Istoria aplicațiilor de titan în aviație a început în 1953, odată cu prima utilizare a titanului în podurile motoarelor și firewall-urile DC-T fabricate de Douglas în Statele Unite. De atunci, titanul a fost utilizat în avioane de aproape 50 de ani. Deoarece are numeroase calități benefice care sunt adecvate pentru aplicațiile aeronautice, titanul este utilizat pe scară largă în aviație. Vom discuta despre necesitatea titanului în discuția de astăzi despre materialele pentru aeronave.
1. Introducere titan
Prima fabricație industrială de burete de titan, sau titan, a început abia în 1948, când compania americană DuPont a fabricat tone de burete de titan folosind procedeul magneziului. Deoarece datorită rezistenței sale specifice ridicate, rezistenței excelente la coroziune și rezistenței ridicate la căldură, aliajul de titan este utilizat pe scară largă într-o varietate de industrii. Titanul ocupă locul zece în ceea ce privește abundența în scoarța terestră, cu mult mai mare decât metalele obișnuite precum cuprul, zincul și staniul. Nisipul și argila sunt două tipuri de roci în care titanul este deosebit de abundent.
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, campion printre materialele metalice.
Rezistență termică ridicată: temperatura de utilizare este cu câteva sute de grade mai mare decât cea a aliajului de aluminiu și poate funcționa mult timp la o temperatură de 450 până la 500 de grade.
Rezistență bună la coroziune: rezistent la coroziune acidă, alcalină și atmosferică, rezistență deosebit de puternică la coroziune prin pitting și stress.
Proprietăți bune la temperatură scăzută: aliajul de titan TA7 cu elemente interstițiale foarte scăzute poate menține un anumit grad de plasticitate la -253 grade .
Activitate chimică ridicată: activitate chimică ridicată la temperaturi ridicate, reacționând ușor chimic cu impuritățile gazoase precum hidrogenul și oxigenul din aer pentru a produce un strat întărit.
Conductivitate termică mică, modul mic de elasticitate: conductivitatea termică este de aproximativ 1/4 de nichel, 1/5 de fier și 1/14 de aluminiu, în timp ce conductivitatea termică a diferitelor aliaje de titan este cu aproximativ 50 la sută mai mică decât cea a titanului. Modulul de elasticitate al aliajelor de titan este de aproximativ 1/2 din cel al oțelului.
3.Clasificarea și utilizările aliajelor de titan
Aliaje rezistente la căldură, aliaje de înaltă rezistență, aliaje rezistente la coroziune (aliaje de titan-molibden, aliaje de titan-paladiu etc.), aliaje de temperatură joasă și aliaje funcționale unice sunt câteva categorii pentru aliajele de titan în funcție de destinația lor ( materiale de stocare a hidrogenului titan-fier și aliaje de memorie titan-nichel). În ciuda faptului că titanul și aliajele sale nu au fost folosite o perioadă foarte lungă de timp, acestea au primit deja numeroase premii majore pentru calitățile lor excepționale. Datorită rezistenței, greutății reduse și durabilității la temperaturi ridicate, este potrivită în special pentru fabricarea diferitelor nave spațiale și avioane. Sectorul aerospațial utilizează în prezent aproximativ 75% din titanul și aliajele de titan produse la nivel mondial. Există mai multe componente care au fost construite anterior din aliaje de titan, dar au fost inițial construite din aliaje de aluminiu.
4. aliajul de titan al aplicațiilor aviatice
Aliajul de titan este utilizat în principal în materialele de fabricație a aeronavelor și a motoarelor, cum ar fi ventilatoarele de titan de forjare, discurile și paletele compresorului, carcasele motorului, dispozitivele de evacuare și alte piese, precum și distanțierea fasciculului aeronavei și alte părți ale cadrului structural. Sateliții de pământ artificial, modulele lunare, navele spațiale cu echipaj și navetele spațiale folosesc, de asemenea, piese sudate cu plăci din aliaj de titan.
În 1950, Statele Unite ale Americii pentru prima dată în avionul de vânătoare-bombardament F-84 ca scut termic al fuzelajului din spate, scut de vânt, capac de coadă și alte componente neportante. Anii 60 au început să folosească piese din aliaj de titan de la fuzelajul din spate la fuzelaj, parțial în locul distanțierului de fabricație din oțel structural, grinda, glisiera clapetei și alte componente portante importante. Începând cu anii 70, aeronavele civile au început să utilizeze aliaj de titan în cantități mari, cum ar fi avionul de pasageri Boeing 747 cu titan s-au ridicat la 3640 Mai mult de 28 la sută din greutatea aeronavei. Odată cu dezvoltarea tehnologiei de procesare, în rachete, sateliți artificiali și nave spațiale, a folosit, de asemenea, un număr mare de aliaj de titan.
Cu cât avionul este mai avansat, cu atât se folosește mai mult titan. US F-14Un avion de luptă folosește aliaj de titan, reprezentând aproximativ 25% din greutatea aeronavei; F-15Un avion de vânătoare pentru 25,8 la sută; a patra generație de avioane de luptă din SUA cu 41% din cantitatea de titan, motorul său F119 cu 39% din cantitatea de titan, este în prezent cea mai mare cantitate de avioane din titan.
5. Motive pentru care aliajele de titan sunt folosite în număr mare în aviație
Viteza maximă a navigației aeronavelor moderne a atins de peste 2,7 ori viteza sunetului. Un astfel de zbor supersonic 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, aliajele de aluminiu nu mai pot rezista. Trebuie utilizate aliaje de titan rezistente la temperaturi ridicate.
Când raportul tracțiune-greutate al motorului de aeronavă este crescut de la 4-6 la 8-10, temperatura la ieșirea compresorului crește în mod corespunzător de la 200-300 grade la 500-600 grad, discul compresorului de joasă presiune și lama originale din aluminiu trebuie schimbate în aliaj de titan.
În ultimii ani, oamenii de știință privind activitatea de cercetare a performanței aliajului de titan continuă să facă noi progrese. Aliajul de titan original compus din titan, aluminiu, vanadiu, cea mai mare temperatură de lucru de 550 de grade ~ 600 de grade și aliajul de titan aluminiu (TiAl) nou dezvoltat, cea mai mare temperatură de lucru a fost crescută la 1040 de grade.
Utilizarea aliajelor de titan în loc de oțel inoxidabil pentru a fabrica discuri și palete compresoare de înaltă presiune poate reduce greutatea structurii. Pentru fiecare 10% reducere de greutate a unei aeronave, se pot realiza economii de combustibil de 4%. Pentru rachete, fiecare reducere de greutate de 1 kg poate crește raza de acțiune cu 15 km.
6. analiza caracteristicilor de prelucrare a aliajului de titan
În primul rând, conductivitatea termică a aliajului de titan este scăzută, doar 1/4 din oțel, aluminiu 1/13, cupru 1/25. din cauza disipării lente a căldurii în zona de tăiere, nu este propice echilibrului termic, în procesul de tăiere, disiparea căldurii și efectul de răcire sunt foarte slabe, ușor de format o temperatură ridicată în zona de tăiere, după procesarea pieselor de deformare rebound, rezultând în scule de tăiere cu cuplu crescut, uzură rapidă a marginilor, durabilitate redusă.
În al doilea rând, conductivitatea termică a aliajului de titan este scăzută, astfel încât căldura de tăiere se acumulează în zona mică din apropierea instrumentului de tăiere nu este ușor de dispersat, frecarea suprafeței sculei frontale crește, nu este ușor de așchiat, căldura de tăiere nu este ușor de dispersat, accelerând uzura sculei. În cele din urmă, activitatea chimică a aliajului de titan este ridicată, prelucrarea la temperaturi ridicate este ușor de reacționat cu materialul sculei, formarea de solubile, difuzie, rezultând un cuțit lipicios, un cuțit de ardere, un cuțit rupt și alte fenomene.
