Per què hem d'utilitzar l'aliatge de titani com a material dels avions de transport aeri?

1. Introducció del Titani

El 1948, l'American DuPont Company va utilitzar el mètode de magnesi per produir tones d'esponja de titani, això va marcar l'inici de la producció industrial d'esponja de titani. Els aliatges de titani s'utilitzen àmpliament en diversos camps a causa de la seva alta resistència específica, bona resistència a la corrosió i alta resistència a la calor.　　 El titani és abundant en l'escorça terrestre, el novè lloc en el contingut, molt més alt que els metalls comuns com el coure, el zinc i l'estany. El titani està àmpliament present en moltes roques, especialment sorra i argila.

2.Les característiques del titani

Alta resistència: 1,3 vegades d'aliatge d'alumini, 1,6 vegades d'aliatge de magnesi, 3,5 vegades d'acer inoxidable, campió entre materials metàl·lics.

Alta resistència tèrmica: La temperatura de funcionament és diversos centenars de graus més alta que la de l'aliatge d'alumini, i pot funcionar durant molt de temps a una temperatura de 450 a 500 °C.

Bona resistència a la corrosió: resistència àcida, resistència alcalí, resistència a la corrosió atmosfèrica, particularment forta resistència a la corrosió i a la corrosió de l'estrès.

Bon rendiment de baixa temperatura: L'aliatge de titani TA7 amb elements intersticials extremadament baixos pot mantenir un cert grau de plasticitat a -253 ° C.

Alta activitat química: L'activitat química és alta a alta temperatura, i reacciona fàcilment amb impureses de gas com l'hidrogen i l'oxigen en l'aire per formar una capa endurida.

La conductivitat tèrmica és petita i el mòdul d'elasticitat és petit: la conductivitat tèrmica és d'aproximadament 1/4 de níquel, 1/5 de ferro, i 1/14 d'alumini. La conductivitat tèrmica de diversos aliatges de titani és aproximadament un 50% inferior a la del titani. El mòdul elàstic de l'aliatge de titani és d'aproximadament 1/2 de la d'acer.

3.La classificació i l'ús d'aliatges de titani

Els aliatges de titani es poden dividir en aliatges resistents a la calor, aliatges d'alta resistència, aliatges resistents a la corrosió (titani-molibdè, aliatges titani-pal·ladi, etc.), aliatges de baixa temperatura i aliatges funcionals especials (materials d'emmagatzematge de titani-ferro-hidrogen i aliatges de memòria de titani-níquel) Espereu.　　 Tot i que la història del titani i els seus aliatges no és llarga, sinó per la seva actuació superior, ha guanyat molts títols honorífics. El primer títol guanyat és "Space Metal". És lleuger en pes, fort i resistent a altes temperatures, i és particularment adequat per a la fabricació d'avions i diverses naus espacials. Actualment, al voltant de tres quartes parts dels aliatges de titani i titani produïts al món s'utilitzen en la indústria aeroespacial. Moltes parts que originalment utilitzaven aliatges d'alumini han canviat a aliatges de titani.

4.Aplicacions aeroespacials d'aliatges de titani

Els aliatges de titani s'utilitzen principalment en materials de fabricació d'aeronaus i motors, com ventiladors de titani falsificats, discos i fulles de compressor, campanes de motor, dispositius d'escapament i altres parts, així com peces estructurals de marcs de girder. La nau espacial utilitza principalment l'alta resistència específica, resistència a la corrosió i resistència a baixa temperatura dels aliatges de titani per fabricar diversos recipients de pressió, tancs de combustible, fixacions, corretges d'instruments, marcs i closques de coets. Satèl·lits artificials de terra, mòduls lunars, naus espacials tripulades i transbordadors espacials també utilitzen peces soldades de làmina d'aliatge de titani.　　Per què hem d'utilitzar aliatge de titani per al material dels avions de transport aeri?　　 El 1950, els Estats Units la van utilitzar per primera vegada en caces bombarders F-84 com a components no carregats, com ara escuts tèrmics de fuselatge posterior, deflectors de vent i cobertes de cua. Des de la dècada de 1960, l'ús d'aliatge de titani s'ha mogut del fuselatge posterior al fuselatge mitjà, substituint parcialment l'acer estructural per fer components importants de càrrega com mampara, bigues i diapositives de solapa. Des de la dècada de 1970, els avions civils van començar a utilitzar aliatges de titani en grans quantitats. Per exemple, l'avió de passatgers Boeing 747 utilitza més de 3.640 quilograms de titani, que representa el 28% del pes de l'avió. Amb el desenvolupament de la tecnologia de processament, una gran quantitat d'aliatge de titani també s'utilitza en coets, satèl·lits artificials i naus espacials. Com més avançat sigui l'avió, més s'utilitza titani. L'aliatge de titani utilitzat pels avions de combat F-14A nord-americans representa al voltant del 25% del pes de l'avió; els avions de combat F-15A representen el 25,8%; els avions de combat nord-americans de quarta generació utilitzen el 41% del titani, i el motor F119 utilitza el 39% del titani. L'avió amb la major quantitat de titani.

5.La raó per la qual l'aliatge de titani s'utilitza àmpliament en l'aviació

La velocitat màxima dels avions moderns ha arribat a més de 2,7 vegades la velocitat del so. Aquest vol supersònic tan ràpid farà que l'avió es fregui contra l'aire i generi molta calor. Quan la velocitat del vol arriba a 2,2 vegades la velocitat del so, l'aliatge d'alumini no pot suportar-lo. S'ha d'utilitzar aliatge de titani resistent a altes temperatures. Quan la relació d'empenta a pes de l'aero-motor augmenta de 4-6 a 8-10, i la temperatura de sortida del compressor augmenta de 200-300 ° C a 500-600 ° C, els discos i fulles originals de compressor de baixa pressió fets d'alumini s'han de canviar a aliatge de Titanium. En els últims anys, els científics han avançat contínuament en la recerca sobre les propietats dels aliatges de titani. L'aliatge original de titani compost per titani, alumini i vanadi té una temperatura màxima de funcionament de 550 ° C a 600 ° C, mentre que l'aliatge d'alumini de titani recentment desenvolupat (TiAl) té una temperatura màxima de funcionament de 1040 ° C. L'ús d'aliatge de titani en lloc d'acer inoxidable per fabricar discos de compressor d'alta pressió i fulles pot reduir el pes estructural. Cada reducció de pes del 10% de l'avió pot estalviar un 4% de combustible. Per al coet, cada reducció de pes d'1 kg pot augmentar el rang de 15 km.

6.Anàlisi de les característiques de mecanitzat de l'aliatge de titani

En primer lloc, la conductivitat tèrmica dels aliatges de titani és baixa, només 1/4 d'acer, 1/13 d'alumini, i 1/25 de coure. A causa de la dissipació de calor lenta a la zona de tall, no és propici per a l'equilibri de calor. Durant el procés de tall, la dissipació de calor i efecte de refredament és molt pobre, i és fàcil formar alta temperatura a la zona de tall. Després del processament, la deformació i el rebot de les peces són grans, fent que el parell d'eines d'tall augmenti i el desgast d'avantguarda ràpid. La durabilitat es redueix. En segon lloc, la baixa conductivitat tèrmica de l'aliatge de titani fa que la calor de tall sigui difícil de dissipar en una petita àrea prop de l'eina de tall. La fricció de la cara de rasclet s'incrementa, l'eliminació de xips no és fàcil, i tallar calor és difícil de dissipar, el que accelera el desgast de l'eina. Finalment, els aliatges de titani tenen una alta activitat química i són fàcils de reaccionar amb materials d'eina quan es processen a altes temperatures, formant dissolució i difusió, causant enganxoses, cremant i trencant el ganivet.