Kāpēc mums ir jāizmanto titāna sakausējums kā gaisa transporta lidmašīnu materiāls?

1. Titāna ieviešana

1948. gadā American DuPont Company izmantoja magnija metodi, lai ražotu tonnas titāna sūkļa - tas iezīmēja titāna sūkļa rūpnieciskās ražošanas sākumu. Titāna sakausējumus plaši izmanto dažādās jomās, jo tiem ir augsta īpatnējā izturība, laba izturība pret koroziju un augsta karstumizturība.　　 Titāns ir bagāts ar zemes garozu, kas satur devīto vietu, kas ir daudz augstāka nekā parastie metāli, piemēram, varš, cinks un alva. Titāns ir plaši sastopams daudzos akmeņos, īpaši smiltīs un mālā.

2.Titāna īpašības

Augsta izturība: 1,3 reizes alumīnija sakausējuma, 1,6 reizes magnija sakausējuma, 3,5 reizes nerūsējošā tērauda, aizstāvēt starp metāla materiāliem.

Augsta termiskā izturība: Darba temperatūra ir vairākus simtus grādu augstāka nekā alumīnija sakausējumam, un tā var ilgstoši darboties 450 līdz 500 °C temperatūrā.

Laba izturība pret koroziju: izturība pret skābēm, izturība pret sārmiem, izturība pret koroziju atmosfērā, īpaši spēcīga izturība pret koroziju un sprieguma koroziju.

Laba zemas temperatūras veiktspēja: Titāna sakausējums TA7 ar ļoti zemiem intersticiāliem elementiem var saglabāt noteiktu plastiskumu -253 °C temperatūrā.

Augsta ķīmiskā aktivitāte: Ķīmiskā aktivitāte ir augsta augstā temperatūrā, un tā viegli reaģē ar gāzes piemaisījumiem, piemēram, ūdeņradi un skābekli gaisā, veidojot sacietējušu slāni.

Siltuma vadītspēja ir maza, un elastības modulis ir mazs: siltuma vadītspēja ir aptuveni 1/4 niķeļa, 1/5 dzelzs un 1/14 alumīnija. Dažādu titāna sakausējumu siltumvadītspēja ir par aptuveni 50% zemāka nekā titānam. Titāna sakausējuma elastīgais modulis ir aptuveni 1/2 no tērauda.

Titāna sakausējumu klasifikācija un izmantošana

Titāna sakausējumus var iedalīt karstumizturīgos sakausējumos, augstas stiprības sakausējumos, korozijizturīgos sakausējumos (titāna molibdenum, titāna-pallādija sakausējumos utt.), zemas temperatūras sakausējumos un īpašos funkcionālos sakausējumos (titāna-dzelzs ūdeņraža uzglabāšanas materiāli un titāna-niķeļa atmiņas sakausējumi) Pagaidiet.　　 Lai gan titāna un tā sakausējumu vēsture nav gara, bet tās izcilā snieguma dēļ tas ir ieguvis daudzus godājamus titulus. Pirmais izcīnītais tituls ir "Space Metal". Tas ir viegls, spēcīgs un izturīgs pret augstām temperatūrām, un ir īpaši piemērots lidmašīnu un dažādu kosmosa kuģu ražošanai. Pašlaik aptuveni trīs ceturtdaļas pasaulē ražotā titāna un titāna sakausējumu tiek izmantoti kosmiskās aviācijas nozarē. Daudzas detaļas, kas sākotnēji izmantoja alumīnija sakausējumus, ir mainījušās uz titāna sakausējumiem.

Titāna sakausējumu izmantošana kosmiskajā aviācijā

Titāna sakausējumus galvenokārt izmanto lidaparātu un dzinēju ražošanas materiālos, piemēram, kaltos titāna ventilatoros, kompresoru diskos un lāpstiņās, dzinēja pārsegos, izplūdes ierīcēs un citās detaļās, kā arī konstrukciju rāmju daļās, piemēram, lidaparātu sijas rāmjos. Kosmosa kuģis galvenokārt izmanto titāna sakausējumu augsto īpatnējo izturību, izturību pret koroziju un zemas temperatūras pretestību, lai ražotu dažādas spiedtvertnes, degvielas tvertnes, stiprinājumus, instrumentu siksnas, rāmjus un raķešu šāviņus. Mākslīgie zemes satelīti, Mēness moduļi, cilvēku kosmosa kuģi un kosmosa kuģi izmanto arī titāna sakausējuma lokšņu metinātas detaļas.　　Kāpēc mums ir jāizmanto titāna sakausējums gaisa transporta lidmašīnu materiālam?　　 1950. gadā AMERIKAS Savienotās Valstis to pirmo reizi izmantoja F-84 iznīcinātājiem-bumbvedējiem kā nenesošus komponentus, piemēram, aizmugurējos fizelāžas siltuma vairogus, vēja deflektorus un astes vākus. Kopš 20. gadsimta 60. gadiem titāna sakausējuma izmantošana ir pārgājusi no aizmugurējās fizelāžas uz vidējo fizelāžu, daļēji aizstājot strukturālo tēraudu, lai izgatavotu svarīgus nesošos komponentus, piemēram, starpsienas, sijas un atloka slīdņus. Kopš 20. gadsimta 70. gadiem civilās lidmašīnas sāka izmantot titāna sakausējumus lielos daudzumos. Piemēram, pasažieru lidmašīnās "Boeing 747" tiek izmantoti vairāk nekā 3640 kilogrami titāna, kas veido 28% no lidmašīnas svara. Līdz ar apstrādes tehnoloģijas attīstību liels daudzums titāna sakausējuma tiek izmantots arī raķetēs, mākslīgajiem satelītiem un kosmosa kuģiem. Jo modernāks lidaparāts, jo vairāk tiek izmantots titāns. Titāna sakausējums, ko izmanto amerikāņu F-14A iznīcinātāju reaktīvās lidmašīnas, veido aptuveni 25% no lidmašīnas svara; F-15A iznīcinātāju reaktīvās lidmašīnas veido 25,8%; ceturtās paaudzes amerikāņu iznīcinātājlidmašīnas izmanto 41% titāna, bet F119 dzinējs – 39% titāna. Lidaparāts ar vislielāko titāna daudzumu.

5.Iemesls, kāpēc titāna sakausējums tiek plaši izmantots aviācijā

Mūsdienu lidmašīnu maksimālais ātrums ir sasniedzis vairāk nekā 2,7 reizes lielāku skaņas ātrumu. Šāds ātrs virsskaņas lidojums izraisīs lidmašīnas berzēšanu pret gaisu un radīs daudz siltuma. Kad lidojuma ātrums sasniedz 2,2 reizes lielāku skaņas ātrumu, alumīnija sakausējums to nevar izturēt. Jāizmanto augstas temperatūras izturīgs titāna sakausējums. Kad aerodzinēja vilces un svara attiecība palielinās no 4-6 līdz 8-10 un kompresora izplūdes temperatūra palielinās no 200-300 °C līdz 500-600 °C, oriģinālie zemspiediena kompresoru diski un asmeņi, kas izgatavoti no alumīnija, ir jāmaina uz Titāna sakausējumu. Pēdējos gados zinātnieki ir nepārtraukti panākuši jaunu progresu titāna sakausējumu īpašību izpētē. Oriģinālajam titāna sakausējumam, kas sastāv no titāna, alumīnija un vanādija, maksimālā darba temperatūra ir no 550 °C līdz 600 °C, savukārt jaunizstrādātā titāna alumīnija (TiAl) sakausējuma maksimālā darba temperatūra ir 1040 °C. Titāna sakausējuma izmantošana nerūsējošā tērauda vietā, lai ražotu augstspiediena kompresoru diskus un asmeņus, var samazināt strukturālo svaru. Katrs 10% lidmašīnas svara samazinājums var ietaupīt 4% degvielas. Raķetei katrs 1kg svara samazinājums var palielināt 15km diapazonu.

Titāna sakausējuma apstrādes īpašību analīze

Pirmkārt, titāna sakausējumu siltumvadītspēja ir zema, tikai 1/4 tērauda, 1/13 alumīnija un 1/25 vara. Sakarā ar lēnu siltuma izkliedi griešanas zonā, tas neveicina siltuma līdzsvaru. Griešanas procesā siltuma izkliedes un dzesēšanas efekts ir ļoti slikts, un griešanas zonā ir viegli veidot augstu temperatūru. Pēc apstrādes detaļu deformācija un atsitiens ir liels, izraisot griezējinstrumenta griezes momenta palielināšanos un griezes momentu. Izturība ir samazināta. Otrkārt, titāna sakausējuma zemā siltumvadītspēja padara griešanas siltumu grūti izkliedējamu nelielā vietā pie griešanas instrumenta. Grābekļa sejas berze ir palielināta, mikroshēmu noņemšana nav vienkārša, un siltuma griešana ir grūti izkliedējama, kas paātrina instrumentu nodilumu. Visbeidzot, titāna sakausējumiem ir augsta ķīmiskā aktivitāte, un tos ir viegli reaģēt ar instrumentu materiāliem, ja tos apstrādā augstā temperatūrā, veidojot izšķīšanu un difūziju, izraisot naža uzlīmēšanu, dedzināšanu un salaušanu.