Perché le leghe di titanio sono necessarie per i materiali aerospaziali?

Il titanio e l'aviazione hanno un rapporto indissolubile. 1953, l'utilizzo del titanio nelle capsule motore e nei firewall dell'aereo DC-T prodotto dalla statunitense Douglas Company, aprendo così la storia delle applicazioni aerospaziali del titanio. Da allora, il titanio è stato utilizzato nell'aviazione per più di mezzo secolo. Il titanio può essere ampiamente utilizzato nell'aviazione perché ha molte proprietà preziose adatte per applicazioni aeronautiche. Oggi parleremo del motivo per cui i materiali aeronautici devono utilizzare la lega di titanio.

Innanzitutto, l'introduzione del titanio

Nel 1948, la DuPont negli Stati Uniti produsse tonnellate di spugna di titanio solo con il metodo del magnesio: questo segna l'inizio della produzione industriale di spugna di titanio. La lega di titanio è ampiamente utilizzata in vari campi grazie alla sua elevata resistenza, buona resistenza alla corrosione, resistenza al calore e altre caratteristiche.

Il titanio è abbondante nella crosta terrestre, classificandosi al nono posto in termini di contenuto, molto più alto di rame, zinco, stagno e altri metalli comuni. Il titanio si trova ampiamente in molte rocce, soprattutto nella sabbia e nell'argilla.

In secondo luogo, le caratteristiche del titanio

Elevata resistenza: 1,3 volte quella della lega di alluminio, 1,6 volte quella della lega di magnesio, 3,5 volte quella dell'acciaio inossidabile, materiali metallici .

Elevata resistenza termica: l'uso della temperatura è di diverse centinaia di gradi superiore rispetto alla lega di alluminio, può essere a una temperatura di 450 ~ 500 gradi per lavori a lungo termine.

Buona resistenza alla corrosione: resistenza alla corrosione acida, alcalina e atmosferica, particolarmente forte resistenza alla vaiolatura e alla tensocorrosione.

Buone prestazioni a bassa temperatura: la lega di titanio TA7 con elementi interstiziali molto bassi può mantenere un certo grado di plasticità a -253 gradi.

Elevata attività chimica: elevata attività chimica ad alte temperature, reagisce facilmente chimicamente con idrogeno, ossigeno e altre impurità gassose nell'aria per generare uno strato indurito.

Piccola conduttività termica, piccolo modulo di elasticità: la conduttività termica è circa 1/4 del nichel, 1/5 del ferro, 1/14 dell'alluminio e varie leghe di titanio hanno una conduttività termica di circa il 50% inferiore a quella del titanio. Il modulo di elasticità della lega di titanio è circa 1/2 di quello dell'acciaio.

In terzo luogo, la classificazione e l'uso della lega di titanio

Le leghe di titanio possono essere suddivise in: leghe resistenti al calore, leghe ad alta resistenza, leghe resistenti alla corrosione (titanio - molibdeno, leghe titanio - palladio, ecc.), leghe a bassa temperatura, nonché leghe funzionali speciali (titanio - ferro materiali per lo stoccaggio dell'idrogeno e leghe a memoria di titanio-nichel) e così via.

Sebbene il titanio e le sue leghe non siano più utilizzati da molto tempo, sono stati insigniti di numerosi titoli onorevoli per le loro eccezionali prestazioni. Il primo è "space metal". La sua leggerezza, l'elevata robustezza e la resistenza alle alte temperature lo rendono particolarmente adatto alla produzione di aeroplani e vari veicoli spaziali. Attualmente, circa tre quarti del titanio e delle leghe di titanio prodotti nel mondo vengono utilizzati nell’industria aerospaziale. Molte delle parti originali in lega di alluminio sono state modificate in lega di titanio.

In quarto luogo, l'applicazione aeronautica della lega di titanio

La lega di titanio viene utilizzata principalmente per materiali di produzione di aeromobili e motori, come forgiatura di ventole in titanio, dischi e pale ad aria pressurizzata, coperture del motore, dispositivi di scarico e altre parti, nonché il telaio a travi di grandi dimensioni dell'aereo e altre parti strutturali del telaio. I veicoli spaziali utilizzano principalmente leghe di titanio ad alta resistenza, resistenza alla corrosione e resistenza alle basse temperature per produrre una varietà di recipienti a pressione, serbatoi di stoccaggio del carburante, elementi di fissaggio, cinghie di strumenti, telai e gusci di razzi. Anche i satelliti terrestri artificiali, i moduli lunari, le astronavi con equipaggio e le navette spaziali utilizzano piastre saldate in lega di titanio.

Nel 1950, gli Stati Uniti nel cacciabombardiere F-84 utilizzato come scudo termico posteriore della fusoliera, parabrezza, cofano di coda e altri componenti non portanti. Negli anni '60 iniziò l'uso di leghe di titanio dalla fusoliera posteriore a quella centrale, in parte al posto dell'acciaio strutturale per la produzione di telai distanziatori, travi, flap, guide di scorrimento e altri importanti componenti portanti. Negli anni '70, gli aerei civili iniziarono ad utilizzare leghe di titanio in grandi quantità, ad esempio la quantità di titanio nell'aereo passeggeri Boeing 747 ammontava a 3640 chilogrammi di titanio. Oltre il 28% del peso della macchina. Con lo sviluppo della tecnologia di lavorazione, nei razzi, nei satelliti e nei veicoli spaziali, sono state utilizzate anche un gran numero di leghe di titanio.

Quanto più grande è l'aereo, tanto più titanio viene utilizzato. US F-14Un caccia che utilizza lega di titanio, che rappresenta circa il 25% del peso della macchina; F-15Un combattente per il 25,8%; Il caccia statunitense di quarta generazione con una quantità di titanio pari al 41% del motore F119 con una quantità di titanio pari al 39%, attualmente utilizza una quantità di titanio su velivoli alti.

Tradotto con www.DeepL.com/Translator (versione gratuita)

Il titanio e l'aviazione hanno un rapporto indissolubile. 1953, l'utilizzo del titanio nelle capsule motore e nei firewall dell'aereo DC-T prodotto dalla statunitense Douglas Company, aprendo così la storia delle applicazioni aerospaziali del titanio. Da allora, il titanio è stato utilizzato nell'aviazione per più di mezzo secolo. Il titanio può essere ampiamente utilizzato nell'aviazione perché ha molte proprietà preziose adatte per applicazioni aeronautiche. Oggi parleremo del motivo per cui i materiali aeronautici devono utilizzare la lega di titanio.

Innanzitutto, l'introduzione del titanio

Nel 1948, la DuPont negli Stati Uniti produsse tonnellate di spugna di titanio solo con il metodo del magnesio: questo segna l'inizio della produzione industriale di spugna di titanio. La lega di titanio è ampiamente utilizzata in vari campi grazie alla sua elevata resistenza, buona resistenza alla corrosione, resistenza al calore e altre caratteristiche.

Il titanio è abbondante nella crosta terrestre, classificandosi al nono posto in termini di contenuto, molto più alto di rame, zinco, stagno e altri metalli comuni. Il titanio si trova ampiamente in molte rocce, soprattutto nella sabbia e nell'argilla.

In secondo luogo, le caratteristiche del titanio

Elevata resistenza: 1,3 volte quella della lega di alluminio, 1,6 volte quella della lega di magnesio, 3,5 volte quella dell'acciaio inossidabile, materiali metallici .

Elevata resistenza termica: l'uso della temperatura è di diverse centinaia di gradi superiore rispetto alla lega di alluminio, può essere a una temperatura di 450 ~ 500 gradi per lavori a lungo termine.

Buona resistenza alla corrosione: resistenza alla corrosione acida, alcalina e atmosferica, particolarmente forte resistenza alla vaiolatura e alla tensocorrosione.

Buone prestazioni a bassa temperatura: la lega di titanio TA7 con elementi interstiziali molto bassi può mantenere un certo grado di plasticità a -253 gradi.

Elevata attività chimica: elevata attività chimica ad alte temperature, reagisce facilmente chimicamente con idrogeno, ossigeno e altre impurità gassose nell'aria per generare uno strato indurito.

Piccola conduttività termica, piccolo modulo di elasticità: la conduttività termica è circa 1/4 del nichel, 1/5 del ferro, 1/14 dell'alluminio e varie leghe di titanio hanno una conduttività termica di circa il 50% inferiore a quella del titanio. Il modulo di elasticità della lega di titanio è circa 1/2 di quello dell'acciaio.

In terzo luogo, la classificazione e l'uso della lega di titanio

Le leghe di titanio possono essere suddivise in: leghe resistenti al calore, leghe ad alta resistenza, leghe resistenti alla corrosione (titanio - molibdeno, leghe titanio - palladio, ecc.), leghe a bassa temperatura, nonché leghe funzionali speciali (titanio - ferro materiali per lo stoccaggio dell'idrogeno e leghe a memoria di titanio-nichel) e così via.

Sebbene il titanio e le sue leghe non siano più utilizzati da molto tempo, sono stati insigniti di numerosi titoli onorevoli per le loro eccezionali prestazioni. Il primo è "space metal". La sua leggerezza, l'elevata robustezza e la resistenza alle alte temperature lo rendono particolarmente adatto alla produzione di aeroplani e vari veicoli spaziali. Attualmente, circa tre quarti del titanio e delle leghe di titanio prodotti nel mondo vengono utilizzati nell’industria aerospaziale. Molte delle parti originali in lega di alluminio sono state modificate in lega di titanio.

In quarto luogo, l'applicazione aeronautica della lega di titanio

La lega di titanio viene utilizzata principalmente per materiali di produzione di aeromobili e motori, come forgiatura di ventole in titanio, dischi e pale ad aria pressurizzata, coperture del motore, dispositivi di scarico e altre parti, nonché il telaio a travi di grandi dimensioni dell'aereo e altre parti strutturali del telaio. I veicoli spaziali utilizzano principalmente leghe di titanio ad alta resistenza, resistenza alla corrosione e resistenza alle basse temperature per produrre una varietà di recipienti a pressione, serbatoi di stoccaggio del carburante, elementi di fissaggio, cinghie di strumenti, telai e gusci di razzi. Anche i satelliti terrestri artificiali, i moduli lunari, le astronavi con equipaggio e le navette spaziali utilizzano piastre saldate in lega di titanio.

Nel 1950, gli Stati Uniti nel cacciabombardiere F-84 utilizzato come scudo termico posteriore della fusoliera, parabrezza, cofano di coda e altri componenti non portanti. Negli anni '60 iniziò l'uso di leghe di titanio dalla fusoliera posteriore a quella centrale, in parte al posto dell'acciaio strutturale per la produzione di telai distanziatori, travi, flap, guide di scorrimento e altri importanti componenti portanti. Negli anni '70, gli aerei civili iniziarono ad utilizzare leghe di titanio in grandi quantità, ad esempio la quantità di titanio nell'aereo passeggeri Boeing 747 ammontava a 3640 chilogrammi di titanio. Oltre il 28% del peso della macchina. Con lo sviluppo della tecnologia di lavorazione, nei razzi, nei satelliti e nei veicoli spaziali, sono state utilizzate anche un gran numero di leghe di titanio.

Quanto più grande è l'aereo, tanto più titanio viene utilizzato. US F-14Un caccia che utilizza lega di titanio, che rappresenta circa il 25% del peso della macchina; F-15Un combattente per il 25,8%; Il caccia statunitense di quarta generazione con una quantità di titanio pari al 41% del motore F119 con una quantità di titanio pari al 39%, attualmente utilizza una quantità di titanio su velivoli alti.

V. Le leghe di titanio nel settore aeronautico hanno numerosi motivi di applicazione

Navigazione aerea moderna L'alta velocità ha raggiunto 2,7 volte la velocità del suono. Un volo supersonico così veloce creerà attrito tra l'aereo e l'aria e produrrà molto calore. Quando la velocità di volo raggiunge 2,2 volte la velocità del suono, la lega di alluminio non può resistere. È necessario utilizzare una lega di titanio resistente al calore.

Quando il rapporto spinta-peso del motore aeronautico da 4 a 6 è aumentato da 8 a 10, la temperatura di uscita del gas pressurizzato è aumentata corrispondentemente da 200 a 300 gradi a 500 a 600 gradi, i dischi e le pale del gas pressurizzato a bassa pressione originali realizzati dell'alluminio deve essere sostituito con una lega di titanio.

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno lavorato sulla performance della ricerca sulle leghe di titanio e hanno fatto costantemente nuovi progressi. La composizione originale di titanio, alluminio, lega di titanio e vanadio, alta temperatura di esercizio di 550 gradi ~ 600 gradi e la nuova lega di titanio e alluminio (TiAl), alta temperatura di esercizio è aumentata a 1040 gradi.

La lega di titanio anziché l'acciaio inossidabile per la produzione del disco e della pala del compressore ad alta pressione può ridurre il peso strutturale. Gli aerei possono risparmiare il 4% di carburante per ogni riduzione del peso del 10%. Per i razzi, ogni riduzione di peso di 1 kg può aumentare la portata di 15 km.

Sei, analisi delle caratteristiche di lavorazione della lega di titanio

Innanzitutto la bassa conduttività termica della lega di titanio, solo 1/4 dell'acciaio, 1/13 dell'alluminio, 1/25 del rame, a causa della lenta dissipazione del calore nella zona di taglio, che non favorisce l'equilibrio termico, nel processo di taglio , la dissipazione del calore e l'effetto di raffreddamento sono molto scarsi, è facile che si formi una temperatura elevata nella zona di taglio, la deformazione delle parti dopo il rimbalzo della lavorazione, con conseguente aumento della coppia sull'utensile da taglio, usura rapida del bordo del bordo e durabilità ridotta.

In secondo luogo, la bassa conduttività termica della lega di titanio, per cui il calore di taglio accumulato nel coltello da taglio vicino all'area piccola non è facile da diffondere, l'attrito della faccia anteriore aumenta, non è facile da scheggiare, il calore di taglio non è facile da eliminare diffondere, accelerare l'usura degli utensili. Successivamente, l'attività chimica della lega di titanio è elevata, la lavorazione ad alte temperature è facile da reagire con il materiale dell'utensile, la formazione di dissoluzione, diffusione, con conseguente coltello che si attacca, coltello che brucia, coltello rotto e altri fenomeni.

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V. Le leghe di titanio nel settore aeronautico hanno numerosi motivi di applicazione

Navigazione aerea moderna L'alta velocità ha raggiunto 2,7 volte la velocità del suono. Un volo supersonico così veloce creerà attrito tra l'aereo e l'aria e produrrà molto calore. Quando la velocità di volo raggiunge 2,2 volte la velocità del suono, la lega di alluminio non può resistere. È necessario utilizzare una lega di titanio resistente al calore.

Quando il rapporto spinta-peso del motore aeronautico da 4 a 6 è aumentato da 8 a 10, la temperatura di uscita del gas pressurizzato è aumentata corrispondentemente da 200 a 300 gradi a 500 a 600 gradi, i dischi e le pale del gas pressurizzato a bassa pressione originali realizzati dell'alluminio deve essere sostituito con una lega di titanio.

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno lavorato sulla performance della ricerca sulle leghe di titanio e hanno fatto costantemente nuovi progressi. La composizione originale di titanio, alluminio, lega di titanio e vanadio, alta temperatura di esercizio di 550 gradi ~ 600 gradi e la nuova lega di titanio e alluminio (TiAl), alta temperatura di esercizio è aumentata a 1040 gradi.

La lega di titanio anziché l'acciaio inossidabile per la produzione del disco e della pala del compressore ad alta pressione può ridurre il peso strutturale. Gli aerei possono risparmiare il 4% di carburante per ogni riduzione del peso del 10%. Per i razzi, ogni riduzione di peso di 1 kg può aumentare la portata di 15 km.

Sei, analisi delle caratteristiche di lavorazione della lega di titanio

Innanzitutto la bassa conduttività termica della lega di titanio, solo 1/4 dell'acciaio, 1/13 dell'alluminio, 1/25 del rame, a causa della lenta dissipazione del calore nella zona di taglio, che non favorisce l'equilibrio termico, nel processo di taglio , la dissipazione del calore e l'effetto di raffreddamento sono molto scarsi, è facile che si formi una temperatura elevata nella zona di taglio, la deformazione delle parti dopo il rimbalzo della lavorazione, con conseguente aumento della coppia sull'utensile da taglio, usura rapida del bordo del bordo e durabilità ridotta.

In secondo luogo, la bassa conduttività termica della lega di titanio, per cui il calore di taglio accumulato nel coltello da taglio vicino all'area piccola non è facile da diffondere, l'attrito della faccia anteriore aumenta, non è facile da scheggiare, il calore di taglio non è facile da eliminare diffondere, accelerare l'usura degli utensili. Successivamente, l'attività chimica della lega di titanio è elevata, la lavorazione ad alte temperature è facile da reagire con il materiale dell'utensile, la formazione di dissoluzione, diffusione, con conseguente coltello che si attacca, coltello che brucia, coltello rotto e altri fenomeni.