Titanul are o legătură indisolubilă cu aviația. În 1953, titanul a fost folosit pentru prima dată în podurile motoarelor și pereții de foc ale aeronavelor DC-T produse în Statele Unite, deschizând astfel istoria aplicațiilor aviației cu titan. De atunci, titanul a fost folosit în aviație timp de jumătate de an
Mai mult de un secol. Titanul poate fi utilizat pe scară largă în aviație, deoarece are multe caracteristici valoroase potrivite pentru aplicațiile aeronautice. Astăzi vom vorbi despre motivul pentru care aliajul de titan trebuie utilizat pentru materialele aviatice.
1, Introducere în titan
În 1948, compania DuPont din Statele Unite a produs tone de burete de titan prin metoda magneziului, ceea ce a marcat începutul producției industriale de burete de titan. Aliajul de titan este utilizat pe scară largă în diverse domenii datorită rezistenței sale specifice ridicate, rezistenței bune la coroziune și rezistenței ridicate la căldură.
Titanul este abundent în scoarța terestră, ocupându-se pe locul nouă, cu mult mai sus decât cuprul, zincul, staniul și alte metale comune. Titanul se găsește pe scară largă în multe roci, în special în nisip și argilă.
2, Caracteristicile titanului
Rezistență ridicată: de 1,3 ori mai mare decât aliajul de aluminiu, de 1,6 ori mai mare decât aliajul de magneziu și de 3,5 ori mai mare decât cea a oțelului inoxidabil. Este campionul materialelor metalice.
Rezistență termică ridicată: temperatura de utilizare este cu câteva sute de grade mai mare decât cea a aliajului de aluminiu și poate funcționa la 450 ~ 500 de grade pentru o lungă perioadă de timp.
Rezistență bună la coroziune: rezistență la acizi, rezistență la alcali, rezistență la coroziune atmosferică, rezistență deosebit de puternică la coroziune prin pitting și coroziune prin stres.
Performanță bună la temperaturi scăzute: aliajul de titan TA7 cu elemente interstițiale extrem de scăzute poate menține în continuare o anumită plasticitate la - 253 grade .
Activitate chimică ridicată: activitate chimică ridicată la temperatură ridicată, ușor de reacționat cu hidrogenul, oxigenul și alte impurități gazoase din aer pentru a forma un strat întărit.
Conductivitate termică mică și modul elastic mic: conductivitatea termică este de aproximativ 1/4 de nichel, 1/5 de fier și 1/14 de aluminiu. Conductivitatea termică a diferitelor aliaje de titan este cu aproximativ 50% mai mică decât cea a titanului. Modulul elastic al aliajului de titan este de aproximativ 1/2 din cel al oțelului.
3, Clasificarea și aplicarea aliajului de titan
Aliajele de titan pot fi împărțite în aliaje rezistente la căldură, aliaje de înaltă rezistență, aliaje rezistente la coroziune (titan molibden, titan-paladiu etc.), aliaje la temperaturi scăzute și aliaje funcționale speciale (titan, fier, hidrogen, materiale de stocare și aliaje de titan), etc.
Deși istoria de aplicare a titanului și aliajelor sale nu este lungă, acestea au câștigat multe titluri glorioase datorită performanței lor superioare. Primul titlu câștigat a fost „space metal”. Este ușor în greutate, puternic în rezistență și rezistent la temperaturi ridicate, potrivit în special pentru fabricarea aeronavelor și
Diverse nave spațiale. În prezent, aproximativ trei-sferturi din titan și aliaje de titan produse în lume sunt folosite în industria aerospațială. Multe piese realizate inițial din aliaj de aluminiu au fost înlocuite cu aliaj de titan.
4, aplicarea aviației din aliaj de titan
Aliajul de titan este utilizat în principal ca material de fabricație al aeronavelor și al motoarelor, cum ar fi ventilatoare de titan de forjare, discuri și palete de compresor, capace ale motoarelor, dispozitive de evacuare și alte piese, precum și părți structurale ale cadrului, cum ar fi grinzile și partițiile de aeronave. Nava spațială folosește în principal rezistența specifică ridicată a aliajului de titan
Grad, rezistență la coroziune și rezistență la temperatură scăzută pentru fabricarea diferitelor vase sub presiune, rezervoare de combustibil, elemente de fixare, curele de instrumente, rame și carcase de rachetă. Sateliții de pământ artificial, modulele lunare, navele spațiale cu echipaj și navetele spațiale folosesc, de asemenea, plăci sudate din aliaj de titan.
În 1950, a fost folosit pentru prima dată în avioanele de vânătoare F-84 ca componente neportante, cum ar fi panoul termoizolant al fuzelajului din spate, capacul ghidajului de vânt și capacul din coadă. Începând cu anii 1960, utilizarea aliajului de titan s-a mutat de la fuzelajul din spate la fuzelajul mijlociu, înlocuind parțial oțelul structural pentru a produce cadre despărțitoare, grinzi.
Șină de glisare cu clapete și alte componente importante ale rulmenților. Din anii 1970, un număr mare de aliaje de titan au fost folosite în aeronavele civile. De exemplu, cantitatea de titan folosită în aeronavele Boeing 747 este mai mare de 3640 kg, reprezentând 28% din greutatea aeronavei. Odată cu dezvoltarea tehnologiei de procesare, în rachete, sateliți artificiali și zboruri în spațiu
La bord a fost folosită și o cantitate mare de aliaj de titan.
Cu cât avionul este mai avansat, cu atât folosește mai mult titan. Aliajul de titan folosit la avioanele de luptă F-14A reprezintă aproximativ 25% din greutatea aeronavei; 25,8% pentru avionul de vânătoare F-15A; Consumul de titan al avionului de luptă din a patra generație din Statele Unite este de 41%, iar consumul de titan al motorului său F119 este de 39%, care este aeronava cu cel mai mare consum de titan în prezent.
5, Motive pentru care aliajul de titan este utilizat pe scară largă în aviație
Viteza maximă a aeronavelor moderne a atins de peste 2,7 ori viteza sunetului. Un zbor supersonic atât de rapid va face ca aeronava să se frece de aer și să genereze multă căldură. Când viteza de zbor atinge de 2,2 ori viteza sunetului, aliajul de aluminiu nu o suportă. necesitate
Este utilizat aliaj de titan rezistent la temperaturi ridicate.
Când raportul tracțiune/greutate al motorului de aeronavă crește de la 4 la 6 la 8 la 10, iar temperatura de ieșire a compresorului crește în mod corespunzător de la 200 la 300 de grade la 500 la 600 de grade, discul compresorului de joasă presiune și lama făcute inițial din aluminiu trebuie înlocuite cu aliaj de titan.
În ultimii ani, oamenii de știință au făcut noi progrese în cercetarea proprietăților aliajelor de titan. Aliajul original de titan compus din titan, aluminiu și vanadiu are o temperatură maximă de lucru de 550 grade ~ 600 grade, în timp ce aliajul nou dezvoltat de titanat de aluminiu (TiAl) are o temperatură maximă de lucru de 550 grade ~ 600 grade
Temperatura a fost ridicată la 1040 de grade.
Utilizarea aliajului de titan în loc de oțel inoxidabil pentru a realiza discuri și palete de compresoare de înaltă presiune-poate reduce greutatea structurală. Combustibilul poate fi economisit cu 4% pentru fiecare reducere cu 10% a greutății aeronavei. Pentru o rachetă, fiecare 1 kg de greutate redusă poate crește raza de acțiune cu 15 km.
6, Analiza caracteristicilor de prelucrare ale aliajului de titan
În primul rând, conductivitatea termică a aliajului de titan este scăzută, doar 1/4 din cea a oțelului, 1/13 din cea a aluminiului și 1/25 din cea a cuprului. Datorită disipării lente a căldurii în zona de tăiere, nu este propice echilibrului termic. În timpul procesului de tăiere, disiparea căldurii și efectul de răcire sunt foarte slabe și este ușor să se formeze o temperatură ridicată în zona de tăiere
Deformarea și elasticitatea părții din spate sunt mari, rezultând cuplul crescut al sculei de tăiere, uzura rapidă a muchiei și durabilitatea redusă.
În al doilea rând, conductivitatea termică scăzută a aliajului de titan face ca căldura de tăiere să se acumuleze în zona mică din apropierea instrumentului de tăiere, care nu este ușor de disipat. Frecarea pe suprafața greblei crește, ceea ce nu este ușor de îndepărtat așchiile. Căldura de tăiere nu este ușor de disipat, ceea ce accelerează uzura sculei. În cele din urmă, activitatea chimică a aliajului de titan
Înalt, ușor de reacționat cu materialul sculei atunci când este prelucrat la temperatură înaltă, formând dizolvarea și difuzia, ducând la lipirea, arderea și ruperea sculei.
