Proč jsou titanové slitiny nezbytné pro letecké materiály?

Titan a letectví mají nerozlučný vztah. 1953, použití titanu v motorových pouzdrech a firewallech letadel DC-T vyrobených americkou Douglas Company, čímž se otevřela historie titanových aplikací v letectví. Od té doby se titan používá v letectví více než půl století. Titan může být široce používán v letectví, protože má mnoho cenných vlastností vhodných pro letecké aplikace. Dnes si povíme, proč musí letecké materiály používat slitinu titanu.

Za prvé, zavedení titanu

V roce 1948, Spojené státy DuPont pouze s hořčíkovou metodou tun výroby titanové houby - to znamená začátek průmyslové výroby titanové houby, že titan. Titanová slitina je široce používána v různých oblastech kvůli své vysoké pevnosti, dobré odolnosti proti korozi, tepelné odolnosti a dalším vlastnostem.

Titan je v zemské kůře hojný, jeho obsah je devátý, mnohem vyšší než měď, zinek, cín a další běžné kovy. Titan se hojně vyskytuje v mnoha horninách, zejména v písku a jílu.

Za druhé, vlastnosti titanu

Vysoká pevnost: 1,3krát větší než u slitiny hliníku, 1,6krát větší než u slitiny hořčíku, 3,5krát větší než u nerezové oceli, kovové materiály.

Vysoká tepelná pevnost: použití teploty je několik set stupňů vyšší než hliníková slitina, může být při teplotě 450 ~ 500 stupňů dlouhodobě pracovat.

Dobrá odolnost proti korozi: odolnost vůči kyselinám, zásadám a atmosférické korozi, zvláště silná odolnost proti důlkové a napěťové korozi.

Dobrý výkon při nízkých teplotách: titanová slitina TA7 s velmi nízkými intersticiálními prvky si může zachovat určitý stupeň plasticity při -253 stupni.

Vysoká chemická aktivita: vysoká chemická aktivita při vysokých teplotách, snadno chemicky reaguje s vodíkem, kyslíkem a dalšími plynnými nečistotami ve vzduchu za vzniku vytvrzené vrstvy.

Malá tepelná vodivost, malý modul pružnosti: tepelná vodivost je asi 1/4 niklu, 1/5 železa, 1/14 hliníku a různé slitiny titanu mají tepelnou vodivost asi o 50 % nižší než titan. Modul pružnosti titanové slitiny je asi 1/2 oceli.

Za třetí, klasifikace a použití slitiny titanu

Slitiny titanu lze rozdělit na: žáruvzdorné slitiny, vysokopevnostní slitiny, korozivzdorné slitiny (titan - molybden, titan - slitiny palladia atd.), nízkoteplotní slitiny, jakož i speciální funkční slitiny (titan - železo vodíkové akumulační materiály a titan - niklové paměťové slitiny) a tak dále.

Přestože titan a jeho slitiny nebyly dlouhou dobu používány, získaly za svůj vynikající výkon několik čestných titulů. První z nich je „vesmírný kov“. Díky své nízké hmotnosti, vysoké pevnosti a vysoké teplotní odolnosti je zvláště vhodný pro výrobu letadel a různých kosmických lodí. V současné době se v leteckém průmyslu používají asi tři čtvrtiny vyrobeného titanu a titanových slitin na světě. Mnoho z původních dílů z hliníkové slitiny bylo změněno na slitinu titanu.

Za čtvrté, letecká aplikace slitiny titanu

Titanová slitina se používá hlavně pro výrobu letadel a materiálů pro výrobu motorů, jako je kovací titanový ventilátor, tlakový vzduchový disk a lopatka, kryt motoru, výfukové zařízení a další díly, stejně jako rám velkých nosníků letadla a další konstrukční části rámu. Kosmické lodě používají především slitiny titanu s vysokou pevností, odolností proti korozi a odolností vůči nízkým teplotám k výrobě různých tlakových nádob, nádrží na skladování paliva, spojovacích prostředků, pásů přístrojů, rámů a plášťů raket. Umělé družice Země, lunární modul, pilotované vesmírné lodě a raketoplány také používají plechové svařence z titanové slitiny.

V roce 1950 Spojené státy ve stíhacím bombardéru F-84 používaly jako tepelný štít zadní části trupu, větrný štít, ocasní kryt a další nenosné součásti. 60. léta počátek používání titanových slitin ze zadní části trupu do střední části trupu, částečně místo konstrukční oceli vyrábí distanční rámy, nosníky, vztlakové klapky, kluzné lišty a další důležité nosné komponenty. V 70. letech začala civilní letadla používat titanové slitiny ve velkém množství, např. množství titanu v osobním letadle Boeing 747 činilo 3640 kilogramů titanu. Více než 28 % hmotnosti stroje. S rozvojem technologie zpracování se v raketách, družicích a kosmických lodích používalo také velké množství slitin titanu.

Čím více letadla, tím více titanu se používá. US F-14Stíhačka používající titanovou slitinu, která představuje asi 25 % hmotnosti stroje; F-15Bojovník za 25,8 %; Americká stíhačka čtvrté generace s obsahem titanu 41 % motoru F119 s obsahem titanu 39 %, v současné době využívá množství titanu vysokých letadel.

Přeloženo pomocí www.DeepL.com/Translator (bezplatná verze)

Titan a letectví mají nerozlučný vztah. 1953, použití titanu v motorových pouzdrech a firewallech letadel DC-T vyrobených americkou Douglas Company, čímž se otevřela historie titanových aplikací v letectví. Od té doby se titan používá v letectví více než půl století. Titan může být široce používán v letectví, protože má mnoho cenných vlastností vhodných pro letecké aplikace. Dnes si povíme, proč musí letecké materiály používat slitinu titanu.

Za prvé, zavedení titanu

V roce 1948, Spojené státy DuPont pouze s hořčíkovou metodou tun výroby titanové houby - to znamená začátek průmyslové výroby titanové houby, že titan. Titanová slitina je široce používána v různých oblastech kvůli své vysoké pevnosti, dobré odolnosti proti korozi, tepelné odolnosti a dalším vlastnostem.

Titan je v zemské kůře hojný, jeho obsah je devátý, mnohem vyšší než měď, zinek, cín a další běžné kovy. Titan se hojně vyskytuje v mnoha horninách, zejména v písku a jílu.

Za druhé, vlastnosti titanu

Vysoká pevnost: 1,3krát větší než u slitiny hliníku, 1,6krát větší než u slitiny hořčíku, 3,5krát větší než u nerezové oceli, kovové materiály.

Vysoká tepelná pevnost: použití teploty je několik set stupňů vyšší než hliníková slitina, může být při teplotě 450 ~ 500 stupňů dlouhodobě pracovat.

Dobrá odolnost proti korozi: odolnost vůči kyselinám, zásadám a atmosférické korozi, zvláště silná odolnost proti důlkové a napěťové korozi.

Dobrý výkon při nízkých teplotách: titanová slitina TA7 s velmi nízkými intersticiálními prvky si může zachovat určitý stupeň plasticity při -253 stupni.

Vysoká chemická aktivita: vysoká chemická aktivita při vysokých teplotách, snadno chemicky reaguje s vodíkem, kyslíkem a dalšími plynnými nečistotami ve vzduchu za vzniku vytvrzené vrstvy.

Malá tepelná vodivost, malý modul pružnosti: tepelná vodivost je asi 1/4 niklu, 1/5 železa, 1/14 hliníku a různé slitiny titanu mají tepelnou vodivost asi o 50 % nižší než titan. Modul pružnosti titanové slitiny je asi 1/2 oceli.

Za třetí, klasifikace a použití slitiny titanu

Slitiny titanu lze rozdělit na: žáruvzdorné slitiny, vysokopevnostní slitiny, korozivzdorné slitiny (titan - molybden, titan - slitiny palladia atd.), nízkoteplotní slitiny, jakož i speciální funkční slitiny (titan - železo vodíkové akumulační materiály a titan - niklové paměťové slitiny) a tak dále.

Přestože titan a jeho slitiny nebyly dlouhou dobu používány, získaly za svůj vynikající výkon několik čestných titulů. První z nich je „vesmírný kov“. Díky své nízké hmotnosti, vysoké pevnosti a vysoké teplotní odolnosti je zvláště vhodný pro výrobu letadel a různých kosmických lodí. V současné době se v leteckém průmyslu používají asi tři čtvrtiny vyrobeného titanu a titanových slitin na světě. Mnoho z původních dílů z hliníkové slitiny bylo změněno na slitinu titanu.

Za čtvrté, letecká aplikace slitiny titanu

Titanová slitina se používá hlavně pro výrobu letadel a materiálů pro výrobu motorů, jako je kovací titanový ventilátor, tlakový vzduchový disk a lopatka, kryt motoru, výfukové zařízení a další díly, stejně jako rám velkých nosníků letadla a další konstrukční části rámu. Kosmické lodě používají především slitiny titanu s vysokou pevností, odolností proti korozi a odolností vůči nízkým teplotám k výrobě různých tlakových nádob, nádrží na skladování paliva, spojovacích prostředků, pásů přístrojů, rámů a plášťů raket. Umělé družice Země, lunární modul, pilotované vesmírné lodě a raketoplány také používají plechové svařence z titanové slitiny.

V roce 1950 Spojené státy ve stíhacím bombardéru F-84 používaly jako tepelný štít zadní části trupu, větrný štít, ocasní kryt a další nenosné součásti. 60. léta počátek používání titanových slitin ze zadní části trupu do střední části trupu, částečně místo konstrukční oceli vyrábí distanční rámy, nosníky, vztlakové klapky, kluzné lišty a další důležité nosné komponenty. V 70. letech začala civilní letadla používat titanové slitiny ve velkém množství, např. množství titanu v osobním letadle Boeing 747 činilo 3640 kilogramů titanu. Více než 28 % hmotnosti stroje. S rozvojem technologie zpracování se v raketách, družicích a kosmických lodích používalo také velké množství slitin titanu.

Čím více letadla, tím více titanu se používá. US F-14Stíhačka používající titanovou slitinu, která představuje asi 25 % hmotnosti stroje; F-15Bojovník za 25,8 %; Americká stíhačka čtvrté generace s obsahem titanu 41 % motoru F119 s obsahem titanu 39 %, v současné době využívá množství titanu vysokých letadel.

V. Titanové slitiny v letectví je velké množství důvodů pro aplikaci

Moderní navigace letadel Vysoká rychlost dosáhla 2,7násobku rychlosti zvuku. Tak rychlý nadzvukový let způsobí tření letadla a vzduchu a produkuje hodně tepla. Když rychlost letu dosáhne 2,2 násobku rychlosti zvuku, hliníková slitina nemůže odolat. Musí být použita žáruvzdorná titanová slitina.

Když se poměr tahu a hmotnosti leteckého motoru ze 4 na 6 zvýšil na 8 až 10, výstupní teplota stlačeného plynu se odpovídajícím způsobem zvýšila z 200 na 300 stupňů na 500 až 600 stupňů, byly vyrobeny původní nízkotlaké plynové kotouče a lopatky hliníku musí být změněn na slitinu titanu.

V posledních letech vědci o výkonu titanové slitiny pracují na výzkumu a neustále dosahují nového pokroku. Původní složení titanu, hliníku, slitiny vanadu a titanu, vysoká pracovní teplota 550 stupňů ~ 600 stupňů a nově vyvinutá slitina titanového hliníku (TiAl), vysoká pracovní teplota se zvýšila na 1040 stupňů.

Titanová slitina místo nerezové oceli pro výrobu vysokotlakého kompresorového disku a lopatky může snížit konstrukční hmotnost. Letadla mohou ušetřit 4 % paliva na každých 10 % snížení hmotnosti. U raket může každé snížení hmotnosti o 1 kg zvýšit dolet o 15 km.

Šest, analýza charakteristik obrábění titanové slitiny

Za prvé, nízká tepelná vodivost titanové slitiny, pouze 1/4 oceli, hliníku 1/13, mědi 1/25, kvůli pomalému rozptylu tepla v zóně řezání, což nepřispívá k tepelné rovnováze, v procesu řezání , odvod tepla a chladící účinek je velmi špatný, snadno se vytváří vysoká teplota v řezné zóně, deformace dílů po obrábění odrazí, což má za následek zvýšený krouticí moment na řezném nástroji, okraj hrany rychlého opotřebení a snížená trvanlivost.

Za druhé, nízká tepelná vodivost titanové slitiny, takže řezné teplo akumulované v řezacím noži v blízkosti malé oblasti není snadné šířit, tření přední strany se zvyšuje, není snadné třískat, řezné teplo není snadné šířit, urychlovat opotřebení nástroje. Poté je chemická aktivita slitiny titanu vysoká, zpracování při vysokých teplotách snadno reaguje s materiálem nástroje, dochází k rozpouštění, difúzi, což má za následek lepení nože, hořící nůž, zlomený nůž a další jevy.

Přeloženo pomocí www.DeepL.com/Translator (bezplatná verze)

V. Titanové slitiny v letectví je velké množství důvodů pro aplikaci

Moderní navigace letadel Vysoká rychlost dosáhla 2,7násobku rychlosti zvuku. Tak rychlý nadzvukový let způsobí tření letadla a vzduchu a produkuje hodně tepla. Když rychlost letu dosáhne 2,2 násobku rychlosti zvuku, hliníková slitina nemůže odolat. Musí být použita žáruvzdorná titanová slitina.

Když se poměr tahu a hmotnosti leteckého motoru ze 4 na 6 zvýšil na 8 až 10, výstupní teplota stlačeného plynu se odpovídajícím způsobem zvýšila z 200 na 300 stupňů na 500 až 600 stupňů, byly vyrobeny původní nízkotlaké plynové kotouče a lopatky hliníku musí být změněn na slitinu titanu.

V posledních letech vědci o výkonu titanové slitiny pracují na výzkumu a neustále dosahují nového pokroku. Původní složení titanu, hliníku, slitiny vanadu a titanu, vysoká pracovní teplota 550 stupňů ~ 600 stupňů a nově vyvinutá slitina titanového hliníku (TiAl), vysoká pracovní teplota se zvýšila na 1040 stupňů.

Titanová slitina místo nerezové oceli pro výrobu vysokotlakého kompresorového disku a lopatky může snížit konstrukční hmotnost. Letadla mohou ušetřit 4 % paliva na každých 10 % snížení hmotnosti. U raket může každé snížení hmotnosti o 1 kg zvýšit dolet o 15 km.

Šest, analýza charakteristik obrábění titanové slitiny

Za prvé, nízká tepelná vodivost titanové slitiny, pouze 1/4 oceli, hliníku 1/13, mědi 1/25, kvůli pomalému rozptylu tepla v zóně řezání, což nepřispívá k tepelné rovnováze, v procesu řezání , odvod tepla a chladící účinek je velmi špatný, snadno se vytváří vysoká teplota v řezné zóně, deformace dílů po obrábění odrazí, což má za následek zvýšený krouticí moment na řezném nástroji, okraj hrany rychlého opotřebení a snížená trvanlivost.

Za druhé, nízká tepelná vodivost titanové slitiny, takže řezné teplo akumulované v řezacím noži v blízkosti malé oblasti není snadné šířit, tření přední strany se zvyšuje, není snadné třískat, řezné teplo není snadné šířit, urychlovat opotřebení nástroje. Poté je chemická aktivita slitiny titanu vysoká, zpracování při vysokých teplotách snadno reaguje s materiálem nástroje, dochází k rozpouštění, difúzi, což má za následek lepení nože, hořící nůž, zlomený nůž a další jevy.