Miksi meidän on käytettävä titaaniseosta ilmakuljetuskoneetin materiaalina?

1. Titaanin käyttöönotto

Vuonna 1948 amerikkalainen DuPont Company käytti magnesiummenetelmää tuottaakseen tonnien titaanisientä - tämä merkitsi titaanisienen teollisen tuotannon alkua. Titaaniseoksia käytetään laajalti eri aloilla niiden korkean ominaislujuuden, hyvän korroosionkestävyyden ja korkean lämmönkestävyyden vuoksi.　　 Titaania on runsaasti maankuoressa, ja se on sisällöltään yhdeksäs, paljon korkeampi kuin tavalliset metallit, kuten kupari, sinkki ja tina. Titaania esiintyy laajalti monissa kivissä, erityisesti hiekassa ja savessa.

2.Titaanin ominaisuudet

Korkea lujuus: 1,3 kertaa alumiiniseosta, 1,6 kertaa magnesiumseosta, 3,5 kertaa ruostumatonta terästä, mestari metallimateriaalien joukossa.

Korkea lämpölujuus: Käyttölämpötila on useita satoja asteita korkeampi kuin alumiiniseoksen, ja se voi toimia pitkään 450–500 °C:n lämpötilassa.

Hyvä korroosionkestävyys: happokestävyys, emäksinen kestävyys, ilmakehän korroosionkestävyys, erityisen voimakas korroosionkestävyys ja stressikorroosio.

Hyvä alhainen lämpötila: Titaaniseos TA7 erittäin alhaisilla interstitiaalisia elementtejä voi säilyttää tietyn plastisuuden -253 °C: ssa.

Korkea kemiallinen aktiivisuus: Kemiallinen aktiivisuus on korkea korkeassa lämpötilassa, ja se reagoi helposti kaasun epäpuhtauksien, kuten vedyn ja hapen, kanssa ilmassa muodostaakseen kovettuneen kerroksen.

Lämmönjohtavuus on pieni ja elastisuuden modulus on pieni: lämmönjohtavuus on noin 1/4 nikkeliä, 1/5 rautaa ja 1/14 alumiinia. Erilaisten titaaniseoksien lämmönjohtavuus on noin 50% pienempi kuin titaanin. Titaaniseoksen elastinen modulus on noin 1/2 teräksestä.

3.Titaaniseoksien luokittelu ja käyttö

Titaaniseokset voidaan jakaa kuumuutta kestäviin seoksiin, lujaisiin seoksiin, korroosionkestäviin seoksiin (titaani-molybdeeni, titaani-palladiumseokset jne.), matalan lämpötilan seoksiin ja erityisiin funktionaalisiin seoksiin (titaani-rautavetyvarastomateriaalit ja titaani-nikkelimuistiseokset) Odota.　　 Vaikka titaanin ja sen seoksien historia ei ole pitkä, vaan sen ylivoimaisen suorituskyvyn vuoksi se on voittanut monia kunniamainintoja. Ensimmäinen voitettu titteli on "Space Metal". Se on kevyt, vahva ja kestää korkeita lämpötiloja, ja se sopii erityisen hyvin lentokoneiden ja erilaisten avaruusalusten valmistukseen. Tällä hetkellä noin kolme neljäsosaa maailmassa tuotetuista titaani- ja titaaniseoksista käytetään ilmailu- ja avaruusteollisuudessa. Monet osat, joissa alun perin käytettiin alumiiniseoksia, ovat vaihtuneet titaaniseoksiin.

4.Titaaniseoksien ilmailu- ja avaruussovellukset

Titaaniseoksia käytetään pääasiassa lentokoneiden ja moottorien valmistusmateriaaleissa, kuten taotut titaanituulettimet, kompressorilevyt ja -terät, konepellit, pakolaitteet ja muut osat sekä rakenteelliset runko-osat, kuten lentokoneiden palkkikehykset. Avaruusalus käyttää pääasiassa titaaniseosten suurta spesifistä lujuutta, korroosionkestävyyttä ja alhaisen lämpötilan kestävyyttä erilaisten paineastioiden, polttoainesäiliöiden, kiinnitinten, koukkuhihnojen, kehysten ja rakettien kuorien valmistukseen. Keinotekoiset maasatelliitit, kuumoduulit, miehitetyt avaruusalukset ja avaruussukkulat käyttävät myös titaaniseoslevyhitsattuja osia.　　Miksi meidän on käytettävä titaaniseosta ilmakuljetuskoneetin materiaaliin?　　 Vuonna 1950 Yhdysvallat käytti sitä ensimmäistä kertaa F-84-hävittäjäpommittajissa kantamattomina komponentteina, kuten taka rungon lämpösuojina, tuulenohjaimista ja hännänsuojina. Titaaniseoksen käyttö on siirtynyt 1960-luvulta lähtien takarungosta keskirunkoon ja osittain korvannut rakenneteräksen ja tehnyt tärkeitä kantavia komponentteja, kuten laipioita, palkkeja ja läppäliukumäkiä. Siviililentokoneet alkoivat 1970-luvulta lähtien käyttää titaaniseoksia suurina määrinä. Esimerkiksi Boeing 747 -matkustajakone käyttää titaania yli 3 640 kiloa, mikä on 28 prosenttia koneen painosta. Prosessointiteknologian kehittämisen avulla suuri määrä titaaniseosta käytetään myös raketeissa, keinotekoisissa satelliiteissa ja avaruusaluksissa. Mitä kehittyneempi lentokone, sitä enemmän titaania käytetään. Amerikkalaisten F-14A-hävittäjien käyttämä titaaniseos muodostaa noin 25 prosenttia lentokoneen painosta; F-15A-hävittäjien osuus on 25,8 %; neljännen sukupolven amerikkalaiset hävittäjät käyttävät 41% titaanista, ja F119-moottori käyttää 39% titaanista. Lentokone, jossa on eniten titaania.

5.Syy siihen, miksi titaaniseosta käytetään laajalti ilmailussa

Nykyaikaisten lentokoneiden huippunopeus on saavuttanut yli 2,7-kertainen äänen nopeuden. Tällainen nopea yliäänilento saa lentokoneen hieromaan ilmaa vasten ja tuottamaan paljon lämpöä. Kun lentonopeus saavuttaa 2,2 kertaa äänen nopeuden, alumiiniseos ei kestä sitä. On käytettävä korkean lämpötilankestävää titaaniseosta. Kun aeromoottorin työntövoima-painosuhde nousee 4-6:sta 8-10:een ja kompressorin ulostulolämpötila nousee 200–300 °C:sta 500–600 °C:seen, alkuperäiset alumiinista tehdyt matalapainekompressorilevyt ja -terät on vaihdettava titaaniseokseen. Viime vuosina tutkijat ovat jatkuvasti edistyneet titaaniseoksien ominaisuuksien tutkimuksessa. Alkuperäisen titaaniseoksen, joka koostuu titaanista, alumiinista ja vanadiinista, käyttölämpötila on enintään 550°C - 600°C, kun taas äskettäin kehitetyn titaanialumiiniseoksen (TiAl) käyttölämpötila on enintään 1040 °C. Titaaniseoksen käyttö ruostumattoman teräksen sijasta korkeapainekompressorilevyjen ja -terien valmistukseen voi vähentää rakenteellista painoa. Jokainen lentokoneen 10%: n painonpudotus voi säästää 4% polttoaineesta. Raketin jokainen 1 kg: n painonpudotus voi lisätä 15 km: n kantaman.

6.Titaaniseoksen koneistusominaisuuksien analyysi

Ensinnäkin titaaniseoksien lämmönjohtavuus on alhainen, vain 1/4 terästä, 1/13 alumiinia ja 1/25 kuparia. Leikkausalueen hitaan lämmön haihtumisen vuoksi se ei edistä lämpötasapainoa. Leikkausprosessin aikana lämmön haihtumis- ja jäähdytysvaikutus on erittäin huono, ja leikkausalueelle on helppo muodostaa korkea lämpötila. Käsittelyn jälkeen osien muodonmuutos ja rebound ovat suuria, jolloin leikkuutyökalun vääntömomentti kasvaa ja leikkuureuna kuluu nopeasti. Kestävyys vähenee. Toiseksi titaaniseoksen alhainen lämmönjohtavuus tekee leikkuulämmöstä vaikeasti haihtuvan pienellä alueella leikkuutyökalun lähellä. Haravanaaman kitka kasvaa, lastunpoisto ei ole helppoa ja lämmön leikkaaminen on vaikeasti hälvennyssä, mikä nopeuttaa työkalujen kulumista. Lopuksi titaaniseoksilla on suuri kemiallinen aktiivisuus ja ne on helppo reagoida työkalumateriaalien kanssa, kun niitä käsitellään korkeissa lämpötiloissa, muodostaen liukenemisen ja difuusion, mikä aiheuttaa tarttumista, polttamista ja veitsen murtumista.