Pourquoi les alliages de titane sont-ils nécessaires aux matériaux aérospatiaux?

Le titane et l'aviation ont une relation indissoluble. 1953, aux États-Unis, Douglas Production de pods de moteur DC-T Machine et de pare-feu pour la première fois sur l'utilisation du titane, ouvrant ainsi l'histoire des applications d'aviation en titane. Depuis lors, le titane est utilisé dans l'aviation depuis plus d'un demi-siècle. Le titane peut être largement utilisé dans l'aviation car il possède de nombreuses propriétés précieuses adaptées aux applications d'avion. Aujourd'hui, nous expliquerons pourquoi les matériaux d'aviation doivent utiliser l'alliage de titane.

Tout d'abord, l'introduction du titane

En 1948, les États-Unis Dupont uniquement avec la méthode de magnésium des tonnes de production d'éponge en titane - cela marque le début de la production industrielle d'éponge en titane qui titane. L'alliage de titane est largement utilisé dans divers domaines en raison de sa forte résistance, de sa bonne résistance à la corrosion, de sa résistance à la chaleur et de ses autres caractéristiques.

Le titane est abondant dans la croûte terrestre, se classant neuvième en contenu, beaucoup plus élevé que le cuivre, le zinc, l'étain et d'autres métaux communs. Le titane se trouve largement dans de nombreuses rochers, en particulier dans le sable et l'argile.

Deuxièmement, les caractéristiques du titane

Haute résistance: 1,3 fois celle de l'alliage d'aluminium, 1,6 fois celle de l'alliage de magnésium, 3,5 fois celle de l'acier inoxydable, le champion des matériaux métalliques.

Force thermique élevée: l'utilisation de la température est de plusieurs centaines de degrés plus élevée que l'alliage d'aluminium, peut être dans la température de 450 à 500 ℃ pour les travaux à long terme.

Bonne résistance à la corrosion: résistance à l'acide, aux alcalins et à la corrosion atmosphérique, en particulier une forte résistance aux piqûres et à la corrosion du stress.

Bonnes performances à basse température: l'alliage de titane TA7 avec des éléments interstitiels très faibles peut maintenir un certain degré de plasticité à -253 ℃.

Activité chimique élevée: une activité chimique élevée à des températures élevées, réagit facilement chimiquement avec l'hydrogène, l'oxygène et d'autres impuretés gazeuses dans l'air pour générer une couche durcie.

Petite conductivité thermique, petit module d'élasticité: la conductivité thermique est d'environ 1/4 de nickel, 1/5 de fer, 1/14 d'aluminium et divers alliages de titane ont une conductivité thermique d'environ 50% inférieure à celle du titane. Le module d'élasticité de l'alliage de titane est d'environ la moitié d'acier.

Troisièmement, la classification et l'utilisation de l'alliage de titane

Titanium alloys can be divided into: heat-resistant alloys, high-strength alloys, corrosion-resistant alloys (titanium - molybdenum, titanium - palladium alloys, etc.), low-temperature alloys, as well as special functional alloys (titanium - iron Matériaux de stockage d'hydrogène et titane - alliages de mémoire nickel) et ainsi de suite.

Bien que Titanium et ses alliages n'aient pas été utilisés depuis longtemps, ils ont reçu plusieurs titres honorables en raison de leur performance exceptionnelle. Le premier est "Space Metal". Son poids léger, sa résistance élevée et sa résistance à haute température le rendent particulièrement adapté à la fabrication d'avions et de divers vaisseaux spatiaux. À l'heure actuelle, environ les trois quarts des alliages de titane et de titane produits dans le monde sont utilisés dans l'industrie aérospatiale. Beaucoup de pièces d'alliage d'aluminium d'origine ont été changées en alliage de titane.

Quatrièmement, l'application de l'aviation de l'alliage de titane

L'alliage de titane est principalement utilisé pour les matériaux de fabrication des avions et du moteur, tels que le ventilateur en titane, le disque d'air sous pression et la lame, le couvercle du moteur, le dispositif d'échappement et d'autres pièces, ainsi que le cadre des grandes poutres et d'autres pièces structurelles de l'avion. Les vaisseaux spatiaux utilisent principalement des alliages de titane à haute résistance, une résistance à la corrosion et une résistance à basse température pour fabriquer une variété de navires de pression, de réservoirs de stockage de carburant, de fixations, de sangles d'instruments, de cadres et de coquilles de fusée. Les satellites en terre artificielle, le module lunaire, les vaisseaux spatiaux habités et les navettes spatiales utilisent également des soudures en alliage en alliage en titane.

En 1950, les États-Unis pour la première fois dans le F-84 Fighter-Bomber utilisés comme bouclier thermique de fuselage arrière, bouclier éolien, capot de queue et autres composants non chargés. 60 Le début de l'utilisation des alliages de titane du fuselage arrière au fuselage central, en partie au lieu de cadres, poutres, volets et autres composants importants de chargement. Les années 70, l'avion civil ont commencé à utiliser des alliages de titane en grande quantité, tels que la quantité de titane dans l'avion Boeing 747 s'élevait à 3640 kg ou plus, représentant 28% du poids de l'avion. Plus de 3 640 kilogrammes de titane sont utilisés dans Boeing 747, représentant 28% du poids de l'avion. Avec le développement de la technologie de traitement, dans les fusées, les satellites et les vaisseaux spatiaux, a également utilisé beaucoup d'alliage de titane.

Plus l'avion est avancé, plus le titane est utilisé. US F-14A Fighter utilisant le titane aérospatial, représentant environ 25% du poids de la machine; F-15A Fighter pour 25,8%; Les combattants américains de quatrième génération avec une quantité de titane de 41% de son moteur F119 avec 39% de la quantité de titane, sont la quantité la plus élevée de titane avec l'avion actuel.

Cinquièmement, l'alliage de titane dans l'aviation est un grand nombre de raisons de la demande

La vitesse la plus élevée de la navigation des avions moderne a atteint la vitesse du son plus de 2,7 fois. Le vol supersonique si rapide fera l'avion et le frottement de l'air et produira beaucoup de chaleur. Lorsque la vitesse de vol atteint 2,2 fois la vitesse du son, l'alliage en aluminium ne peut pas résister. Un alliage de titane résistant à la chaleur doit être utilisé.

Lorsque le rapport poussée / poids aéro-moteur de 4 à 6 a augmenté à 8 à 10, la température de sortie de gaz sous pression est passée en conséquence de 200 à 300 ℃ à 500 à 600 ℃, les disques de gaz et les lames à faible pression à basse pression d'origine fabriquées et fabriquées de l'aluminium doit être changé en alliage de titane.

Ces dernières années, les scientifiques sur la performance des travaux de recherche en alliage de Titanium et font constamment de nouveaux progrès. Le titane d'origine, l'aluminium, le vanadium composé d'alliage de titane, la température de fonctionnement maximale de 550 ℃ ~ 600 ℃, et l'alliage en aluminium de titane nouvellement développé (tial), la température de fonctionnement maximale a augmenté à 1040 ℃.

L'alliage de titane, la barre de titane spéciale, la feuille de titane et le forgeage en titane au lieu de l'acier inoxydable pour fabriquer un disque de compresseur à haute pression et la lame, peuvent réduire le poids de la structure. Les avions peuvent économiser 4% de carburant pour chaque réduction de poids de 10%. Pour les roquettes, chaque 1 kg de réduction de poids peut augmenter la plage de 15 km.

Six, analyse des caractéristiques d'usinage en alliage de titane

Tout d'abord, la faible conductivité thermique de l'alliage de titane, seulement 1/4 d'acier, en aluminium 1/13, cuivre 1/25, en raison de la dissipation de chaleur lente dans la zone de coupe, non propice à l'équilibre thermique, dans le processus de coupe , l'effet de dissipation de chaleur et de refroidissement est très médiocre, facile à former une température élevée dans la zone de coupe, la déformation des pièces après un rebond d'usinage, entraînant une augmentation du couple sur l'outil de coupe, le bord du bord de l'usure rapide et Durabilité réduite.

Deuxièmement, la faible conductivité thermique de l'alliage de titane, de sorte que la chaleur de coupe accumulée dans le couteau de coupe près de la zone de petite zone n'est pas facile à diffuser, la frottement de la face avant augmente, pas facile à chiner, la chaleur de coupe n'est pas facile à diffuser, accélérer l'usure des outils. Enfin, l'activité chimique en alliage en titane est élevée, le traitement à des températures élevées est facile à réagir avec le matériau de l'outil de coupe, la formation de dissolution, de diffusion, entraînant un couteau collant, un couteau à feu, un couteau cassé et d'autres phénomènes.