Varför måste vi använda titanlegering som material från lufttransportflygplan?

1. Introduktion av titan

År 1948 använde American DuPont Company magnesiummetoden för att producera ton titansvamp - detta markerade början på den industriella produktionen av titansvamp. Titanlegeringar används ofta inom olika områden på grund av deras höga specifika styrka, goda korrosionsbeständighet och höga värmebeständighet.　　 Titan är rikligt i jordskorpan, rankad nionde i innehåll, mycket högre än vanliga metaller som koppar, zink och tenn. Titan är allmänt närvarande i många stenar, särskilt sand och lera.

2.Titanets egenskaper

Hög hållfasthet: 1,3 gånger aluminiumlegering, 1,6 gånger magnesiumlegering, 3,5 gånger rostfritt stål, mästare bland metallmaterial.

Hög termisk hållfasthet: Driftstemperaturen är flera hundra grader högre än aluminiumlegeringens, och den kan fungera länge vid en temperatur av 450 till 500 °C.

God korrosionsbeständighet: syrabeständighet, alkalibeständighet, atmosfärisk korrosionsbeständighet, särskilt stark motståndskraft mot gropkorrosion och spänningskorrosion.

Bra låg temperaturprestanda: Titanlegering TA7 med extremt låga interstitiella element kan bibehålla en viss grad av plasticitet vid -253 °C.

Hög kemisk aktivitet: Den kemiska aktiviteten är hög vid hög temperatur, och den reagerar lätt med gasförstöringar som väte och syre i luften för att bilda ett härdat skikt.

Värmeledningsförmågan är liten och elasticitetens modulus är liten: värmeledningsförmågan är ca 1/4 av nickel, 1/5 järn och 1/14 aluminium. Värmeledningsförmågan hos olika titanlegeringar är cirka 50% lägre än titanens. Den elastiska modulusen av titanlegering är ca 1/2 av stålet.

3.Klassificering och användning av titanlegeringar

Titanlegeringar kan delas in i värmebeständiga legeringar, höghållfasta legeringar, korrosionsbeständiga legeringar (titan-molybden, titan-palladiumlegeringar etc.), lågtemperaturlegeringar och speciella funktionella legeringar (titan-järn vätelagringsmaterial och titan-nickelminneslegeringar) Vänta.　　 Även om titanens och dess legeringars historia inte är lång, men på grund av dess överlägsna prestanda, har den vunnit många hedervärda titlar. Den första titeln som vunnits är "Space Metal". Den är lätt i vikt, stark och motståndskraftig mot höga temperaturer och är särskilt lämplig för tillverkning av flygplan och olika rymdfarkoster. För närvarande används cirka tre fjärdedelar av de titan- och titanlegeringar som produceras i världen inom flygindustrin. Många delar som ursprungligen använde aluminiumlegeringar har bytt till titanlegeringar.

4.Flyg- tillämpningar av titanlegeringar

Titanlegeringar används främst i flygplans- och motortillverkningsmaterial, såsom smidda titanfläktar, kompressorskivor och blad, motorhuvar, avgasanordningar och andra delar, samt strukturella ramdelar som flygplansbalkarmar. Rymdfarkosten använder främst hög specifik hållfasthet, korrosionsbeständighet och lågtemperaturbeständighet hos titanlegeringar för att tillverka olika tryckkärl, bränsletankar, fästelement, instrumentremmar, ramar och raketskal. Konstgjorda jordsatelliter, månmoduler, bemannade rymdfarkoster och rymdfärjor använder också titanlegeringsplåtssvetsade delar.　　Varför måste vi använda titanlegering för material från lufttransportflygplan?　　 År 1950 använde USA det för första gången på F-84-jaktplan som icke-bärande komponenter som bakre flygkroppsvärmesköldar, vindskydd och svansskydd. Sedan 1960-talet har användningen av titanlegering flyttats från den bakre flygkroppen till mittkroppen och delvis ersatt konstruktionsstål för att göra viktiga bärande komponenter som skott, balkar och klaffrutschbanor. Sedan 1970-talet har civila flygplan börjat använda titanlegeringar i stora mängder. Till exempel använder Boeing 747 passagerarflygplan mer än 3 640 kilo titan, vilket står för 28% av flygplanets vikt. Med utvecklingen av bearbetningsteknik används också en stor mängd titanlegering i raketer, artificiella satelliter och rymdfarkoster. Desto mer avancerade flygplan, desto mer titan används. Titanlegeringen som används av de amerikanska F-14A-stridsflygplanen står för cirka 25% av flygplansvikten; F-15A-stridsflygplanen står för 25,8%; fjärde generationens amerikanska stridsflygplan använder 41% av titanen, och F119-motorn använder 39% av titanen. Flygplanet med den högsta mängden titan.

5.Anledningen till att titanlegering används i stor utsträckning inom luftfarten

Topphastigheten för moderna flygplan har nått mer än 2,7 gånger ljudets hastighet. En sådan snabb överljudsflygning kommer att få flygplanet att gnugga mot luften och generera mycket värme. När flyghastigheten når 2,2 gånger ljudets hastighet kan aluminiumlegeringen inte motstå den. Högtemperaturbeständig titanlegering måste användas. När aeromotorns dragkrafts-till-vikt-förhållande ökar från 4-6 till 8-10, och kompressorns utloppstemperatur ökar från 200-300 °C till 500-600 °C, måste de ursprungliga lågtryckskompressorskivorna och bladen av aluminium bytas till Titaniumlegering. Under de senaste åren har forskare kontinuerligt gjort nya framsteg i forskningen om egenskaperna hos titanlegeringar. Den ursprungliga titanlegeringen bestående av titan, aluminium och vanadin har en maximal driftstemperatur på 550 °C till 600 °C, medan den nyutvecklade titanaluminiumlegeringen (TiAl) har en maximal driftstemperatur på 1040 °C. Att använda titanlegering istället för rostfritt stål för att tillverka högtryckskompressorskivor och blad kan minska strukturell vikt. Varje 10% viktminskning av flygplanet kan spara 4% bränsle. För raketen kan varje 1 kg viktminskning öka räckvidden på 15 km.

6.Analys av bearbetningsegenskaper hos titanlegering

För det första är den termiska ledningsförmågan hos titanlegeringar låg, endast 1/4 av stål, 1/13 aluminium och 1/25 koppar. På grund av den långsamma värmeavledning i skärzonen bidrar det inte till värmebalansen. Under skärprocessen är värmeavlednings- och kyleffekten mycket dålig, och det är lätt att bilda hög temperatur i skärzonen. Efter bearbetningen är deformationen och rebounden av delarna stor, vilket gör att skärverktygets vridmoment ökar och skäreggen slits snabbt. Hållbarheten minskar. För det andra gör titanlegeringens låga värmeledningsförmåga skärvärmen svår att avleda i ett litet område nära skärverktyget. Friktionen på rake-ansiktet ökar, spånborttagning är inte lätt och skärvärme är svår att avleda, vilket påskyndar verktygsslitage. Slutligen har titanlegeringar hög kemisk aktivitet och är lätta att reagera med verktygsmaterial när de bearbetas vid höga temperaturer, bildar upplösning och diffusion, orsakar stickning, bränning och brott av kniven.