Hvorfor skal vi bruge titaniumlegering som materiale i lufttransportfly?
1. Indførelse af Titanium
I 1948 brugte American DuPont Company magnesiummetoden til at producere tonsvis af titanium svamp- dette markerede begyndelsen på den industrielle produktion af titanium svamp. Titanium legeringer er meget udbredt på forskellige områder på grund af deres høje specifikke styrke, god korrosionsbestandighed, og høj varmebestandighed. Titanium er rigelig i jordskorpen, ranking niende i indhold, meget højere end almindelige metaller som kobber, zink og tin. Titanium er bredt til stede i mange klipper, især sand og ler.
2.Titaniums egenskaber
Høj styrke: 1,3 gange aluminiumslegering, 1,6 gange magnesiumlegering, 3,5 gange rustfrit stål, mester blandt metalmaterialer.
Høj termisk styrke: Driftstemperaturen er flere hundrede grader højere end aluminiumslegeringen, og den kan arbejde i lang tid ved en temperatur på 450 til 500 °C.
God korrosionsbestandighed: syrebestandighed, alkalibestandighed, atmosfærisk korrosionsbestandighed, særlig stærk modstandsdygtighed over for korrosion og stresskorrosion.
God lav temperatur ydeevne: Titanium legering TA7 med ekstremt lave interstitielle elementer kan opretholde en vis grad af plasticitet ved -253 ° C.
Høj kemisk aktivitet: Den kemiske aktivitet er høj ved høj temperatur, og den reagerer let med gas urenheder som brint og ilt i luften for at danne et hærdet lag.
Den termiske ledningsevne er lille, og modulus af elasticitet er lille: den termiske ledningsevne er omkring 1/4 af nikkel, 1/5 af jern og 1/14 af aluminium. Den termiske ledningsevne af forskellige titaniumlegeringer er ca. 50% lavere end titanium. Den elastiske modulus af titanium legering er omkring 1 / 2 af stål.
3.Klassificering og anvendelse af titaniumlegeringer
Titaniumlegeringer kan opdeles i varmebestandige legeringer, højstyrkelegeringer, korrosionsbestandige legeringer (titanium-molybdæn, titanium-palladiumlegeringer osv.), lavtemperaturlegeringer og specielle funktionelle legeringer (titanium-jern hydrogenopbevaringsmaterialer og titanium-nikkel hukommelseslegeringer) Vent. Selvom titaniums historie og dens legeringer ikke er lang, men på grund af dens overlegne præstation, har den vundet mange hæderlige titler. Den første titel vundet er "Space Metal". Det er let i vægt, stærk og modstandsdygtig over for høje temperaturer, og er især velegnet til fremstilling af fly og forskellige rumfartøjer. I øjeblikket anvendes omkring tre fjerdedele af de titanium- og titaniumlegeringer, der produceres i verden, i luft- og rumfartsindustrien. Mange dele, der oprindeligt brugte aluminiumslegeringer, er ændret til titaniumlegeringer.
4.Aerospace anvendelse af titaniumlegeringer
Titaniumlegeringer anvendes hovedsageligt i fly- og motorproduktionsmaterialer, såsom smedede titaniumventilatorer, kompressorskiver og knive, motorhjelme, udstødningsenheder og andre dele samt strukturelle rammedele såsom flydragerrammer. Rumfartøjet bruger hovedsageligt den høje specifikke styrke, korrosionsbestandighed og lav temperaturmodstand af titaniumlegeringer til fremstilling af forskellige trykbeholdere, brændstoftanke, skruer, instrumentstropper, rammer og raketskaller. Kunstige jordsatellitter, månemoduler, bemandede rumfartøjer og rumfærger bruger også titaniumlegeringsplader svejsede dele. Hvorfor skal vi bruge titaniumlegering til materialet fra lufttransportfly? I 1950 brugte USA det for første gang på F-84 jagerbombere som ikke-bærende komponenter såsom bageste skrog varmeskjolde, vind deflektorer, og hale dækker. Siden 1960'erne er brugen af titaniumlegering flyttet fra den bageste skrog til den midterste skrog, delvis erstatte strukturelle stål til at gøre vigtige bærende komponenter såsom skotter, bjælker og klap dias. Siden 1970'erne begyndte civile fly at bruge titaniumlegeringer i store mængder. F.eks. bruger Boeing 747-passagerflyet mere end 3.640 kg titanium, hvilket udgør 28 % af flyets vægt. Med udviklingen af forarbejdningsteknologi anvendes også en stor mængde titaniumlegering i raketter, kunstige satellitter og rumfartøjer. Jo mere avancerede flyet er, jo mere titanium bruges. Den titaniumlegering, der anvendes af de amerikanske F-14A jagerfly tegner sig for omkring 25% af flyets vægt; F-15A jagerfly tegner sig for 25,8%; fjerde generation amerikanske jagerfly bruger 41% af titanium, og F119 motoren bruger 39% af titanium. Flyet med den højeste mængde titanium.
5.Grunden til, at titaniumlegering i vid udstrækning anvendes inden for luftfarten
Tophastigheden på moderne fly har nået mere end 2,7 gange lydens hastighed. En sådan hurtig supersonisk flyvning vil få flyet til at gnide mod luften og generere meget varme. Når flyvehastigheden når 2,2 gange lydens hastighed, kan aluminiumslegeringen ikke modstå den. Der skal anvendes højtemperaturbestandig titaniumlegering. Når aeromotorens tryk-til-vægt-forhold øges fra 4-6 til 8-10, og kompressorudgangstemperaturen stiger fra 200-300 °C til 500-600 °C, skal de originale lavtrykskompressorskiver og knive af aluminium ændres til Titanium-legering. I de senere år har forskere løbende gjort nye fremskridt i forskningen i egenskaberne af titaniumlegeringer. Den oprindelige titaniumlegering bestående af titanium, aluminium og vanadium har en maksimal driftstemperatur på 550 °C til 600 °C, mens den nyudviklede titanium aluminiumslegering (TiAl) har en maksimal driftstemperatur på 1040 °C. Brug af titaniumlegering i stedet for rustfrit stål til fremstilling af højtrykskompressorskiver og vinger kan reducere strukturel vægt. Hver 10% vægttab af flyet kan spare 4% af brændstoffet. For raketten kan hver vægtreduktion på 1 kg øge rækkevidden på 15 km.
6.Analyse af bearbejdningskarakteristika for titaniumlegering
For det første er titanlegeringernes termiske ledningsevne lav, kun 1/4 af stål, 1/13 aluminium og 1/25 kobber. På grund af den langsomme varmeafledning i skærezonen er det ikke befordrende for varmebalancen. Under skæringsprocessen er varmeaflednings- og køleeffekten meget dårlig, og det er let at danne høj temperatur i skærezonen. Efter behandling er deformationen og rebound af delene store, hvilket får skæreværktøjsmomentet til at stige, og skærkanten slides hurtigt. Holdbarheden reduceres. For det andet gør titaniumlegeringens lave termiske ledningsevne skærevarmen svær at sprede i et lille område nær skæreværktøjet. Friktionen af rakefladen øges, spånfjernelse er ikke let, og skærevarmen er svær at sprede, hvilket accelererer værktøjsslid. Endelig har titaniumlegeringer høj kemisk aktivitet og er nemme at reagere med værktøjsmaterialer, når de behandles ved høje temperaturer, danner opløsning og diffusion, forårsager stikning, brænding og brud på kniven.