Por que os materiais aeroespaciais e os telefones celulares estão migrando para ligas de titânio?

Propriedades do Titânio
Alta resistência específica: 1,3 vezes a das ligas de alumínio, 1,6 vezes a das ligas de magnésio, 3,5 vezes a do aço inoxidável, campeão entre os materiais metálicos.
Alta resistência térmica: a temperatura de uso é várias centenas de graus mais alta que a da liga de alumínio, pode funcionar por um longo tempo a uma temperatura de 450-500 grau.
Boa resistência à corrosão: resistente à corrosão ácida, alcalina e atmosférica, especialmente forte resistência à corrosão por pites e sob tensão.
Bom desempenho em baixas temperaturas: a liga de titânio TA7 com elementos intersticiais muito baixos pode manter um certo grau de plasticidade em -253 grau.
Alta atividade química: alta atividade química em altas temperaturas, reage quimicamente facilmente com hidrogênio, oxigênio e outras impurezas gasosas do ar para gerar uma camada endurecida.
Pequena condutividade térmica, pequeno módulo de elasticidade: a condutividade térmica é cerca de 1/4 do níquel, 1/5 do ferro, 1/14 do alumínio e várias ligas de titânio têm uma condutividade térmica cerca de 50% menor que a do titânio. O módulo de elasticidade da liga de titânio é cerca de 1/2 do aço.
Classificação e uso de liga de titânio
As ligas de titânio podem ser categorizadas de acordo com seus usos: ligas resistentes ao calor, ligas de alta resistência, ligas resistentes à corrosão (ligas de titânio-molibdênio, ligas de titânio-paládio, etc.), ligas de baixa temperatura e ligas com funções especiais (titânio -materiais de armazenamento de hidrogênio e ferro, ligas com memória de titânio-níquel). Embora o titânio e suas ligas não sejam utilizados há muito tempo, eles receberam vários títulos honrosos devido ao seu excelente desempenho. O primeiro título é "metal espacial", que é leve, de alta resistência e resistente a altas temperaturas, especialmente adequado para a fabricação de aviões e diversas naves espaciais. Atualmente, cerca de 3/4 do titânio e ligas de titânio produzidos no mundo são utilizados na indústria aeroespacial. Muitas peças originalmente feitas de liga de alumínio foram substituídas por liga de titânio.
Aplicações aeroespaciais de liga de titânio
A liga de titânio é usada principalmente para materiais de fabricação de aeronaves e motores, como forjamento de ventiladores de titânio, discos e pás de ar pressurizado, capota de motor, dispositivos de exaustão e outras peças, bem como vigas e compartimentos da aeronave, como peças de estrutura estrutural. As naves espaciais usam principalmente ligas de titânio de alta resistência, resistência à corrosão e resistência a baixas temperaturas para fabricar uma variedade de vasos de pressão, tanques de armazenamento de combustível, fixadores, correias de instrumentos, estruturas e projéteis de foguetes. Satélites artificiais da Terra, módulo de pouso na lua, espaçonaves tripuladas e ônibus espaciais também usam peças de soldagem de placas de liga de titânio.
Em 1950, os Estados Unidos pela primeira vez no caça-bombardeiro F -84 como o escudo térmico da fuselagem traseira, pára-brisa e tampa traseira e outros componentes não-rolamento. A década de 1960 iniciou o uso de peças de liga de titânio da fuselagem traseira até a fuselagem central, substituindo parcialmente o aço estrutural para fazer a estrutura espaçadora, vigas, flaps deslizantes e outros componentes importantes de suporte de carga. A partir da década de 1970, as aeronaves civis começaram a usar um grande número de ligas de titânio, como as aeronaves de passageiros Boeing 747 com titânio. A quantidade de titânio usada no avião Boeing 747 foi de mais de 3.640 quilogramas, representando 28% do peso da máquina . Com o desenvolvimento da tecnologia de processamento, em foguetes, satélites e naves espaciais, também se utilizou muita liga de titânio. Quanto mais avançado o avião, mais titânio é utilizado. US F-14Um caça que utiliza liga de titânio, representando cerca de 25% do peso da máquina; F-15Um lutador por 25,8%; Os caças de quarta geração dos EUA com quantidade de titânio de 41% do motor F119 com 39% da quantidade de titânio, é a quantidade atual de titânio com a maior quantidade de aviões.
As ligas de titânio são usadas em um grande número de motivos de aviação
Por que o material das aeronaves de transporte aéreo precisa usar liga de titânio?
A velocidade máxima da navegação de aeronaves modernas atingiu a velocidade do som mais de 2,7 vezes. Um vôo supersônico tão rápido fará com que o avião e o ar entrem em atrito e produzam muito calor. Quando a velocidade de vôo atinge 2,2 vezes a velocidade do som, a liga de alumínio não aguenta, deve usar liga de titânio resistente a altas temperaturas. Quando a relação empuxo-peso do motor aeronáutico é de 4 a 6 a 8 a 10, a temperatura de saída do gás pressurizado correspondentemente de 200 a 300 graus a 500 a 600 graus, os discos e lâminas de gás pressurizado de baixa pressão originais feitos de alumínio deve ser alterado para liga de titânio.
Nos últimos anos, os cientistas sobre o desempenho do trabalho de pesquisa de ligas de titânio e constantemente fazem novos progressos. O titânio original, alumínio, vanádio composto de liga de titânio, a temperatura máxima de operação de 550 graus ~ 600 graus, e a recém-desenvolvida liga de titânio e alumínio (TiAl), a temperatura máxima de operação aumentou para 1040 graus. Liga de titânio em vez de aço inoxidável para fabricar disco e lâmina de compressor de alta pressão pode reduzir o peso da estrutura. As aeronaves podem economizar 4% de combustível para cada 10% de redução de peso. Para foguetes, para cada 1kg de redução de peso, o alcance pode ser aumentado em 15km.
Aplicações 3C de ligas de titânio
Atualmente, a indústria de eletrônicos de consumo representada pelos telefones celulares é muito “involutiva”, os chefes dos fabricantes esperam emprestar ligas de titânio para melhorar a capacidade premium do produto.

Huawei, Apple, Xiaomi, Honor e muitos outros telefones importaram o material. A Apple começou a padronizar as caixas de titânio da série de relógios Ultra e seu recém-lançado iPhone 15, cuja versão Pro usa um novo corpo de titânio, tornando-se o primeiro celular da Apple a usar titânio de grau aeroespacial; A Huawei usou materiais de titânio nas partes estruturais do celular com tela dobrável MateXs2, lançado em 2022, e usou engastes de titânio no Watch4Pro; Glory Lançado em 12 de outubro, o telefone principal dobrável interno, leve e fino, Glory MagicVs2, usando materiais inovadores, como dobradiças de titânio Lupin; Nova máquina Xiaomi 14, a versão de titânio 14Pro de maior preço.
É relatado que a Samsung usará a estrutura central em liga de titânio no GalaxyS24Ultra, a parte da estrutura central é semelhante ao esquema de cores de titânio original do iPhone15Pro.

No geral, a liga de titânio com alta resistência específica e vantagens de leveza tornou-se altamente promovida como uma razão importante, que pode tornar os produtos eletrônicos de consumo mais leves, e a experiência do consumidor será mais confortável.
Análise de características de processamento de liga de titânio
Em primeiro lugar, a condutividade térmica da liga de titânio é baixa, apenas 1/4 do aço, alumínio 1/13, cobre 1/25, devido à lenta dissipação de calor na zona de corte, não propícia ao equilíbrio térmico, no processo de corte, a dissipação de calor e o efeito de resfriamento são muito ruins, fácil de formar uma alta temperatura na zona de corte, a deformação das peças após o processamento rebote, resultando em aumento de torque na ferramenta de corte, a borda da borda do desgaste rápido, durabilidade é reduzido.
Em segundo lugar, a baixa condutividade térmica da liga de titânio, de modo que o calor de corte acumulado na faca de corte perto da pequena área não é fácil de disseminar, o atrito da face frontal aumenta, não é fácil de lascar, o calor de corte não é fácil de disseminar, acelerar o desgaste da ferramenta. Finalmente, a atividade química da liga de titânio é alta, o processamento em altas temperaturas é fácil de reagir com o material da ferramenta de corte, a formação de dissolução, difusão, resultando em faca pegajosa, faca queimada, faca quebrada e outros fenômenos.
As características do centro de usinagem de liga de titânio
Os centros de usinagem podem processar várias peças ao mesmo tempo para melhorar a eficiência da produção. Melhore a precisão de usinagem das peças, boa consistência do produto. O centro de usinagem possui função de compensação de ferramenta, que pode obter a precisão de usinagem da própria máquina. Existe uma ampla gama de adaptabilidade e maior flexibilidade, como processamento de arco, chanframento e filetagem de transição desta peça, que pode realizar a multifuncionalidade de uma máquina. O centro de usinagem pode ser fresamento, furação, mandrilamento, rosqueamento e uma série de processamentos. O cálculo de custos preciso pode ser realizado para controlar o cronograma de produção. Não há necessidade de acessórios especiais, economiza muitos custos e encurta o ciclo de produção. Reduzir significativamente a intensidade de trabalho dos trabalhadores. Pode ser processamento multieixo com UG e outro software de processamento.
Seleção de ferramentas e materiais de refrigeração
1. A seleção do material da ferramenta deve atender aos seguintes requisitos
Dureza suficiente, a dureza da ferramenta deve ser muito maior que a dureza da liga de titânio.
Resistência e tenacidade suficientes, devido à ferramenta que corta liga de titânio quando submetida a um grande torque e força de corte, portanto deve haver resistência e tenacidade suficientes.
Resistência ao desgaste suficiente, devido à tenacidade da liga de titânio, a aresta de corte da usinagem deve ser afiada, portanto o material da ferramenta deve ter resistência ao desgaste suficiente, de modo a reduzir o endurecimento por trabalho. Este é o parâmetro mais importante na seleção de ferramentas para usinagem de ligas de titânio.
Os materiais da ferramenta de corte e a afinidade da liga de titânio são pobres, devido à alta atividade química da liga de titânio, de modo a evitar a formação de materiais da ferramenta de corte e a dissolução da liga de titânio, difusão na liga, resultando em faca presa, fenômeno de faca queimada. Depois que os materiais de ferramentas de corte comumente usados ​​​​no mercado interno e os materiais de ferramentas de corte estrangeiros para o teste mostram que o uso do efeito da ferramenta de corte com alto cobalto é ideal, o papel principal do cobalto pode fortalecer o efeito de endurecimento secundário, melhorar a dureza e a dureza após o tratamento térmico, e em ao mesmo tempo tem alta tenacidade, resistência ao desgaste, boa dissipação de calor.
2. Parâmetros geométricos da fresa
As características de usinagem da liga de titânio determinam os parâmetros geométricos da fresa e da ferramenta comum há uma grande diferença. O ângulo de hélice escolhe um ângulo de elevação de hélice menor, aumenta a ranhura para remoção de cavacos, fácil remoção de cavacos, rápida dissipação de calor, mas também reduz a resistência de corte no processo de corte. Aresta de corte de ângulo frontal afiada, corte rápido, evite que a liga de titânio produza muito calor de corte, de modo a evitar o endurecimento secundário. O ângulo traseiro reduz a taxa de desgaste da aresta de corte, facilita a dissipação de calor e melhora em grande medida a durabilidade.

3. Seleção de parâmetros de corte
A usinagem de liga de titânio deve escolher uma velocidade de corte mais baixa, avanço adequadamente grande, profundidade de corte e volume de acabamento razoáveis, o resfriamento deve ser suficiente. Velocidade de corte vc {{0}} ~ 50m/min, avanço para desbaste leva avanço maior, acabamento e semiacabamento levam avanço moderado. A profundidade de corte ap=1/3d é apropriada, a afinidade da liga de titânio é boa, a remoção de cavacos é difícil, a profundidade de corte é muito grande, causará travamento da ferramenta, queima e fenômeno de fratura. Tolerância de acabamento moderada camada de endurecimento superficial de liga de titânio de cerca de 0,1 ~ 0,15 mm, a margem é muito pequena, o corte do fio da faca na camada endurecida, a ferramenta é fácil de usar, você deve evitar a camada endurecida de processamento, mas a margem de corte não deve ser muito grande.
4. Refrigerante
O processamento da liga de titânio é melhor não usar refrigerante contendo cloro, para evitar a geração de substâncias tóxicas e causar fragilização por hidrogênio, mas também para evitar rachaduras por corrosão sob tensão em alta temperatura da liga de titânio. Escolha uma emulsão sintética solúvel em água, também pode ser autocompatível com refrigerante. O refrigerante de processamento de corte para garantir a velocidade de circulação do refrigerante suficiente deve ser rápido, o fluxo e a pressão do fluido de corte devem ser grandes, os centros de usinagem são equipados com bicos de resfriamento especiais, desde que a atenção do ajuste seja capaz de alcançar os resultados desejados.