Por que as ligas de titânio são necessárias para os materiais aeroespaciais?

Titânio e aviação têm um relacionamento indissolúvel. 1953, nos Estados Unidos Douglas Production of DC-T Machine Engine Pows e Firewalls pela primeira vez no uso do titânio, abrindo assim a história das aplicações de aviação de titânio. Desde então, o titânio é usado na aviação há mais de meio século. O titânio pode ser amplamente utilizado na aviação, pois possui muitas propriedades valiosas adequadas para aplicações de aeronaves. Hoje falaremos sobre por que os materiais de aviação devem usar a liga de titânio.

Primeiro, a introdução do titânio

Em 1948, os Estados Unidos dupont apenas com o método de magnésio toneladas de produção de esponja de titânio - isso marca o início da produção industrial de esponja de titânio que o titânio. A liga de titânio é amplamente utilizada em vários campos devido à sua alta resistência, boa resistência à corrosão, resistência ao calor e outras características.

O titânio é abundante na crosta terrestre, classificando o nono conteúdo, muito maior que o cobre, zinco, estanho e outros metais comuns. O titânio é amplamente encontrado em muitas rochas, especialmente em areia e argila.

Segundo, as características do titânio

Alta resistência: 1,3 vezes a de liga de alumínio, 1,6 vezes a da liga de magnésio, 3,5 vezes a do aço inoxidável, o campeão de materiais de metal.

Alta resistência térmica: o uso da temperatura é de várias centenas de graus mais altas que a liga de alumínio, podem estar na temperatura de 450 a 500 ℃ para trabalhos de longo prazo.

Boa resistência à corrosão: ácido, álcalis e resistência à corrosão atmosférica, especialmente forte resistência à corrosão por picada e estresse.

Bom desempenho de baixa temperatura: liga de titânio TA7 com elementos intersticiais muito baixos podem manter um certo grau de plasticidade em -253 ℃.

Alta atividade química: alta atividade química em altas temperaturas, reage facilmente quimicamente com hidrogênio, oxigênio e outras impurezas gasosas no ar para gerar uma camada endurecida.

Pequena condutividade térmica, pequeno módulo de elasticidade: a condutividade térmica é de cerca de 1/4 de níquel, 1/5 de ferro, 1/14 de alumínio e várias ligas de titânio têm uma condutividade térmica de cerca de 50% menor que a do titânio. O módulo de elasticidade da liga de titânio é cerca de 1/2 de aço.

Terceiro, a classificação e o uso da liga de titânio

As ligas de titânio podem ser divididas em: ligas resistentes ao calor, ligas de alta resistência, ligas resistentes à corrosão (titânio-molibdênio, titânio-ligas de paládio, etc.), ligas de baixa temperatura, bem como ligas funcionais especiais (titânio-ferro. Materiais de armazenamento de hidrogênio e titânio - ligas de memória de níquel) e assim por diante.

Embora o titânio e suas ligas não tenham sido usados ​​há muito tempo, eles receberam vários títulos honrosos devido ao seu excelente desempenho. O primeiro é "Space Metal". Sua resistência leve, alta resistência e alta temperatura o torna particularmente adequado para a fabricação de aviões e várias naves espaciais. Atualmente, cerca de três quartos das ligas de titânio e titânio produzidas no mundo são usadas na indústria aeroespacial. Muitas das peças originais da liga de alumínio foram alteradas para liga de titânio.

Quarto, a aplicação da aviação da liga de titânio

A liga de titânio é usada principalmente para materiais de fabricação de aeronaves e motores, como forjamento de ventilador de titânio, disco de ar e lâmina pressurizados, tampa do motor, dispositivo de escape e outras peças, bem como a estrutura de vigas grandes da aeronave e outras peças estruturais da estrutura. A espaçonave usa principalmente ligas de titânio de alta resistência, resistência à corrosão e baixa resistência à temperatura para fabricar uma variedade de vasos de pressão, tanques de armazenamento de combustível, prendedores, tiras de instrumentos, molduras e conchas de foguetes. Satélites de terra artificiais, módulo lunar, espaçonave tripulada e ônibus espaciais também usam soldas de placas de liga de titânio.

Em 1950, os Estados Unidos pela primeira vez no F-84 Fighter-Bomber usados ​​como escudo térmico da fuselagem traseira, escudo de vento, capota de cauda e outros componentes que não têm carregamento. O início dos anos 60 do uso de ligas de titânio, da fuselagem traseira à fuselagem central, parcialmente em vez de molduras de fabricação de aço estrutural, vigas, retalhos e outros componentes importantes de carga. 70, a aeronave civil começou a usar ligas de titânio em grandes quantidades, como a quantidade de titânio na aeronave Boeing 747 totalizou 3640 kg ou mais, representando 28% do peso da aeronave. Mais de 3.640 kg de titânio são usados ​​na Boeing 747, representando 28% do peso da aeronave. Com o desenvolvimento da tecnologia de processamento, em foguetes, satélites e espaçonave, também usou muita liga de titânio.

Quanto mais avançado o avião, mais titânio é usado. Lutador F-14A dos EUA usando titânio aeroespacial, representando cerca de 25% do peso da máquina; F-15A Fighter por 25,8%; Lutadores de quarta geração dos EUA com quantidade de titânio de 41% do seu motor F119, com 39% da quantidade de titânio, é a maior quantidade de titânio com a aeronave atual.

Quinto, a liga de titânio na aviação é um grande número de razões para a aplicação

A velocidade mais alta da navegação moderna de aeronaves atingiu a velocidade do som mais de 2,7 vezes. Voo supersônico tão rápido, fará o avião e o atrito do ar e produzirá muito calor. Quando a velocidade de vôo atinge 2,2 vezes a velocidade do som, a liga de alumínio não pode suportar. Uma liga de titânio resistente ao calor deve ser usada.

Quando a relação de empuxo / peso do motor aero de 4 a 6 aumentou para 8 para 10, a temperatura da saída de gás pressurizada aumentou correspondentemente de 200 para 300 ℃ para 500 a 600 ℃, os discos de gás e lâminas de pressão de baixa pressão de baixa pressão feitos feitos feitos feitos feitos feitos feitos feitos de baixa pressão, feitos de baixa pressão, fabricados de alumínio deve ser alterado para liga de titânio.

Nos últimos anos, cientistas sobre o desempenho do trabalho de pesquisa em ligas de titânio e constantemente fazem novos progressos. O titânio original, o alumínio e o vanádio composto por liga de titânio, a temperatura operacional máxima de 550 ℃ ~ 600 ℃ e a liga de alumínio de titânio recém -desenvolvida (Tial), a temperatura operacional máxima aumentou para 1040 ℃.

Liga de titânio, barra de titânio especialmente, folha de titânio e forjamento de titânio em vez de aço inoxidável para fabricar disco e lâmina de compressor de alta pressão, podem reduzir o peso da estrutura. A aeronave pode economizar 4% de combustível para cada redução de peso de 10%. Para foguetes, cada 1 kg de redução de peso pode aumentar o intervalo em 15 km.

Seis, Análise das características de usinagem de liga de titânio

Primeiro de tudo, a baixa condutividade térmica da liga de titânio, apenas 1/4 de aço, alumínio 1/13, cobre 1/25, devido à lenta dissipação de calor na zona de corte, não propícia ao equilíbrio térmico, no processo de corte , o efeito de dissipação de calor e resfriamento é muito ruim, fácil de formar uma alta temperatura na zona de corte, a deformação das peças após a recuperação da usinagem, resultando em aumento do torque na ferramenta de corte, na borda da borda do desgaste rápido e durabilidade reduzida.

Em segundo lugar, a baixa condutividade térmica da liga de titânio, de modo que o calor de corte acumulado na faca de corte perto da área pequena não é fácil de disseminar, o atrito da face frontal aumenta, não é fácil de lascar, não é fácil cortar o calor Disseminar, acelere o desgaste da ferramenta. Finalmente, a atividade química da liga de titânio é alta, o processamento a altas temperaturas é fácil de reagir com o material da ferramenta de corte, a formação de dissolução, difusão, resultando em faca pegajosa, faca queimando, faca quebrada e outros fenômenos.