เหตุใดโลหะผสมไทเทเนียมจึงจำเป็นสำหรับวัสดุการบินและอวกาศ

ไทเทเนียมและการบินมีความสัมพันธ์ที่ไม่ละลาย 2496 ในสหรัฐอเมริกาดักลาสผลิตพ็อดเครื่องยนต์เครื่องยนต์ DC-T และไฟร์วอลล์เป็นครั้งแรกในการใช้ไทเทเนียมดังนั้นจึงเปิดประวัติของแอปพลิเคชันการบินไทเทเนียม ตั้งแต่นั้นมาไทเทเนียมได้ถูกนำมาใช้ในการบินมานานกว่าครึ่งศตวรรษ ไทเทเนียมสามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินเพราะมีคุณสมบัติที่มีค่ามากมายที่เหมาะสำหรับการใช้งานเครื่องบิน วันนี้เราจะพูดถึงสาเหตุที่วัสดุการบินต้องใช้โลหะผสมไทเทเนียม

ครั้งแรกการแนะนำของไทเทเนียม

ในปี 1948 สหรัฐอเมริกาดูปองท์ด้วยวิธีการผลิตของแมกนีเซียมจำนวนมากของการผลิตฟองน้ำไทเทเนียม - นี่เป็นจุดเริ่มต้นของการผลิตอุตสาหกรรมของฟองน้ำไทเทเนียมที่ไทเทเนียม โลหะผสมไทเทเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาต่าง ๆ เนื่องจากมีความแข็งแรงสูงความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีความต้านทานความร้อนและลักษณะอื่น ๆ

ไทเทเนียมมีมากมายในเปลือกโลกอันดับเก้าในเนื้อหาสูงกว่าทองแดงสังกะสีดีบุกและโลหะทั่วไปอื่น ๆ ไทเทเนียมพบได้อย่างกว้างขวางในหินหลายก้อนโดยเฉพาะในทรายและดินเหนียว

ประการที่สองลักษณะของไทเทเนียม

ความแข็งแรงสูง: 1.3 เท่าของโลหะผสมอลูมิเนียม, 1.6 เท่าของแมกนีเซียมอัลลอย, 3.5 เท่าของสแตนเลส, แชมป์ของวัสดุโลหะ

ความแข็งแรงความร้อนสูง: การใช้อุณหภูมิสูงกว่าอลูมิเนียมอัลลอยหลายร้อยองศาสามารถอยู่ในอุณหภูมิ 450 ถึง 500 ℃สำหรับการทำงานระยะยาว

ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี: ความต้านทานการกัดกร่อนของกรดอัลคาลีและการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ

ประสิทธิภาพอุณหภูมิต่ำที่ดี: ไทเทเนียมอัลลอย TA7 ที่มีองค์ประกอบคั่นระหว่างหน้าต่ำมากสามารถรักษาระดับพลาสติกได้ที่ -253 ℃

กิจกรรมทางเคมีสูง: กิจกรรมทางเคมีสูงที่อุณหภูมิสูงทำปฏิกิริยาทางเคมีกับไฮโดรเจนออกซิเจนและสิ่งสกปรกของก๊าซอื่น ๆ ในอากาศเพื่อสร้างชั้นแข็ง

ค่าการนำความร้อนขนาดเล็กโมดูลัสขนาดเล็กของความยืดหยุ่น: ค่าการนำความร้อนประมาณ 1/4 ของนิกเกิล, เหล็ก 1/5, 1/14 ของอลูมิเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมต่างๆมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าไทเทเนียมประมาณ 50% โมดูลัสของความยืดหยุ่นของโลหะผสมไทเทเนียมคือเหล็กประมาณ 1/2

ประการที่สามการจำแนกและการใช้โลหะผสมไทเทเนียม

โลหะผสมไทเทเนียมสามารถแบ่งออกเป็น: โลหะผสมที่ทนความร้อน, โลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง, โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อน (ไทเทเนียม-โมลิบดีนัม, ไทเทเนียม-อัลลอยด์แพลเลเดียม ฯลฯ ) โลหะผสมอุณหภูมิต่ำ วัสดุการจัดเก็บไฮโดรเจนและไทเทเนียม - โลหะผสมหน่วยความจำนิกเกิล) และอื่น ๆ

แม้ว่าไทเทเนียมและโลหะผสมจะไม่ได้ถูกใช้เป็นเวลานาน แต่พวกเขาได้รับรางวัลที่มีเกียรติหลายรายการเนื่องจากการแสดงที่โดดเด่นของพวกเขา อันแรกคือ "อวกาศโลหะ" น้ำหนักเบาความแข็งแรงสูงและความต้านทานอุณหภูมิสูงทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตเครื่องบินและยานอวกาศต่างๆ ในปัจจุบันประมาณสามในสี่ของโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมที่ผลิตในโลกถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ชิ้นส่วนอลูมิเนียมอัลลอยด์ดั้งเดิมจำนวนมากถูกเปลี่ยนเป็นโลหะผสมไทเทเนียม

ประการที่สี่แอปพลิเคชันการบินของโลหะผสมไทเทเนียม

โลหะผสมไทเทเนียมส่วนใหญ่ใช้สำหรับวัสดุการผลิตเครื่องบินและเครื่องยนต์เช่นการปลอมตัวพัดลมไทเทเนียม, ดิสก์อากาศแรงดันและใบมีด, ฝาครอบเครื่องยนต์, อุปกรณ์ไอเสียและชิ้นส่วนอื่น ๆ รวมถึงกรอบคานขนาดใหญ่ของเครื่องบินและชิ้นส่วนเฟรมโครงสร้างอื่น ๆ ยานอวกาศส่วนใหญ่ใช้โลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานอุณหภูมิต่ำในการผลิตภาชนะรับแรงดันหลากหลายถังเก็บน้ำมันเชื้อเพลิงตัวยึดสายรัดเครื่องมือเฟรมและเปลือกหอย ดาวเทียมดินเทียมโมดูลจันทรคติยานอวกาศที่มีการจัดการและกระสวยอวกาศยังใช้แผ่นเชื่อมโลหะผสมไทเทเนียม

ในปี 1950 สหรัฐอเมริกาเป็นครั้งแรกในเครื่องบินทิ้งระเบิด F-84 ที่ใช้เป็นโล่ความร้อนลำตัวด้านหลังโล่ลมหางวัวหางและส่วนประกอบอื่น ๆ ที่ไม่โหลด 60 เป็นจุดเริ่มต้นของการใช้โลหะผสมไทเทเนียมจากลำตัวด้านหลังไปจนถึงลำตัวตรงกลางบางส่วนแทนที่จะเป็นเฟรมการผลิตเหล็กโครงสร้าง, คาน, อวัยวะเพศหญิงและส่วนประกอบที่มีน้ำหนักมาก 70's เครื่องบินพลเรือนเริ่มใช้โลหะผสมไทเทเนียมในปริมาณมากเช่นปริมาณไทเทเนียมในเครื่องบินโบอิ้ง 747 จำนวน 3640 กิโลกรัมหรือมากกว่าคิดเป็น 28% ของน้ำหนักเครื่องบิน มีการใช้ไทเทเนียมมากกว่า 3,640 กิโลกรัมในโบอิ้ง 747 คิดเป็น 28% ของน้ำหนักของเครื่องบิน ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการประมวลผลในจรวดดาวเทียมและยานอวกาศก็ใช้โลหะผสมไทเทเนียมจำนวนมาก

ยิ่งเครื่องบินก้าวหน้ามากเท่าไหร่ก็ยิ่งใช้ไทเทเนียมมากขึ้นเท่านั้น นักสู้ F-14A ของสหรัฐอเมริกาโดยใช้ไทเทเนียมการบินและอวกาศคิดเป็นประมาณ 25% ของน้ำหนักของเครื่อง นักสู้ F-15A สำหรับ 25.8%; นักสู้รุ่นที่สี่ของสหรัฐอเมริกาที่มีจำนวนไทเทเนียม 41% ของเครื่องยนต์ F119 ที่มี 39% ของปริมาณไทเทเนียมเป็นปริมาณไทเทเนียมสูงสุดกับเครื่องบินปัจจุบัน

ประการที่ห้าโลหะผสมไทเทเนียมในการบินเป็นสาเหตุจำนวนมากสำหรับการสมัคร

ความเร็วสูงสุดของการนำทางเครื่องบินที่ทันสมัยได้ถึงความเร็วของเสียงมากกว่า 2.7 เท่า เที่ยวบินเหนือเสียงที่รวดเร็วจะทำให้เครื่องบินและแรงเสียดทานของอากาศและสร้างความร้อนได้มากมาย เมื่อความเร็วในการบินสูงถึง 2.2 เท่าความเร็วของเสียงอลูมิเนียมอัลลอยด์ไม่สามารถทนได้ ต้องใช้โลหะผสมไทเทเนียมที่ทนความร้อน

เมื่ออัตราส่วนแรงผลักดันต่อน้ำหนักของเครื่องยนต์จาก 4 เป็น 6 เพิ่มขึ้นเป็น 8 ถึง 10 อุณหภูมิเต้าเสียบก๊าซแรงดันเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจาก 200 เป็น 300 ℃เป็น 500 ถึง 600 ℃แผ่นก๊าซแรงดันต่ำและใบมีดแรงดันต่ำ ของอลูมิเนียมจะต้องเปลี่ยนเป็นโลหะผสมไทเทเนียม

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับประสิทธิภาพของงานวิจัยโลหะผสมไทเทเนียมและสร้างความก้าวหน้าใหม่อย่างต่อเนื่อง ไทเทเนียมดั้งเดิม, อลูมิเนียม, วานาเดียมประกอบด้วยอัลลอยไทเทเนียม, อุณหภูมิการทำงานสูงสุด 550 ℃ ~ 600 ℃, และอัลลอยอลูมิเนียมไทเทเนียม (tial) ที่พัฒนาขึ้นใหม่อุณหภูมิการทำงานสูงสุดได้เพิ่มขึ้นเป็น 1,040 ℃

อัลลอยไทเทเนียม, แท่งไทเทเนียมโดยเฉพาะแผ่นไทเทเนียมและการปลอมไทเทเนียมแทนสแตนเลสเพื่อผลิตดิสก์คอมเพรสเซอร์แรงดันสูงและใบมีดสามารถลดน้ำหนักของโครงสร้างได้ เครื่องบินสามารถประหยัดเชื้อเพลิงได้ 4% สำหรับการลดน้ำหนัก 10% สำหรับจรวดการลดน้ำหนักทุก ๆ 1 กิโลกรัมสามารถเพิ่มช่วงได้ 15 กม.

หก, การวิเคราะห์ลักษณะการตัดเฉือนของโลหะผสมไทเทเนียม

ก่อนอื่นค่าการนำความร้อนต่ำของโลหะผสมไทเทเนียมเพียง 1/4 ของเหล็ก, อลูมิเนียม 1/13, ทองแดง 1/25 เนื่องจากการกระจายความร้อนช้าในเขตตัดไม่เอื้อต่อความสมดุลความร้อนในกระบวนการตัด การกระจายความร้อนและเอฟเฟกต์การระบายความร้อนนั้นแย่มากง่ายต่อการสร้างอุณหภูมิสูงในเขตตัดการเสียรูปของชิ้นส่วนหลังจากการกลึงเด้งทำให้เกิดแรงบิดเพิ่มขึ้นบนเครื่องมือตัดขอบขอบของการสึกหรออย่างรวดเร็วและ ลดความทนทาน

ประการที่สองการนำความร้อนต่ำของโลหะผสมไทเทเนียมเพื่อให้ความร้อนแบบตัดที่สะสมอยู่ในมีดตัดใกล้กับพื้นที่เล็ก เผยแพร่การสึกหรอของเครื่องมือเร่งความเร็ว ในที่สุดกิจกรรมทางเคมีของโลหะผสมไทเทเนียมนั้นสูงการประมวลผลที่อุณหภูมิสูงนั้นง่ายต่อการตอบสนองกับวัสดุเครื่องมือตัดการก่อตัวของการละลายการแพร่กระจายส่งผลให้มีดเหนียวมีดเผามีดแตกและปรากฏการณ์อื่น ๆ