Titano panaudojimo aviacijoje istorija prasidėjo 1953 m., kai pirmą kartą titanas buvo panaudotas JAV „Douglas“ gaminamo DC-T variklių blokuose ir ugniasienėse. Nuo to laiko titanas orlaiviuose buvo naudojamas beveik 50 metų. Kadangi jis turi daug naudingų savybių, tinkamų naudoti orlaiviuose, titanas plačiai naudojamas aviacijoje. Šiandienos diskusijoje apie orlaivių medžiagas aptarsime titano poreikį.
1.Titano įvedimas
Pirmoji pramoninė titano kempinės arba titano gamyba prasidėjo tik 1948 m., kai JAV kompanija „DuPont“ pagamino tonas titano kempinės, naudodama magnio procesą. Dėl didelio specifinio stiprumo, puikaus atsparumo korozijai ir didelio atsparumo karščiui titano lydinys yra plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose. Titanas užima dešimtą vietą pagal gausumą žemės plutoje, daug daugiau nei paprastų metalų, tokių kaip varis, cinkas ir alavas. Smėlis ir molis yra dviejų tipų uolienos, kuriose ypač gausu titano.
2. titano charakteristikos
Didelis stiprumas: 1,3 karto didesnis nei aliuminio lydinio, 1,6 karto didesnis nei magnio lydinio ir 3,5 karto didesnis nei nerūdijančio plieno, metalo medžiagų čempiono.
Didelis šiluminis stiprumas: naudojimo temperatūra yra keliais šimtais laipsnių aukštesnė nei aliuminio lydinio ir ilgą laiką gali veikti 450–500 laipsnių temperatūroje.
Geras atsparumas korozijai: atsparus rūgščių, šarmų ir atmosferos korozijai, ypač stiprus atsparumas taškinei ir įtempių korozijai.
Geros savybės žemoje temperatūroje: titano lydinys TA7 su labai mažais tarpinių elementų gali išlaikyti tam tikrą plastiškumo laipsnį esant -253 laipsniui.
Didelis cheminis aktyvumas: didelis cheminis aktyvumas aukštoje temperatūroje, lengvai chemiškai reaguoja su ore esančiomis dujinėmis priemaišomis, tokiomis kaip vandenilis ir deguonis, kad susidarytų sukietėjęs sluoksnis.
Mažas šilumos laidumas, mažas elastingumo modulis: šilumos laidumas yra apie 1/4 nikelio, 1/5 geležies ir 1/14 aliuminio, o įvairių titano lydinių šilumos laidumas yra apie 50 procentų mažesnis nei titano. Titano lydinių tamprumo modulis yra maždaug 1/2 plieno.
3. Titano lydinių klasifikacija ir panaudojimas
Karščiui atsparūs lydiniai, didelio stiprumo lydiniai, korozijai atsparūs lydiniai (titano ir molibdeno lydiniai, titano ir paladžio lydiniai ir kt.), žemos temperatūros lydiniai ir unikalūs funkciniai lydiniai yra kai kurios titano lydinių kategorijos, atsižvelgiant į jų paskirtį ( titano ir geležies vandenilio saugojimo medžiagos ir titano ir nikelio atminties lydiniai). Nepaisant to, kad titanas ir jo lydiniai nebuvo naudojami labai ilgą laiką, jie jau yra apdovanoti daugybe didelių apdovanojimų už savo išskirtines savybes. Dėl savo tvirtumo, mažo svorio ir atsparumo aukštai temperatūrai jis ypač tinka įvairių erdvėlaivių ir lėktuvų gamybai. Aviacijos ir kosmoso sektoriuje šiuo metu naudojama apie 75 procentus visame pasaulyje pagaminamo titano ir titano lydinių. Yra keletas komponentų, kurie anksčiau buvo pagaminti iš titano lydinių, bet iš pradžių buvo pagaminti iš aliuminio lydinių.
4. titano lydinys, naudojamas aviacijoje
Titano lydinys daugiausia naudojamas orlaivių ir variklių gamybos medžiagose, tokiose kaip kalti titano ventiliatoriai, kompresorių diskai ir mentės, variklio gaubtai, išmetimo įtaisai ir kitos dalys, taip pat orlaivio sijos tarpiklis ir kitos konstrukcinės karkaso dalys. Dirbtiniai žemės palydovai, mėnulio moduliai, pilotuojami erdvėlaiviai ir erdvėlaiviai taip pat naudoja titano lydinio plokštėmis suvirintas dalis.
1950 m. JAV pirmą kartą F-84 naikintuvo bombonešyje kaip galinio fiuzeliažo šilumos skydas, vėjo skydas, uodegos gaubtas ir kiti nelaikantys komponentai. 60-aisiais pradėtos naudoti titano lydinio dalys nuo galinio fiuzeliažo iki fiuzeliažo, iš dalies vietoj konstrukcinio plieno gamybos tarpiklio, sijos, sklendės slydimo ir kitų svarbių laikančiųjų komponentų. Nuo aštuntojo dešimtmečio civiliniai orlaiviai pradėjo naudoti titano lydinį dideliais kiekiais, pvz., Boeing 747 keleiviniai orlaiviai su titano sudarė 3640 Daugiau nei 28 procentus orlaivio svorio. Tobulėjant apdorojimo technologijoms, raketose, dirbtiniuose palydovuose ir erdvėlaiviuose taip pat buvo naudojamas daug titano lydinio.
Kuo pažangesnis orlaivis, tuo daugiau sunaudojama titano. JAV F{0}}naikintuvuose naudojamas titano lydinys, kuris sudaro apie 25 procentus orlaivio svorio; F-15Naikintuvas už 25,8 proc.; ketvirtos kartos JAV naikintuvai, kuriuose 41 procentas titano, jo F119 variklis su 39 procentais titano kiekio, šiuo metu yra didžiausias titano kiekis.
5. Priežastys, kodėl aviacijoje titano lydiniai naudojami daug
Didžiausias šiuolaikinių orlaivių plaukimo greitis pasiekė daugiau nei 2,7 karto didesnį garso greitį. Toks greitas viršgarsinis skrydis privers orlaivį trintis į orą ir generuoti daug šilumos. Kai skrydžio greitis pasiekia 2,2 karto didesnį nei garso greitis, aliuminio lydiniai jo nebeatlaiko. Turi būti naudojami aukštai temperatūrai atsparūs titano lydiniai.
Kai aviacinio variklio traukos ir svorio santykis padidinamas nuo 4-6 iki 8-10, kompresoriaus išleidimo angos temperatūra atitinkamai padidinama nuo 200-300 laipsnio iki 500-600 laipsnį, originalus žemo slėgio kompresoriaus diskas ir mentė, pagaminti iš aliuminio, turi būti pakeisti į titano lydinį.
Pastaraisiais metais mokslininkai, tiriantys titano lydinio efektyvumą, toliau daro pažangą. Originalus titano lydinys, sudarytas iš titano, aliuminio, vanadžio, aukščiausia 550–600 laipsnių darbinė temperatūra ir naujai sukurto titano aliuminio (TiAl) lydinio, aukščiausia darbinė temperatūra padidinta iki 1040 laipsnių.
Titano lydinių naudojimas vietoj nerūdijančio plieno aukšto slėgio kompresoriaus diskams ir mentėms gaminti gali sumažinti konstrukcijos svorį. Sumažėjus 10 procentų orlaivio svorio, galima sutaupyti 4 procentus degalų. Raketų atveju kiekvienas svorio sumažinimas 1 kg gali padidinti atstumą 15 km.
6.titano lydinio apdirbimo charakteristikų analizė
Visų pirma, titano lydinio šilumos laidumas mažas, tik 1/4 plieno, aliuminio 1/13, vario 1/25. dėl lėto šilumos išsklaidymo pjovimo srityje, nepadeda išlaikyti šiluminio balanso, pjovimo procese šilumos išsklaidymo ir aušinimo efektas yra labai prastas, lengvai susidaro aukšta temperatūra pjovimo srityje, po apdorojimo dalys deformuojasi, todėl padidinto sukimo momento pjovimo įrankyje greitai nusidėvi kraštai, sumažėja patvarumas.
Antra, titano lydinio šilumos laidumas yra mažas, todėl pjovimo šiluma kaupiasi mažame plote šalia pjovimo įrankio nėra lengva išsklaidyti, padidėja priekinio įrankio paviršiaus trintis, nėra lengva susmulkinti, pjovimo šilumą nėra lengva išsklaidyti, greitėja. įrankių nusidėvėjimas. Galiausiai, titano lydinio cheminis aktyvumas yra didelis, apdorojimas aukštoje temperatūroje lengvai reaguoja su įrankio medžiaga, susidaro tirpi medžiaga, difuzija, dėl ko susidaro lipnus peilis, degantis peilis, sulūžęs peilis ir kiti reiškiniai.
