La història de les aplicacions del titani a l'aviació va començar el 1953 amb el primer ús del titani a les càpsules del motor i els tallafocs del DC-T fabricat per Douglas als Estats Units. Des d'aleshores, el titani s'ha utilitzat en avions durant gairebé 50 anys. Com que té nombroses qualitats beneficioses adequades per a aplicacions aeronàutiques, el titani s'utilitza àmpliament en l'aviació. Parlarem de la necessitat del titani en la discussió d'avui sobre els materials d'aeronaus.
1. Introducció de titani
La primera fabricació industrial d'esponges de titani, o titani, va començar només l'any 1948 quan la companyia nord-americana DuPont va fabricar tones d'esponges de titani mitjançant el procés de magnesi. A causa de la seva alta resistència específica, excel·lent resistència a la corrosió i alta resistència a la calor, l'aliatge de titani s'utilitza àmpliament en una varietat d'indústries. El titani ocupa el desè lloc en termes d'abundància a l'escorça terrestre, molt més gran que els metalls comuns com el coure, el zinc i l'estany. La sorra i l'argila són dos tipus de roques on el titani és especialment abundant.
2. les característiques del titani
Alta resistència: 1,3 vegades la de l'aliatge d'alumini, 1,6 vegades la de l'aliatge de magnesi i 3,5 vegades la de l'acer inoxidable, el campió entre els materials metàl·lics.
Alta resistència tèrmica: la temperatura d'ús és diversos centenars de graus superior a la de l'aliatge d'alumini i pot funcionar durant molt de temps a una temperatura de 450 a 500 graus.
Bona resistència a la corrosió: resistent a la corrosió àcida, àlcali i atmosfèrica, especialment forta resistència a la corrosió per picadura i tensió.
Bones propietats a baixa temperatura: l'aliatge de titani TA7 amb elements intersticials molt baixos pot mantenir un cert grau de plasticitat a -253 graus.
Alta activitat química: alta activitat química a altes temperatures, reaccionant fàcilment químicament amb impureses gasoses com l'hidrogen i l'oxigen de l'aire per produir una capa endurida.
Petita conductivitat tèrmica, petit mòdul d'elasticitat: la conductivitat tèrmica és d'aproximadament 1/4 de níquel, 1/5 de ferro i 1/14 d'alumini, mentre que la conductivitat tèrmica de diversos aliatges de titani és aproximadament un 50 per cent inferior a la del titani. El mòdul d'elasticitat dels aliatges de titani és aproximadament 1/2 del de l'acer.
3.Classificació i usos dels aliatges de titani
Aliatges resistents a la calor, aliatges d'alta resistència, aliatges resistents a la corrosió (aliatges de titani-molibdè, aliatges de titani-pal·ladi, etc.), aliatges de baixa temperatura i aliatges funcionals únics són algunes categories d'aliatges de titani segons l'ús previst ( materials d'emmagatzematge d'hidrogen titani-ferro i aliatges de memòria titani-níquel). Tot i que el titani i els seus aliatges no s'han utilitzat durant molt de temps, ja han rebut nombrosos premis importants per les seves qualitats excepcionals. A causa de la seva força, baix pes i durabilitat a altes temperatures, és especialment adequat per a la fabricació de diverses naus espacials i avions. El sector aeroespacial utilitza actualment al voltant del 75 per cent dels aliatges de titani i titani produïts a tot el món. Hi ha diversos components que abans es construïen amb aliatges de titani, però que originalment es van construir amb aliatges d'alumini.
4. l'aliatge de titani de les aplicacions aeronàutiques
L'aliatge de titani s'utilitza principalment en materials de fabricació d'avions i motors, com ara ventiladors de titani de forja, discs i pales de compressor, carenes de motor, dispositius d'escapament i altres peces, així com l'espaiador de feix de l'avió i altres peces del marc estructural. Els satèl·lits de terra artificial, els mòduls lunars, les naus espacials tripulades i els transbordadors espacials també utilitzen peces soldades amb plaques d'aliatge de titani.
El 1950 els Estats Units per primera vegada en el caça-bombarder F-84 com l'escut tèrmic posterior del fuselatge, el paravent, la capa de cua i altres components que no suporten càrrega. Els anys 60 van començar a utilitzar peces d'aliatge de titani des del fuselatge posterior fins al fuselatge, en part en lloc d'espaiadors de fabricació d'acer estructural, bigues, corredisses de solapa i altres components importants de suport de càrrega. A partir dels anys 70, els avions civils van començar a utilitzar un aliatge de titani en grans quantitats, com ara l'avió de passatgers Boeing 747 amb titani va ascendir a 3640 Més del 28 per cent del pes de l'avió. Amb el desenvolupament de la tecnologia de processament, en coets, satèl·lits artificials i naus espacials, també s'utilitza una gran quantitat d'aliatge de titani.
Com més avançat sigui l'avió, més titani s'utilitza. US F-14Un avió de caça utilitza aliatge de titani, que representa aproximadament el 25 per cent del pes de l'avió; F-15Un avió de caça per al 25,8 per cent; la quarta generació d'avions de combat nord-americans amb un 41 per cent de la quantitat de titani, el seu motor F119 amb un 39 per cent de la quantitat de titani, és actualment la quantitat més alta d'avions de titani.
5. Raons per les quals els aliatges de titani s'utilitzen en gran nombre a l'aviació
La velocitat màxima de les aeronaus modernes ha arribat a més de 2,7 vegades la velocitat del so. Un vol supersònic tan ràpid farà que l'avió es fregui contra l'aire i generi molta calor. Quan la velocitat del vol arriba a 2,2 vegades la velocitat del so, els aliatges d'alumini ja no la poden suportar. S'han d'utilitzar aliatges de titani resistents a altes temperatures.
Quan la relació empenta/pes del motor aerodinàmic augmenta de 4-6 a 8-10, la temperatura de la sortida del compressor augmenta de manera corresponent de 200-300 graus a 500-600 grau, el disc i la fulla del compressor de baixa pressió originals d'alumini s'han de canviar per un aliatge de titani.
En els darrers anys, els científics en el treball d'investigació del rendiment d'aliatges de titani continuen fent nous progressos. L'aliatge de titani original compost de titani, alumini, vanadi, la temperatura de treball més alta de 550 graus ~ 600 graus, i l'aliatge de titani alumini (TiAl) recentment desenvolupat, la temperatura de treball més alta s'ha augmentat a 1040 graus.
L'ús d'aliatges de titani en lloc d'acer inoxidable per fabricar discos i fulles de compressor d'alta pressió pot reduir el pes de l'estructura. Per cada 10 per cent de reducció de pes d'un avió, es pot aconseguir un estalvi de combustible del 4 per cent. Per als coets, cada reducció de pes d'1 kg pot augmentar l'autonomia en 15 km.
6.Anàlisi de característiques de mecanitzat d'aliatge de titani
En primer lloc, la conductivitat tèrmica de l'aliatge de titani és baixa, només 1/4 d'acer, alumini 1/13, coure 1/25. a causa de la lenta dissipació de calor a l'àrea de tall, no és propici per a l'equilibri tèrmic, en el procés de tall, la dissipació de calor i l'efecte de refrigeració són molt pobres, fàcil de formar una alta temperatura a l'àrea de tall, després de processar la deformació de les peces de rebot, resultant en l'eina de tall de parell augmentat, desgast ràpid de les vores, durabilitat reduïda.
En segon lloc, la conductivitat tèrmica de l'aliatge de titani és baixa, de manera que la calor de tall s'acumula a la petita àrea propera a l'eina de tall no és fàcil de dispersar, la fricció de la superfície de l'eina frontal augmenta, no és fàcil d'encenxar, la calor de tall no és fàcil de dispersar, accelerant desgast de l'eina. Finalment, l'activitat química de l'aliatge de titani és alta, el processament a altes temperatures és fàcil de reaccionar amb el material de l'eina, la formació de soluble, la difusió, donant lloc a un ganivet enganxós, un ganivet ardent, un ganivet trencat i altres fenòmens.
