Zakaj so titanove zlitine potrebne za vesoljske materiale?
Mar 18, 2024
Titan in letalstvo imata neločljiv odnos. 1953, uporaba titana v ohišjih motorja in požarnih zidovih letala DC-T, ki ga je proizvedlo ameriško podjetje Douglas, s čimer se odpre zgodovina uporabe titana v vesolju. Od takrat se titan v letalstvu uporablja že več kot pol stoletja. Titan se lahko široko uporablja v letalstvu, saj ima številne dragocene lastnosti, primerne za uporabo v letalih. Danes bomo govorili o tem, zakaj morajo letalski materiali uporabljati titanovo zlitino.
Prvič, uvedba titana
Leta 1948 je ameriški DuPont samo z magnezijevo metodo proizvedel ton titanove gobe - to pomeni začetek industrijske proizvodnje titanove gobe, ki je titan. Titanova zlitina se pogosto uporablja na različnih področjih zaradi svoje visoke trdnosti, dobre odpornosti proti koroziji, toplotne odpornosti in drugih lastnosti.
Titana je v zemeljski skorji veliko in je po vsebnosti na devetem mestu, veliko več kot baker, cink, kositer in druge običajne kovine. Titan je široko prisoten v številnih kamninah, zlasti v pesku in glini.
Drugič, značilnosti titana
Visoka trdnost: 1,3-krat večja od aluminijeve zlitine, 1,6-krat večja od magnezijeve zlitine, 3,5-krat večja od nerjavečega jekla, kovinski materiali.
Visoka toplotna trdnost: uporaba temperature je nekaj sto stopinj višja od aluminijeve zlitine, lahko je pri temperaturi 450 ~ 500 stopinj dolgotrajno delo.
Dobra odpornost proti koroziji: odpornost proti kislini, alkalijam in atmosferski koroziji, še posebej močna odpornost proti luknjičasti in napetostni koroziji.
Dobra zmogljivost pri nizkih temperaturah: titanova zlitina TA7 z zelo nizkimi intersticijskimi elementi lahko ohrani določeno stopnjo plastičnosti pri -253 stopnji.
Visoka kemična aktivnost: visoka kemična aktivnost pri visokih temperaturah, zlahka kemično reagira z vodikom, kisikom in drugimi plinastimi nečistočami v zraku, da ustvari utrjeno plast.
Majhna toplotna prevodnost, majhen modul elastičnosti: toplotna prevodnost je približno 1/4 niklja, 1/5 železa, 1/14 aluminija, različne titanove zlitine pa imajo približno 50% nižjo toplotno prevodnost kot titan. Modul elastičnosti titanove zlitine je približno 1/2 jekla.
Tretjič, razvrstitev in uporaba titanove zlitine
Titanove zlitine lahko razdelimo na: zlitine, odporne na vročino, zlitine visoke trdnosti, zlitine, odporne proti koroziji (titan-molibden, titan-paladijeve zlitine itd.), nizkotemperaturne zlitine, pa tudi posebne funkcionalne zlitine (titan-železo). materiali za shranjevanje vodika in spominske zlitine titana in niklja) in tako naprej.
Čeprav se titan in njegove zlitine že dolgo niso uporabljali, so zaradi svojih izjemnih lastnosti prejeli več častnih nazivov. Prvi je "space metal". Zaradi majhne teže, visoke trdnosti in odpornosti na visoke temperature je še posebej primeren za izdelavo letal in različnih vesoljskih plovil. Trenutno se približno tri četrtine titana in titanovih zlitin, proizvedenih na svetu, uporablja v vesoljski industriji. Veliko originalnih delov iz aluminijeve zlitine je bilo spremenjenih v titanove zlitine.
Četrtič, uporaba titanove zlitine v letalstvu
Titanova zlitina se v glavnem uporablja za materiale za izdelavo letal in motorjev, kot so kovanje ventilatorja iz titana, diska in lopatice pod pritiskom zraka, pokrova motorja, izpušne naprave in drugih delov, pa tudi okvirja velikih nosilcev letala in drugih strukturnih delov okvirja. Vesoljska plovila večinoma uporabljajo titanove zlitine visoke trdnosti, odpornosti proti koroziji in odpornosti na nizke temperature za izdelavo različnih tlačnih posod, rezervoarjev za shranjevanje goriva, pritrdilnih elementov, trakov za instrumente, okvirjev in raketnih lupin. Umetni zemeljski sateliti, lunarni moduli, vesoljske ladje s posadko in vesoljski raketoplan prav tako uporabljajo zvarjene plošče iz titanove zlitine.
Leta 1950 so Združene države v lovcu-bombniku F-84 uporabile kot toplotni ščit za zadnji del trupa, vetrni ščit, repni pokrov in druge nenosilne komponente. 60. leta začetek uporabe titanovih zlitin od zadnjega dela trupa do srednjega dela trupa, delno namesto konstrukcijskega jekla za izdelavo distančnih okvirjev, nosilcev, zakrilc, drsnih tirnic in drugih pomembnih nosilnih komponent. V 70. letih prejšnjega stoletja so civilna letala začela uporabljati titanove zlitine v velikih količinah, na primer količina titana v potniškem letalu Boeing 747 je znašala 3640 kilogramov titana. Več kot 28 % teže stroja. Z razvojem tehnologije obdelave se je v raketah, satelitih in vesoljskih plovilih uporabljalo tudi veliko število titanovih zlitin.
Več ko je letalo, več titana se uporablja. Ameriški lovec F-14A iz titanove zlitine, ki predstavlja približno 25 % teže stroja; F-15Borec za 25,8 %; Ameriški lovec četrte generacije s količino titana 41 % v motorju F119 z vsebnostjo titana 39 % trenutno uporablja količino titana na visokih letalih.
Prevedeno z www.DeepL.com/Translator (brezplačna različica)
Titan in letalstvo imata neločljiv odnos. 1953, uporaba titana v ohišjih motorja in požarnih zidovih letala DC-T, ki ga je proizvedlo ameriško podjetje Douglas, s čimer se odpre zgodovina uporabe titana v vesolju. Od takrat se titan v letalstvu uporablja že več kot pol stoletja. Titan se lahko široko uporablja v letalstvu, saj ima številne dragocene lastnosti, primerne za uporabo v letalih. Danes bomo govorili o tem, zakaj morajo letalski materiali uporabljati titanovo zlitino.
Prvič, uvedba titana
Leta 1948 je ameriški DuPont samo z magnezijevo metodo proizvedel ton titanove gobe - to pomeni začetek industrijske proizvodnje titanove gobe, ki je titan. Titanova zlitina se pogosto uporablja na različnih področjih zaradi svoje visoke trdnosti, dobre odpornosti proti koroziji, toplotne odpornosti in drugih lastnosti.
Titana je v zemeljski skorji veliko in je po vsebnosti na devetem mestu, veliko več kot baker, cink, kositer in druge običajne kovine. Titan je široko prisoten v številnih kamninah, zlasti v pesku in glini.
Drugič, značilnosti titana
Visoka trdnost: 1,3-krat večja od aluminijeve zlitine, 1,6-krat večja od magnezijeve zlitine, 3,5-krat večja od nerjavečega jekla, kovinski materiali.
Visoka toplotna trdnost: uporaba temperature je nekaj sto stopinj višja od aluminijeve zlitine, lahko je pri temperaturi 450 ~ 500 stopinj dolgotrajno delo.
Dobra odpornost proti koroziji: odpornost proti kislini, alkalijam in atmosferski koroziji, še posebej močna odpornost proti luknjičasti in napetostni koroziji.
Dobra zmogljivost pri nizkih temperaturah: titanova zlitina TA7 z zelo nizkimi intersticijskimi elementi lahko ohrani določeno stopnjo plastičnosti pri -253 stopnji.
Visoka kemična aktivnost: visoka kemična aktivnost pri visokih temperaturah, zlahka kemično reagira z vodikom, kisikom in drugimi plinastimi nečistočami v zraku, da ustvari utrjeno plast.
Majhna toplotna prevodnost, majhen modul elastičnosti: toplotna prevodnost je približno 1/4 niklja, 1/5 železa, 1/14 aluminija, različne titanove zlitine pa imajo približno 50% nižjo toplotno prevodnost kot titan. Modul elastičnosti titanove zlitine je približno 1/2 jekla.
Tretjič, razvrstitev in uporaba titanove zlitine
Titanove zlitine lahko razdelimo na: zlitine, odporne na vročino, zlitine visoke trdnosti, zlitine, odporne proti koroziji (titan-molibden, titan-paladijeve zlitine itd.), nizkotemperaturne zlitine, pa tudi posebne funkcionalne zlitine (titan-železo). materiali za shranjevanje vodika in spominske zlitine titana in niklja) in tako naprej.
Čeprav se titan in njegove zlitine že dolgo niso uporabljali, so zaradi svojih izjemnih lastnosti prejeli več častnih nazivov. Prvi je "space metal". Zaradi majhne teže, visoke trdnosti in odpornosti na visoke temperature je še posebej primeren za izdelavo letal in različnih vesoljskih plovil. Trenutno se približno tri četrtine titana in titanovih zlitin, proizvedenih na svetu, uporablja v vesoljski industriji. Veliko originalnih delov iz aluminijeve zlitine je bilo spremenjenih v titanove zlitine.
Četrtič, uporaba titanove zlitine v letalstvu
Titanova zlitina se v glavnem uporablja za materiale za izdelavo letal in motorjev, kot so kovanje ventilatorja iz titana, diska in lopatice pod pritiskom zraka, pokrova motorja, izpušne naprave in drugih delov, pa tudi okvirja velikih nosilcev letala in drugih strukturnih delov okvirja. Vesoljska plovila večinoma uporabljajo titanove zlitine visoke trdnosti, odpornosti proti koroziji in odpornosti na nizke temperature za izdelavo različnih tlačnih posod, rezervoarjev za shranjevanje goriva, pritrdilnih elementov, trakov za instrumente, okvirjev in raketnih lupin. Umetni zemeljski sateliti, lunarni moduli, vesoljske ladje s posadko in vesoljski raketoplan prav tako uporabljajo zvarjene plošče iz titanove zlitine.
Leta 1950 so Združene države v lovcu-bombniku F-84 uporabile kot toplotni ščit za zadnji del trupa, vetrni ščit, repni pokrov in druge nenosilne komponente. 60. leta začetek uporabe titanovih zlitin od zadnjega dela trupa do srednjega dela trupa, delno namesto konstrukcijskega jekla za izdelavo distančnih okvirjev, nosilcev, zakrilc, drsnih tirnic in drugih pomembnih nosilnih komponent. V 70. letih prejšnjega stoletja so civilna letala začela uporabljati titanove zlitine v velikih količinah, na primer količina titana v potniškem letalu Boeing 747 je znašala 3640 kilogramov titana. Več kot 28 % teže stroja. Z razvojem tehnologije obdelave se je v raketah, satelitih in vesoljskih plovilih uporabljalo tudi veliko število titanovih zlitin.
Več ko je letalo, več titana se uporablja. Ameriški lovec F-14A iz titanove zlitine, ki predstavlja približno 25 % teže stroja; F-15Borec za 25,8 %; Ameriški lovec četrte generacije s količino titana 41 % v motorju F119 z vsebnostjo titana 39 % trenutno uporablja količino titana na visokih letalih.
V. Titanove zlitine v letalstvu imajo veliko razlogov za uporabo
Sodobna letalska navigacija Visoka hitrost je dosegla 2,7-kratno hitrost zvoka. Tako hiter nadzvočni let povzroči trenje med letalom in zrakom ter proizvede veliko toplote. Ko hitrost leta doseže 2,2-kratno hitrost zvoka, aluminijeva zlitina ne more zdržati. Uporabiti je treba toplotno odporno titanovo zlitino.
Ko se je razmerje med potiskom in težo letalskega motorja s 4 do 6 povečalo na 8 do 10, se je izhodna temperatura plina pod tlakom ustrezno povečala z 200 do 300 stopinj na 500 do 600 stopinj, originalni nizkotlačni plinski diski in lopatice aluminija je treba zamenjati s titanovo zlitino.
V zadnjih letih so znanstveniki raziskovalno delali na področju učinkovitosti titanovih zlitin in nenehno dosegali nov napredek. Prvotna sestava titana, aluminija, vanadijeve titanove zlitine, visoka delovna temperatura 550 stopinj ~ 600 stopinj, in novo razvite zlitine titanovega aluminija (TiAl), visoka delovna temperatura se je povečala na 1040 stopinj.
Titanova zlitina namesto nerjavečega jekla za izdelavo diska in lopatice visokotlačnega kompresorja lahko zmanjša strukturno težo. Letala lahko prihranijo 4 % goriva za vsakih 10 % zmanjšanja teže. Za rakete lahko vsak 1 kg zmanjšanja teže poveča doseg za 15 km.
Šest, analiza značilnosti strojne obdelave titanove zlitine
Prvič, nizka toplotna prevodnost titanove zlitine, le 1/4 jekla, aluminija 1/13, bakra 1/25, zaradi počasnega odvajanja toplote v območju rezanja, ki ne vodi do toplotnega ravnovesja v procesu rezanja. , odvajanje toplote in hlajenje je zelo slabo, enostavno oblikovanje visoke temperature v območju rezanja, deformacija delov po odboju obdelave, kar ima za posledico povečan navor na rezalnem orodju, rob roba hitre obrabe in zmanjšana vzdržljivost.
Drugič, nizka toplotna prevodnost titanove zlitine, tako da rezalne toplote, akumulirane v rezalnem nožu v bližini majhne površine, ni enostavno razpršiti, poveča se trenje sprednje ploskve, ni enostavno odrezati, rezalne toplote ni enostavno razpršiti, pospešiti obrabo orodja. Po tem je kemična aktivnost titanove zlitine visoka, obdelava pri visokih temperaturah zlahka reagira z materialom orodja, nastane raztapljanje, difuzija, kar ima za posledico lepljenje noža, goreč nož, zlomljen nož in druge pojave.
Prevedeno z www.DeepL.com/Translator (brezplačna različica)
V. Titanove zlitine v letalstvu imajo veliko razlogov za uporabo
Sodobna letalska navigacija Visoka hitrost je dosegla 2,7-kratno hitrost zvoka. Tako hiter nadzvočni let povzroči trenje med letalom in zrakom ter proizvede veliko toplote. Ko hitrost leta doseže 2,2-kratno hitrost zvoka, aluminijeva zlitina ne more zdržati. Uporabiti je treba toplotno odporno titanovo zlitino.
Ko se je razmerje med potiskom in težo letalskega motorja s 4 do 6 povečalo na 8 do 10, se je izhodna temperatura plina pod tlakom ustrezno povečala z 200 do 300 stopinj na 500 do 600 stopinj, originalni nizkotlačni plinski diski in lopatice aluminija je treba zamenjati s titanovo zlitino.
V zadnjih letih so znanstveniki raziskovalno delali na področju učinkovitosti titanovih zlitin in nenehno dosegali nov napredek. Prvotna sestava titana, aluminija, vanadijeve titanove zlitine, visoka delovna temperatura 550 stopinj ~ 600 stopinj, in novo razvite zlitine titanovega aluminija (TiAl), visoka delovna temperatura se je povečala na 1040 stopinj.
Titanova zlitina namesto nerjavečega jekla za izdelavo diska in lopatice visokotlačnega kompresorja lahko zmanjša strukturno težo. Letala lahko prihranijo 4 % goriva za vsakih 10 % zmanjšanja teže. Za rakete lahko vsak 1 kg zmanjšanja teže poveča doseg za 15 km.
Šest, analiza značilnosti strojne obdelave titanove zlitine
Prvič, nizka toplotna prevodnost titanove zlitine, le 1/4 jekla, aluminija 1/13, bakra 1/25, zaradi počasnega odvajanja toplote v območju rezanja, ki ne vodi do toplotnega ravnovesja v procesu rezanja. , odvajanje toplote in hlajenje je zelo slabo, enostavno oblikovanje visoke temperature v območju rezanja, deformacija delov po odboju obdelave, kar ima za posledico povečan navor na rezalnem orodju, rob roba hitre obrabe in zmanjšana vzdržljivost.
Drugič, nizka toplotna prevodnost titanove zlitine, tako da rezalne toplote, akumulirane v rezalnem nožu v bližini majhne površine, ni enostavno razpršiti, poveča se trenje sprednje ploskve, ni enostavno odrezati, rezalne toplote ni enostavno razpršiti, pospešiti obrabo orodja. Po tem je kemična aktivnost titanove zlitine visoka, obdelava pri visokih temperaturah zlahka reagira z materialom orodja, nastane raztapljanje, difuzija, kar ima za posledico lepljenje noža, goreč nož, zlomljen nož in druge pojave.