Mengapa Kita Perlu Menggunakan Aloi Titanium Sebagai Bahan Pesawat Pengangkutan Udara?

1. Pengenalan Titanium

Pada tahun 1948, Syarikat DuPont Amerika menggunakan kaedah magnesium untuk menghasilkan tan span titanium-ini menandakan permulaan pengeluaran perindustrian span titanium. Aloi Titanium digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang kerana kekuatan khusus mereka yang tinggi, rintangan kakisan yang baik, dan rintangan haba yang tinggi.　　 Titanium banyak terdapat dalam kerak bumi, kedudukan kesembilan dalam kandungan, jauh lebih tinggi daripada logam biasa seperti tembaga, zink, dan timah. Titanium hadir secara meluas di banyak batu, terutamanya pasir dan tanah liat.

2.Ciri-ciri titanium

Kekuatan tinggi: 1.3 kali aloi aluminium, 1.6 kali aloi magnesium, 3.5 kali keluli tahan karat, juara antara bahan logam.

Kekuatan haba yang tinggi: Suhu operasi adalah beberapa ratus darjah lebih tinggi daripada aloi aluminium, dan ia boleh bekerja untuk masa yang lama pada suhu 450 hingga 500 °C.

Rintangan kakisan yang baik: rintangan asid, rintangan alkali, rintangan kakisan atmosfera, terutamanya rintangan yang kuat terhadap kakisan lubang dan kakisan tekanan.

Prestasi suhu rendah yang baik: Aloi Titanium TA7 dengan unsur-unsur interstitial yang sangat rendah boleh mengekalkan tahap tertentu plastik pada -253°C.

Aktiviti kimia yang tinggi: Aktiviti kimia adalah tinggi pada suhu tinggi, dan ia mudah bertindak balas dengan kekotoran gas seperti hidrogen dan oksigen di udara untuk membentuk lapisan keras.

Kekonduksian haba adalah kecil dan modulus keanjalan adalah kecil: kekonduksian haba adalah kira-kira 1/4 nikel, 1/5 besi, dan 1/14 aluminium. Kekonduksian terma pelbagai aloi titanium adalah kira-kira 50% lebih rendah daripada titanium. Modulus anjal aloi titanium adalah kira-kira 1/2 daripada keluli.

3.Klasifikasi dan penggunaan aloi titanium

Aloi titanium boleh dibahagikan kepada aloi tahan haba, aloi kekuatan tinggi, aloi tahan kakisan (titanium-molybdenum, aloi titanium-palladium, dan lain-lain), aloi suhu rendah, dan aloi berfungsi khas (bahan penyimpanan hidrogen titanium-besi dan aloi memori titanium-nikel) Tunggu.　　 Walaupun sejarah titanium dan aloinya tidak lama, tetapi kerana prestasinya yang unggul, ia telah memenangi banyak gelaran yang terhormat. Gelaran pertama yang dimenangi ialah "Logam Angkasa". Ia ringan dalam berat badan, kuat dan tahan suhu tinggi, dan sangat sesuai untuk pembuatan pesawat dan pelbagai kapal angkasa. Pada masa ini, kira-kira tiga perempat daripada aloi titanium dan titanium yang dihasilkan di dunia digunakan dalam industri aeroangkasa. Banyak bahagian yang pada asalnya digunakan aloi aluminium telah berubah kepada aloi titanium.

4.Aplikasi aeroangkasa aloi titanium

Aloi titanium kebanyakannya digunakan dalam bahan pembuatan pesawat dan enjin, seperti kipas titanium palsu, cakera pemampat dan bilah, tudung enjin, peranti ekzos dan bahagian lain, serta bahagian bingkai struktur seperti bingkai girder pesawat. Kapal angkasa terutamanya menggunakan kekuatan khusus yang tinggi, rintangan kakisan dan rintangan suhu rendah aloi titanium untuk mengeluarkan pelbagai kapal tekanan, tangki bahan api, pengikat, tali instrumen, bingkai dan cengkerang roket. Satelit bumi tiruan, modul lunar, kapal angkasa manned dan perkhidmatan ulang-alik angkasa juga menggunakan alat cadar aloi titanium yang dikimpal.　　Mengapa kita perlu menggunakan aloi titanium untuk bahan pesawat pengangkutan udara?　　 Pada tahun 1950, Amerika Syarikat menggunakannya buat kali pertama pada pesawat pejuang F-84 sebagai komponen bukan pembawa beban seperti perisai haba fiuslaj belakang, pemesong angin, dan penutup ekor. Sejak tahun 1960-an, penggunaan aloi titanium telah berpindah dari fiuslaj belakang kepada fiuslaj tengah, sebahagiannya menggantikan keluli struktur untuk membuat komponen penting beban seperti bulkheads, rasuk, dan slaid flap. Sejak tahun 1970-an, pesawat awam mula menggunakan aloi titanium dalam kuantiti yang banyak. Sebagai contoh, pesawat penumpang Boeing 747 menggunakan lebih daripada 3,640 kilogram titanium, yang menyumbang 28% daripada berat pesawat. Dengan perkembangan teknologi pemprosesan, sejumlah besar aloi titanium juga digunakan dalam roket, satelit buatan dan kapal angkasa. Semakin maju pesawat, semakin banyak titanium digunakan. Aloi titanium yang digunakan oleh jet pejuang F-14A Amerika menyumbang kira-kira 25% daripada berat pesawat; jet pejuang F-15A menyumbang 25.8%; jet pejuang Amerika generasi keempat menggunakan 41% titanium, dan enjin F119 menggunakan 39% titanium. Pesawat dengan jumlah titanium tertinggi.

5.Sebab mengapa aloi titanium digunakan secara meluas dalam penerbangan

Kelajuan tertinggi pesawat moden telah mencapai lebih daripada 2.7 kali kelajuan bunyi. Penerbangan supersonik yang pantas itu akan menyebabkan pesawat itu gosok terhadap udara dan menjana banyak haba. Apabila kelajuan penerbangan mencapai 2.2 kali kelajuan bunyi, aloi aluminium tidak dapat menahannya. Aloi titanium tahan suhu tinggi mesti digunakan. Apabila nisbah tujahan kepada berat enjin aero meningkat dari 4-6 kepada 8-10, dan suhu kedai pemampat meningkat dari 200-300°C kepada 500-600°C, cakera pemampat tekanan rendah asal dan bilah yang diperbuat daripada aluminium mesti ditukar kepada Titanium alloy Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, para saintis telah terus membuat kemajuan baru dalam penyelidikan mengenai sifat-sifat aloi titanium. Aloi titanium asal terdiri daripada titanium, aluminium, dan vanadium mempunyai suhu operasi maksimum 550°C hingga 600°C, manakala aloi titanium aluminium (TiAl) yang baru dibangunkan mempunyai suhu operasi maksimum 1040°C. Menggunakan aloi titanium dan bukannya keluli tahan karat untuk mengeluarkan cakera pemampat tekanan tinggi dan bilah boleh mengurangkan berat struktur. Setiap 10% pengurangan berat badan pesawat boleh menjimatkan 4% bahan api. Bagi roket, setiap pengurangan berat badan 1kg boleh meningkatkan julat 15km.

6.Analisis ciri-ciri pemesinan aloi titanium

Pertama, kekonduksian haba aloi titanium adalah rendah, hanya 1/4 keluli, 1/13 aluminium, dan 1/25 tembaga. Oleh kerana disippan haba yang perlahan di zon memotong, ia tidak kondusif untuk keseimbangan haba. Semasa proses memotong, disippan haba dan kesan penyejukan adalah sangat miskin, dan mudah untuk membentuk suhu tinggi di zon memotong. Selepas pemprosesan, ubah bentuk dan pemulihan bahagian-bahagian yang besar, menyebabkan tork alat memotong untuk meningkat dan kelebihan memotong memakai cepat. Ketahanan dikurangkan. Kedua, kekelirian haba aloi titanium yang rendah membuatkan haba memotong sukar untuk disiplitkan di kawasan kecil berhampiran alat memotong. Geseran muka raih meningkat, penyingkiran cip tidak mudah, dan memotong haba sukar untuk menghilangkan, yang mempercepatkan haus alat. Akhirnya, aloi titanium mempunyai aktiviti kimia yang tinggi dan mudah bertindak balas dengan bahan alat apabila diproses pada suhu tinggi, membentuk pembubaran dan penyebar, menyebabkan melekat, membakar, dan memecahkan pisau.