Por que as ligas de titânio são necessárias para materiais aeroespaciais?

O titânio e a aviação têm uma relação inquebrável. 1953, o uso de titânio nas cápsulas de motor e firewalls da aeronave DC-T produzida pela US Douglas Company, abrindo assim a história das aplicações aeroespaciais do titânio. Desde então, o titânio tem sido utilizado na aviação há mais de meio século. O titânio pode ser amplamente utilizado na aviação porque possui muitas propriedades valiosas adequadas para aplicações aeronáuticas. Hoje falaremos sobre por que os materiais de aviação devem usar liga de titânio.

Primeiro, a introdução do titânio

Em 1948, a DuPont dos Estados Unidos apenas com o método de magnésio produziu toneladas de esponja de titânio - isso marca o início da produção industrial de esponja de titânio que titânio. A liga de titânio é amplamente utilizada em vários campos devido à sua alta resistência, boa resistência à corrosão, resistência ao calor e outras características.

O titânio é abundante na crosta terrestre, ocupando o nono lugar em conteúdo, muito superior ao cobre, zinco, estanho e outros metais comuns. O titânio é amplamente encontrado em muitas rochas, especialmente em areia e argila.

Em segundo lugar, as características do titânio

Alta resistência: 1,3 vezes maior que a liga de alumínio, 1,6 vezes maior que a da liga de magnésio, 3,5 vezes maior que a do aço inoxidável, materiais metálicos.

Alta resistência térmica: o uso da temperatura é várias centenas de graus mais alto do que a liga de alumínio, pode estar na temperatura de trabalho de longo prazo de 450 ~ 500 graus.

Boa resistência à corrosão: resistência 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.

Terceiro, a classificação e uso de liga de titânio

As ligas de titânio podem ser divididas em: ligas resistentes ao calor, ligas de alta resistência, ligas resistentes à corrosão (titânio - molibdênio, titânio - ligas de paládio, etc.), ligas de baixa temperatura, bem como ligas funcionais especiais (titânio - ferro materiais de armazenamento de hidrogênio e ligas de titânio-níquel com memória) e assim por diante.

Embora o titânio e suas ligas não sejam utilizados há muito tempo, eles receberam vários títulos honrosos devido ao seu excelente desempenho. O primeiro é o “metal espacial”. Seu peso leve, alta resistência e resistência a altas temperaturas o tornam particularmente adequado para a fabricação de aviões e diversas espaçonaves. Atualmente, cerca de três quartos do titânio e das ligas de titânio produzidos no mundo são utilizados na indústria aeroespacial. Muitas das peças originais em liga de alumínio foram alteradas para liga de titânio.

Em quarto lugar, a aplicação de liga de titânio na aviação

A liga de titânio é usada principalmente para materiais de fabricação de aeronaves e motores, como ventilador de titânio forjado, disco e lâmina de ar pressurizado, tampa do motor, dispositivo de exaustão e outras peças, bem como a estrutura de grandes vigas da aeronave e outras peças da 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, módulos lunares, naves espaciais tripuladas e ônibus espaciais também usam placas soldadas de liga de titânio.

Em 1950, os Estados Unidos no caça-bombardeiro F-84 usaram como escudo térmico da fuselagem traseira, escudo contra vento, cobertura traseira e outros componentes não resistentes. Década de 60 início do uso de ligas de titânio da fuselagem traseira até a fuselagem intermediária, parcialmente em vez de estruturas espaçadoras de fabricação de aço estrutural, vigas, flaps, trilhos deslizantes e outros componentes importantes de suporte de carga. Na década de 70, as aeronaves civis começaram a usar ligas de titânio em grandes quantidades, como a quantidade de titânio nas aeronaves de passageiros Boeing 747 que chegava a 3.640 quilos de titânio. Mais de 28% do peso da máquina. Com o desenvolvimento da tecnologia de processamento, em foguetes, satélites e naves espaciais, também utilizou um grande número de ligas de titânio.

Quanto maior o avião, mais titânio é usado. US F-14Um caça que utiliza liga de titânio, representando cerca de 25% do peso da máquina; F-15Um lutador por 25,8%; Caça de quarta geração dos EUA com quantidade de titânio de 41% do motor F119 com quantidade de titânio de 39%, está atualmente usando quantidade de titânio de aeronaves altas.

Traduzido com www.DeepL.com/Translator (versão gratuita)

O titânio e a aviação têm uma relação inquebrável. 1953, o uso de titânio nas cápsulas de motor e firewalls da aeronave DC-T produzida pela US Douglas Company, abrindo assim a história das aplicações aeroespaciais do titânio. Desde então, o titânio tem sido utilizado na aviação há mais de meio século. O titânio pode ser amplamente utilizado na aviação porque possui muitas propriedades valiosas adequadas para aplicações aeronáuticas. Hoje falaremos sobre por que os materiais de aviação devem usar liga de titânio.

Primeiro, a introdução do titânio

Em 1948, a DuPont dos Estados Unidos apenas com o método de magnésio produziu toneladas de esponja de titânio - isso marca o início da produção industrial de esponja de titânio que titânio. A liga de titânio é amplamente utilizada em vários campos devido à sua alta resistência, boa resistência à corrosão, resistência ao calor e outras características.

O titânio é abundante na crosta terrestre, ocupando o nono lugar em conteúdo, muito superior ao cobre, zinco, estanho e outros metais comuns. O titânio é amplamente encontrado em muitas rochas, especialmente em areia e argila.

Em segundo lugar, as características do titânio

Alta resistência: 1,3 vezes maior que a liga de alumínio, 1,6 vezes maior que a da liga de magnésio, 3,5 vezes maior que a do aço inoxidável, materiais metálicos.

Alta resistência térmica: o uso da temperatura é várias centenas de graus mais alto do que a liga de alumínio, pode estar na temperatura de trabalho de longo prazo de 450 ~ 500 graus.

Boa resistência à corrosão: resistência 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.

Terceiro, a classificação e uso de liga de titânio

As ligas de titânio podem ser divididas em: ligas resistentes ao calor, ligas de alta resistência, ligas resistentes à corrosão (titânio - molibdênio, titânio - ligas de paládio, etc.), ligas de baixa temperatura, bem como ligas funcionais especiais (titânio - ferro materiais de armazenamento de hidrogênio e ligas de titânio-níquel com memória) e assim por diante.

Embora o titânio e suas ligas não sejam utilizados há muito tempo, eles receberam vários títulos honrosos devido ao seu excelente desempenho. O primeiro é o “metal espacial”. Seu peso leve, alta resistência e resistência a altas temperaturas o tornam particularmente adequado para a fabricação de aviões e diversas espaçonaves. Atualmente, cerca de três quartos do titânio e das ligas de titânio produzidos no mundo são utilizados na indústria aeroespacial. Muitas das peças originais em liga de alumínio foram alteradas para liga de titânio.

Em quarto lugar, a aplicação de liga de titânio na aviação

A liga de titânio é usada principalmente para materiais de fabricação de aeronaves e motores, como ventilador de titânio forjado, disco e lâmina de ar pressurizado, tampa do motor, dispositivo de exaustão e outras peças, bem como a estrutura de grandes vigas da aeronave e outras peças da 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, módulos lunares, naves espaciais tripuladas e ônibus espaciais também usam placas soldadas de liga de titânio.

Em 1950, os Estados Unidos no caça-bombardeiro F-84 usaram como escudo térmico da fuselagem traseira, escudo contra vento, cobertura traseira e outros componentes não resistentes. Década de 60 início do uso de ligas de titânio da fuselagem traseira até a fuselagem intermediária, parcialmente em vez de estruturas espaçadoras de fabricação de aço estrutural, vigas, flaps, trilhos deslizantes e outros componentes importantes de suporte de carga. Na década de 70, as aeronaves civis começaram a usar ligas de titânio em grandes quantidades, como a quantidade de titânio nas aeronaves de passageiros Boeing 747 que chegava a 3.640 quilos de titânio. Mais de 28% do peso da máquina. Com o desenvolvimento da tecnologia de processamento, em foguetes, satélites e naves espaciais, também utilizou um grande número de ligas de titânio.

Quanto maior o avião, mais titânio é usado. US F-14Um caça que utiliza liga de titânio, representando cerca de 25% do peso da máquina; F-15Um lutador por 25,8%; Caça de quarta geração dos EUA com quantidade de titânio de 41% do motor F119 com quantidade de titânio de 39%, está atualmente usando quantidade de titânio de aeronaves altas.

V. A liga de titânio na aviação tem um grande número de razões para aplicação

Navegação de aeronaves modernas A alta velocidade atingiu 2,7 vezes a velocidade do som. O vôo supersônico tão rápido fará com que a aeronave e o ar atritos e produzam muito calor. Quando a velocidade de vôo atinge 2,2 vezes a velocidade do som, a liga de alumínio não consegue suportar. Deve ser usada uma liga de titânio resistente ao calor.

Quando a relação empuxo-peso do motor aeronáutico de 4 para 6 aumentou para 8 para 10, a temperatura de saída do gás pressurizado aumentou correspondentemente de 200 para 300 graus para 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. A composição original de titânio, alumínio, liga de titânio vanádio, alta temperatura de trabalho de 550 graus ~ 600 graus, e a recém-desenvolvida liga de titânio e alumínio (TiAl), alta temperatura de trabalho 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 estrutural. As aeronaves podem economizar 4% de combustível para cada 10% de redução de peso. Para foguetes, cada redução de peso de 1kg pode aumentar o alcance de 15km.

Seis, análise de características de usinagem de liga de titânio

Em primeiro lugar, a baixa condutividade térmica da liga de titânio, 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, fáceis de formar uma alta temperatura na zona de corte, a deformação das peças após o rebote da usinagem, resultando em aumento do torque na ferramenta de corte, a borda da borda do desgaste rápido e durabilidade reduzida.

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. Depois, a atividade química da liga de titânio é alta, o processamento em altas temperaturas é fácil de reagir com o material da ferramenta, a formação de dissolução, difusão, resultando em faca presa, faca queimada, faca quebrada e outros fenômenos.

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V. A liga de titânio na aviação tem um grande número de razões para aplicação

Navegação de aeronaves modernas A alta velocidade atingiu 2,7 vezes a velocidade do som. O vôo supersônico tão rápido fará com que a aeronave e o ar atritos e produzam muito calor. Quando a velocidade de vôo atinge 2,2 vezes a velocidade do som, a liga de alumínio não consegue suportar. Deve ser usada uma liga de titânio resistente ao calor.

Quando a relação empuxo-peso do motor aeronáutico de 4 para 6 aumentou para 8 para 10, a temperatura de saída do gás pressurizado aumentou correspondentemente de 200 para 300 graus para 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. A composição original de titânio, alumínio, liga de titânio vanádio, alta temperatura de trabalho de 550 graus ~ 600 graus, e a recém-desenvolvida liga de titânio e alumínio (TiAl), alta temperatura de trabalho 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 estrutural. As aeronaves podem economizar 4% de combustível para cada 10% de redução de peso. Para foguetes, cada redução de peso de 1kg pode aumentar o alcance de 15km.

Seis, análise de características de usinagem de liga de titânio

Em primeiro lugar, a baixa condutividade térmica da liga de titânio, 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, fáceis de formar uma alta temperatura na zona de corte, a deformação das peças após o rebote da usinagem, resultando em aumento do torque na ferramenta de corte, a borda da borda do desgaste rápido e durabilidade reduzida.

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. Depois, a atividade química da liga de titânio é alta, o processamento em altas temperaturas é fácil de reagir com o material da ferramenta, a formação de dissolução, difusão, resultando em faca presa, faca queimada, faca quebrada e outros fenômenos.