چرا ما باید از آلیاژ تیتانیوم به عنوان ماده هواپیماهای حمل و نقل هوایی استفاده کنیم؟

1. معرفی تیتانیوم

در سال 1948 ، شرکت DuPont آمریکایی از روش منیزیم برای تولید تن اسفنج تیتانیوم استفاده کرد - این آغاز تولید صنعتی اسفنج تیتانیوم بود. آلیاژهای تیتانیوم به دلیل مقاومت ویژه بالا ، مقاومت در برابر خوردگی خوب و مقاومت در برابر حرارت زیاد ، در زمینه های مختلف مورد استفاده گسترده قرار می گیرند. تیتانیوم در پوسته&# 39 زمین به وفور یافت می شود و از نظر محتوایی در رتبه نهم قرار دارد و بسیار بالاتر از فلزات معمولی مانند مس ، روی و قلع است. تیتانیوم به طور گسترده ای در بسیاری از سنگ ها ، به ویژه شن و ماسه و رس وجود دارد.

2. ویژگی های تیتانیوم

مقاومت بالا: 1.3 برابر آلیاژ آلومینیوم ، 1.6 برابر آلیاژ منیزیم ، 3.5 برابر فولاد ضد زنگ ، قهرمان مواد فلزی.

مقاومت حرارتی بالا: دمای کار چند صد درجه بالاتر از آلیاژ آلومینیوم است و می تواند برای مدت طولانی در دمای 450 تا 500 کار کند.

مقاومت در برابر خوردگی خوب: مقاومت در برابر اسید ، مقاومت در برابر قلیایی ، مقاومت در برابر خوردگی جو ، به ویژه مقاومت شدید در برابر خوردگی حفره ای و خوردگی تنش.

عملکرد خوب در دمای پایین: آلیاژ تیتانیوم TA7 با عناصر بینابینی بسیار کم می تواند درجه خاصی از انعطاف پذیری را در -253 درجه سانتیگراد حفظ کند.

فعالیت شیمیایی بالا: فعالیت شیمیایی در دمای بالا زیاد است و به راحتی با ناخالصی های گاز مانند هیدروژن و اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و یک لایه سخت شده را تشکیل می دهد.

رسانایی گرمایی کوچک و مدول الاستیسیته کوچک است: رسانایی گرمایی حدود 1/4 نیکل ، 1/5 آهن و 14/1 آلومینیوم است. رسانایی گرمایی آلیاژهای مختلف تیتانیوم حدود 50٪ کمتر از تیتانیوم است. مدول الاستیک آلیاژ تیتانیوم تقریباً 1/2 فولاد است.

3. طبقه بندی و استفاده از آلیاژهای تیتانیوم

آلیاژهای تیتانیوم را می توان به آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ، آلیاژهای با مقاومت بالا ، آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی (آلیاژهای تیتانیوم - مولیبدن ، آلیاژهای تیتانیوم - پالادیوم و غیره) ، آلیاژهای کم دما و آلیاژهای کاربردی خاص (مواد ذخیره سازی هیدروژن تیتانیوم - آهن) تقسیم کرد. و آلیاژهای حافظه تیتانیوم-نیکل) صبر کنید. اگرچه تاریخچه تیتانیوم و آلیاژهای آن طولانی نیست ، اما به دلیل عملکرد برتر ، عناوین افتخاری بسیاری را به دست آورده است. اولین عنوان کسب شده"؛ Space Metal" ؛. وزن آن سبک ، مقاوم و در برابر دماهای بالا مقاوم است و مخصوصاً برای ساخت هواپیماها و فضاپیماهای مختلف مناسب است. در حال حاضر ، حدود سه چهارم آلیاژهای تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم تولید شده در جهان در صنعت هوافضا استفاده می شود. بسیاری از قطعاتی که در ابتدا از آلیاژهای آلومینیوم استفاده می کردند به آلیاژهای تیتانیوم تبدیل شده اند.

4. برنامه های هوافضا آلیاژهای تیتانیوم

آلیاژهای تیتانیوم عمدتا در هواپیماها و مواد ساخت موتور مانند فن های جعلی تیتانیوم ، دیسک و پره های کمپرسور ، کاپوت موتور ، دستگاه های اگزوز و سایر قطعات و همچنین قطعات قاب سازه مانند قاب های تیر هواپیما استفاده می شود. این فضاپیما عمدتا از مقاومت ویژه بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر دمای پایین آلیاژهای تیتانیوم برای ساخت مخازن تحت فشار مختلف ، مخازن سوخت ، اتصال دهنده ها ، تسمه ابزار ، قاب ها و پوسته های موشک استفاده می کند. ماهواره های زمین مصنوعی ، ماژول های ماه ، فضاپیماهای سرنشین دار و شاتل های فضایی نیز از قطعات جوش داده شده با ورق آلیاژ تیتانیوم استفاده می کنند. چرا ما باید از مواد آلیاژ تیتانیوم برای مواد هواپیماهای حمل و نقل هوایی استفاده کنیم؟ در سال 1950 ، ایالات متحده برای اولین بار از آن در بمب افکنهای جنگنده F-84 به عنوان اجزای غیر باربر مانند سپرهای حرارتی بدنه عقب ، بادگیرها و پوششهای دم استفاده کرد. از دهه 1960 ، استفاده از آلیاژ تیتانیوم از بدنه عقب به بدنه میانی منتقل شد و تا حدی جایگزین فولاد ساختاری شد تا اجزای مهم تحمل بار از قبیل سرسره ها ، تیرها و سرسره های فلپ ساخته شود. از دهه 1970 ، هواپیماهای غیرنظامی شروع به استفاده از آلیاژهای تیتانیوم در مقادیر زیاد کردند. به عنوان مثال ، هواپیمای مسافربری بوئینگ 747 بیش از 3،640 کیلوگرم تیتانیوم استفاده می کند که 28٪ از وزن هواپیمای&# 39 را تشکیل می دهد. با پیشرفت فناوری پردازش ، مقدار زیادی آلیاژ تیتانیوم در موشک ها ، ماهواره های مصنوعی و فضاپیماها نیز استفاده می شود. هرچه هواپیما پیشرفته تر باشد ، از تیتانیوم بیشتری استفاده می شود. آلیاژ تیتانیوم مورد استفاده جنگنده های آمریکایی F-14A حدود 25٪ از وزن هواپیما را تشکیل می دهد. هواپیماهای جنگنده F-15A 25.8٪ را تشکیل می دهند. جنگنده های نسل چهارم آمریکایی 41٪ تیتانیوم و موتور F119 39٪ تیتانیوم استفاده می کنند. هواپیمایی با بیشترین میزان تیتانیوم.

5. دلیل استفاده گسترده آلیاژ تیتانیوم در هواپیمایی

حداکثر سرعت هواپیماهای مدرن به بیش از 2.7 برابر سرعت صدا رسیده است. چنین پرواز سریع مافوق صوت باعث می شود هواپیما به هوا بمالد و گرمای زیادی تولید کند. وقتی سرعت پرواز به 2.2 برابر سرعت صدا می رسد ، آلیاژ آلومینیوم نمی تواند آن را تحمل کند. باید از آلیاژ تیتانیوم در دمای بالا استفاده شود. هنگامی که نسبت رانش به وزن موتور هوایی از 4-6 به 8-10 افزایش می یابد و دمای خروجی کمپرسور از 200-300 ℃ به 500-600 increases افزایش می یابد ، دیسک ها و تیغه های کمپرسور کم فشار اصلی ساخته می شوند آلومینیوم باید به آلیاژ تیتانیوم تغییر یابد. در سال های اخیر ، دانشمندان به طور مداوم در تحقیقات در مورد خواص آلیاژهای تیتانیوم پیشرفت جدیدی داشته اند. آلیاژ اصلی تیتانیوم متشکل از تیتانیوم ، آلومینیوم و وانادیوم حداکثر دمای کار را از 550 درجه سانتیگراد تا 600 درجه سانتیگراد دارد ، در حالی که آلیاژ آلومینیوم تیتانیوم (TiAl) که به تازگی تولید شده است دارای حداکثر دمای کار 1040 درجه سانتیگراد است. استفاده از آلیاژ تیتانیوم به جای فولاد ضد زنگ برای تولید دیسک ها و پره های کمپرسور فشار بالا می تواند وزن سازه را کاهش دهد. هر 10٪ کاهش وزن هواپیما می تواند 4٪ در سوخت صرفه جویی کند. برای موشک ، هر 1 کیلوگرم کاهش وزن می تواند برد 15 کیلومتر را افزایش دهد.

6. تجزیه و تحلیل مشخصات ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم

اولاً ، رسانایی گرمایی آلیاژهای تیتانیوم کم است ، فقط 1/4 فولاد ، 13/1 آلومینیوم و 25/1 مس است. به دلیل اتلاف آرام گرما در منطقه برش ، برای تعادل گرما مناسب نیست. در طی فرایند برش ، اثر اتلاف گرما و خنک سازی بسیار ضعیف است و تشکیل دمای بالا در منطقه برش آسان است. پس از پردازش ، تغییر شکل و برگشت قطعات زیاد است ، باعث می شود که گشتاور ابزار برش افزایش یابد و لبه برش سریع سایش شود. دوام کاهش می یابد. ثانیا ، هدایت حرارتی کم آلیاژ تیتانیوم باعث می شود که گرمای برش در یک منطقه کوچک نزدیک به ابزار برش ، پراکنده شود. اصطکاک صورت چنگک افزایش می یابد ، از بین بردن تراشه آسان نیست و گرمای برش به سختی از بین می رود ، که این باعث سایش ابزار می شود. سرانجام ، آلیاژهای تیتانیوم دارای فعالیت شیمیایی بالایی هستند و در صورت پردازش در دمای بالا ، ایجاد انحلال و انتشار ، ایجاد چسبندگی ، سوختن و شکستن چاقو ، با مواد ابزار واکنش آسان دارند.