végzett, csupán Gary Hocking bizonyult nála gyorsabbnak egy MV Agustával. A harmadik helyen is a titánszelepes Jawa végzett, Gustav Havellel a nyergében. Persze most biztosan sokan csodálkoznak azon, hogy ilyen modern és eredményes versenymotorok készültek a keleti blokkban; pedig ez így volt…
Szinte ezzel egy időben, 1962-től kezdett el az Egyesült Államokban a Del West Engineering titánból készült szívószelepeket kínálni a NASCAR-versenyautók ohv-motorjaihoz.
A magnéziummal kapcsolatos írásomban már említettem, hogy milyen fontos szerepe volt a fejlesztésekben a Porschénak. Ugyanez igaz a titán alkatrészekre is. 1966-ban jelent meg a versenypályákon a Porsche 906 Carrera 6 nevű versenyautó, amelynek 901/20 kódjelű motorjához először alkalmaztak titánból készült hajtórudat. A Porsche későbbi versenyautóinál is megmaradt ennél az anyagválasztásnál.
1969-ben a Porsche 917-es motorjába a már bevált titán hajtórudak titán főtengelyre csatlakoztak. Az új főtengely tömege 13 kg volt, 10 (!) kg-mal könnyebb, mint az ugyanezen típushoz készített acél verzió. Azonban ezt a megoldást utóbb elvetették. Főtengely gyártásához a titán túl rugalmasnak bizonyult.
Szintén a magnéziumos cikkben említettem az 1966-ban a Formula-1-ben rajthoz álló Eagle T1G, vagy más néven az Eagle Mk. 1. versenyautót; illetve azt, hogy a tervezése során különleges anyagokkal is kísérleteztek. A jármű alatt titánötvözet rugók és lengőkarok voltak. A 12 henger érces hangját pedig titánötvözet kipufogó közvetítette a külvilág számára.
A Jawa, a Del West, a Porsche és az Eagle újításai az 1970-es évekre gyorsan elterjedtek: hamarosan a legtöbb versenyautóban titán szelepek, szeleprugók, hajtórudak és futóműrugók kaptak helyet.
A titán megjelenése az utcai autókban még váratott magára. 1990-ben jelent meg az azóta legendássá vált Honda NSX, amelynek a fejlesztésében Ayrton Senna is részt vett. Az egyik újítása az volt, hogy először épült széria, utcai autó alumínium monocoque platformra. Kevésbé ismert tény, hogy ennek az autónak a motorjába került először szériában titánötvözet hajtórúd.
Szép lassan más titán alkatrészek is megjelentek az autóiparban. A Szovjetunió összeomlása meg is gyorsította ezt a folyamatot, hiszen könnyebb lett beszerezni a drága és ritka alapanyagot. 1998-ban a Toyota Altezzába kerültek először titán szívószelepek. 2005-ben a Bugatti Veyron lett az első utcai autó, amiben titán csavarokat alkalmaztak. 2012-ben a Tesla Model S aljára a mérnökök egy titánötvözet védőlemezt szereltek.
Titán a kerékpárok világában
Szép karriert futott be a titán a kerékpárok világában is: bár a sportban elért eredmények ellenére ritkán jön velünk szembe titán vázzal vagy alkatrészekkel készült bicikli. 1956-ban a birminghami Phillips nevű cég bemutatott egy titánvázas kerékpárt. A cég szerint a tömege 14 font 3 uncia, azaz 7,2 kg volt, ami abban az időben kiemelkedően könnyűnek számított; sőt, ma is annak számítana. Azonban nem lett belőle sorozatgyártás, illetve sokáig mások sem foglalkoztak az ötlettel. Csak 1972-ben jelent meg a szintén birminghami Speedwell, majd 1973-ban a kaliforniai Teledyne nevű cég titánvázaival: mindkét prototípust sorozatgyártás követte.
Eddy Merckx 1972. október 25-én a mexikóvárosi velodromban egy óra alatt 49,431 km-et tett meg, ezzel világrekordot felállítva. Pályakerékpárján is megjelent több titán alkatrész. Colnago króm-molibdén acél vázat; 52 x 14 fogas áttételt; furatokkal könnyített villanyakat, kormányt és nyeregcsövet; Pino Morroni titán stücnit; valamint Campagnolo titántengelyes pedált használt. A kerékpár tömege mindössze 5,75 kg volt.
Az 1973. évi országúti kerékpáros szezonban a francia Motobécane csapat versenyezője, a spanyol Luis Ocaña kétféle kerékpárt is használt. Henri Depierre cége, a Gémini [ejtsd kb.: zsémini] acélvázas, míg a már említett Speedwell titánvázas bicikliket is készített számára, persze mindkettőt Motobécane címkékkel. Ocaña abban az évben megnyerte a Tour de France-t, részben titánvázas kerékpárral: 10 hegyi szakaszon használta ezt a vázanyagot. Ez volt az első győztes titánváz – sőt, az első győztes nem-acél váz – a Touron, illetve a háromhetes körversenyeken. Mivel a titán hegesztése különleges technológiát, szakértelmet és tapasztalatot követel, ezért a kerékpárgyárak ritkán fognak saját titánváz gyártásába, inkább megvásárolják azokat, ez az oka annak, hogy – mit azt a későbbiekben is látni fogjuk -, hogy a titánvázakra gyakorta nem a tényleges gyártó címkéje kerül.
1979-ben az addig csak traktorjairól és autóiról híres Lamborghini a Frankfurti Autószalonon mutatott be egy különleges kerékpárt. A váza titánból készült, a teljes tömege pedig mindössze 6,5 kg volt. A kerékpár valójában nem a Lambo hazájában, hanem szintén a már említett Speedwellnél készült, mindössze 500 példányban. Az akkoriban horribilisnek számító 7000 német márkáért árulták. Az első példányt a karmester Herbert von Karajan rendelte meg.
1986-ban jelentek meg a színen a titánváz-történelem talán leghíresebb szereplői, az amerikai Merlin és a Litespeed. Később más neves cégek is foglalkoztak ezzel a vázanyaggal: például a szintén amerikai Serotta 1993-tól saját néven, majd 1998-tól a Schwinn részére úgy gyártott titánvázat, hogy azt Schwinn Paramount Titanium néven dobták piacra.
1994-ben Jevgenyij Valentyinovics Berzin (Евге́ний Валенти́нович Берзин) egy titánvázas De Rosa nyergében nyerte az olasz körversenyt, a Giro d’Italiát; azonban ez a váz valójában a Litespeednél készült.
1995-ben Tony Rominger szintén egy titán Colnagóval győzött. Rominger Colnago BiTitanja különösen érdekes konstrukció volt. A vázat valójában a litván Vidmantas Zukauskas cége, a Wittson Custom Ti Cycles tervezte és gyártotta. A titán rugalmasságát csökkentendő alul dupla csövet alkalmaztak.
1999-ben Lance Armstrong a Tour de France időfutamain Trek felirattal ellátott Litespeed Blade titánvázat használt. Armstrong akkor megnyerte a francia körversenyt, bár később dopping miatt elvették tőle az aranyat (nemcsak ezt, az összeset). Litespeed titánvázzal tehát két nagy háromhetest is megnyertek úgy, hogy a gyártó nem volt feltüntetve.
A francia sportszergyártó multicég, a Decathlon a 2000-es évek kezdetétől foglalkozott a titánvázas kerékpár gondolatával. 2005-ben mutatták be a 9.5 Titane nevű vázat, aminek az első háromszöge titánötvözetből, a hátsó pedig szénszálas műanyagból készült. A hírhedten rossz minőségű utakon szervezett Paris-Roubaix-versenyen Andy Flickinger, az Ag2r csapat tagja az 53. helyen végzett ezzel a bringával.
A gravel-kerékpárok divatjának megjelenésével a franciák ismét leporolták a titánváz ötletét. 2020-ban dobták piacra a Triban GRVL900 típust, aminek ezúttal a hátsó háromszöge is titánból készült. A vázat az olasz Dedacciai cég készíti. A váz tömege mindössze 1,6 kg.
A titán tehát a kerékpárok világában is szép sikert aratott, bár tömegtermékek alapanyagává soha nem vált.
A végére egy kis érdekesség: a Szovjetunióban gigantikus köztéri emlékműveket is építettek a csodafémből. 1980-ban, a moszkvai olimpia megnyitójára avatták fel Moszkvában Jurij Gagarin 42 méteres titánötvözet szobrát, egy évvel később pedig Kijevben az “Ukrajna Anya” vagy más “Szülőföld” néven is ismert 62 méter magas emlékművet. Továbbra sem értem, miért nem jutott a titánból a MiG-25-ösbe…
