¿Por qué son necesarias las aleaciones de titanio para los materiales aeroespaciales?

El titanio y la aviación tienen una relación indisoluble. 1953, en los Estados Unidos, la producción de Douglas de las vainas y firewalls de motores DC-T por primera vez sobre el uso de titanio, abriendo así la historia de las aplicaciones de aviación de titanio. Desde entonces, el titanio se ha utilizado en aviación durante más de medio siglo. El titanio puede usarse ampliamente en la aviación porque tiene muchas propiedades valiosas adecuadas para aplicaciones de aeronaves. Hoy hablaremos sobre por qué los materiales de aviación deben usar aleación de titanio.

Primero, la introducción de titanio

En 1948, el DuPont de los Estados Unidos solo con el método de magnesio toneladas de producción de esponja de titanio, esto marca el comienzo de la producción industrial de esponja de titanio ese titanio. La aleación de titanio se usa ampliamente en varios campos debido a su alta resistencia, buena resistencia a la corrosión, resistencia al calor y otras características.

El titanio es abundante en la corteza terrestre, clasificando noveno en contenido, mucho más alto que el cobre, el zinc, la lata y otros metales comunes. El titanio se encuentra ampliamente en muchas rocas, especialmente en arena y arcilla.

Segundo, las características del titanio

Alta resistencia: 1.3 veces la de la aleación de aluminio, 1.6 veces la de la aleación de magnesio, 3.5 veces el de acero inoxidable, el campeón de los materiales metálicos.

Alta resistencia térmica: el uso de temperatura es varios cientos de grados más alto que la aleación de aluminio, puede estar en la temperatura de 450 a 500 ℃ para el trabajo a largo plazo.

Buena resistencia a la corrosión: resistencia ácida, álcali y corrosión atmosférica, especialmente resistencia fuerte a las picaduras y la corrosión del estrés.

Buen rendimiento de baja temperatura: la aleación de titanio TA7 con elementos intersticiales muy bajos puede mantener un cierto grado de plasticidad a -253 ℃.

Alta actividad química: alta actividad química a altas temperaturas, reacciona fácilmente químicamente con hidrógeno, oxígeno y otras impurezas gaseosas en el aire para generar una capa endurecida.

Pequeña conductividad térmica, pequeño módulo de elasticidad: la conductividad térmica es de aproximadamente 1/4 de níquel, 1/5 de hierro, 1/14 de aluminio y varias aleaciones de titanio tienen una conductividad térmica de aproximadamente 50% menor que la del titanio. El módulo de elasticidad de la aleación de titanio es aproximadamente 1/2 de acero.

Tercero, la clasificación y el uso de la aleación de titanio

Las aleaciones de titanio se pueden dividir en: aleaciones resistentes al calor, aleaciones de alta resistencia, aleaciones resistentes a la corrosión (titanio-molibdeno, titanio-aleaciones de paladio, etc.), aleaciones de baja temperatura, así como aleaciones funcionales especiales (titanio-titanio-hierro de hierro hierro de hierro de hierro de hierro de hierro de hierro de hierro de hierro de hierro de hierro de hierro de hierro de hierro de hierro Materiales de almacenamiento de hidrógeno y titanio: aleaciones de memoria de níquel), etc.

Aunque Titanium y sus aleaciones no se han utilizado durante mucho tiempo, se les ha otorgado varios títulos honorables debido a su excelente desempeño. El primero es "Space Metal". Su resistencia ligera, alta resistencia y alta temperatura lo hace particularmente adecuado para la fabricación de aviones y diversas naves espaciales. En la actualidad, alrededor de las tres cuartas partes de las aleaciones de titanio y titanio producidas en el mundo se utilizan en la industria aeroespacial. Muchas de las piezas de aleación de aluminio originales se han cambiado a aleación de titanio.

Cuarto, la aplicación de aviación de la aleación de titanio

La aleación de titanio se usa principalmente para materiales de fabricación de aviones y motores, como forjar ventilador de titanio, disco de aire presurizado y cuchilla, cubierta del motor, dispositivo de escape y otras piezas, así como el marco de vigas grandes de la aeronave y otras piezas de marco estructural. La nave espacial utilizan principalmente aleaciones de titanio de alta resistencia, resistencia a la corrosión y resistencia a baja temperatura para fabricar una variedad de recipientes a presión, tanques de almacenamiento de combustible, sujetadores, correas de instrumentos, marcos y conchas de cohetes. Los satélites de tierra artificial, el módulo lunar, la nave espacial tripulada y los transbordadores espaciales también usan soldados de placa de aleación de titanio.

En 1950, Estados Unidos por primera vez en el F-84 combatiente de combate utilizado como escudo de calor del fuselaje trasero, escudo de viento, capucha de cola y otros componentes no portadores de carga. 60 El comienzo del uso de aleaciones de titanio desde el fuselaje trasero hasta el fuselaje central, parcialmente en lugar de marcos espaciadores de fabricación de acero estructural, vigas, aletas y otros componentes importantes de carga. 70, el avión civil comenzó a usar aleaciones de titanio en grandes cantidades, como la cantidad de titanio en el avión Boeing 747 ascendió a 3640 kg o más, lo que representa el 28% del peso de la aeronave. Más de 3,640 kilogramos de titanio se usan en Boeing 747, lo que representa el 28% del peso de la aeronave. Con el desarrollo de la tecnología de procesamiento, en cohetes, satélites y naves espaciales, también utilizó una gran cantidad de aleaciones de titanio.

Cuanto más avanzado se usa el avión, más titanio se usa. El luchador F-14A de EE. UU. Con titanio aeroespacial, que representa aproximadamente el 25% del peso de la máquina; F-15A luchador para 25.8%; Los combatientes de cuarta generación de EE. UU. Con un monto de titanio del 41% de su motor F119 con el 39% de la cantidad de titanio, es la cantidad más alta de titanio con el avión actual.

Quinto, la aleación de titanio en la aviación es una gran cantidad de razones para la aplicación

La mayor velocidad de la navegación moderna de los aviones ha alcanzado la velocidad del sonido más de 2.7 veces. Tan rápido vuelo supersónico, hará el avión y la fricción del aire y producirán mucho calor. Cuando la velocidad de vuelo alcanza 2.2 veces la velocidad del sonido, la aleación de aluminio no puede soportar. Se debe usar una aleación de titanio resistente al calor.

Cuando la relación de empuje a peso de empuje a aerodinámica de 4 a 6 aumentó a 8 a 10, la temperatura de salida de gases presurizada aumentó correspondientemente de 200 a 300 ℃ a 500 a 600 ℃, los discos de gases presurizados de baja presión originales hechos de aluminio debe cambiarse a aleación de titanio.

En los últimos años, los científicos sobre el desempeño del trabajo de investigación de aleación de titanio, y constantemente hacen un nuevo progreso. El titanio original, el aluminio, el vanadio compuesto de aleación de titanio, la temperatura de funcionamiento máxima de 550 ℃ ~ 600 ℃ y la aleación de aluminio de titanio recientemente desarrollado, la temperatura de operación máxima ha aumentado a 1040 ℃.

Aleación de titanio, barra especial de titanio, lámina de titanio y forja de titanio en lugar de acero inoxidable para fabricar disco y cuchilla del compresor de alta presión, puede reducir el peso de la estructura. Las aeronaves pueden ahorrar 4% de combustible por cada reducción de peso del 10%. Para los cohetes, cada 1 kg de reducción de peso puede aumentar el rango en 15 km.

Seis, análisis de características de mecanizado por aleación de titanio

En primer lugar, la baja conductividad térmica de la aleación de titanio, solo 1/4 de acero, aluminio 1/13, cobre 1/25, debido a la lenta disipación de calor en la zona de corte, no propicio para el equilibrio térmico, en el proceso de corte , la disipación de calor y el efecto de enfriamiento es muy pobre, fácil de formar una temperatura alta en la zona de corte, la deformación de las piezas después del rebote del mecanizado, lo que resulta en un mayor torque en la herramienta de corte, el borde del borde del desgaste rápido y Durabilidad reducida.

En segundo lugar, la baja conductividad térmica de la aleación de titanio, de modo que el calor de corte acumulado en el cuchillo de corte cerca del área del área pequeña no es fácil de difundir, la fricción de la cara delantera aumenta, no es fácil, el calor de corte no es fácil de diseminar, acelerar el desgaste de la herramienta. Finalmente, la actividad química de aleación de titanio es alta, el procesamiento a altas temperaturas es fácil de reaccionar con el material de la herramienta de corte, la formación de disolución, difusión, lo que resulta en un cuchillo pegajoso, un cuchillo ardiente, un cuchillo roto y otros fenómenos.