מדוע חומרי תעופה וחלל וטלפונים סלולריים נוהרים אל סגסוגות טיטניום?

מאפייני טיטניום
חוזק ספציפי גבוה: פי 1.3 מסגסוגות אלומיניום, פי 1.6 מסגסוגות מגנזיום, פי 3.5 מזה של נירוסטה, האלופה בין חומרי המתכת.
חוזק תרמי גבוה: טמפרטורת השימוש גבוהה בכמה מאות מעלות מסגסוגת אלומיניום, יכולה לעבוד לאורך זמן בטמפרטורה של 450-500 מעלות.
עמידות בפני קורוזיה טובה: עמיד בפני קורוזיה חומצה, אלקלית ואטמוספרית, עמידות חזקה במיוחד בפני קורוזיה ומתח.
ביצועים טובים בטמפרטורה נמוכה: סגסוגת טיטניום TA7 עם יסודות ביניים נמוכים מאוד יכולה לשמור על רמה מסוימת של פלסטיות ב--253 מעלות.
פעילות כימית גבוהה: פעילות כימית גבוהה בטמפרטורות גבוהות, מגיבה כימית בקלות עם מימן, חמצן וזיהומים גזים אחרים באוויר ליצירת שכבה מוקשה.
מוליכות תרמית קטנה, מודול גמישות קטן: המוליכות התרמית היא כ-1/4 מניקל, 1/5 מברזל, 1/14 מאלומיניום, וסגסוגות טיטניום שונות בעלות מוליכות תרמית נמוכה בכ-50% מזו של טיטניום. מודול האלסטיות של סגסוגת טיטניום הוא בערך 1/2 מפלדה.
סיווג ושימוש בסגסוגת טיטניום
ניתן לסווג סגסוגות טיטניום לפי השימושים שלהן: סגסוגות עמידות בחום, סגסוגות בעלות חוזק גבוה, סגסוגות עמידות בפני קורוזיה (טיטניום-מוליבדן, סגסוגות טיטניום-פלדיום וכו'), סגסוגות בטמפרטורה נמוכה וסגסוגות בעלות פונקציות מיוחדות (טיטניום). -חומרי אחסון מימן ברזל, סגסוגות זיכרון טיטניום ניקל). למרות שלא נעשה שימוש בטיטניום ובסגסוגות שלו במשך זמן רב, הם זכו במספר תארים מכובדים בגלל הביצועים המדהימים שלהם. הכותרת הראשונה היא "מתכת חלל", בעלת משקל קל, חוזק גבוה ועמידה בטמפרטורה גבוהה, המתאימה במיוחד לייצור מטוסים וחלליות שונות. כיום, כ-3/4 מסגסוגות הטיטניום וסגסוגות הטיטניום המיוצרות בעולם משמשות בתעשייה האווירית. חלקים רבים שעשו במקור מסגסוגת אלומיניום הוחלפו בסגסוגת טיטניום.
יישומי תעופה וחלל מסגסוגת טיטניום
סגסוגת טיטניום משמשת בעיקר לייצור מטוסים ומנועים, כגון חישול מאווררי טיטניום, דיסקים ולהבי אוויר בלחץ, כיסוי מנוע, התקני פליטה וחלקים אחרים, כמו גם הקורות והתאים של המטוס, כגון חלקי מסגרת מבניים. חלליות משתמשות בעיקר בסגסוגות טיטניום בעלות חוזק גבוה, עמידות בפני קורוזיה ועמידות בטמפרטורה נמוכה לייצור מגוון של מכלי לחץ, מיכלי אחסון דלק, מחברים, רצועות מכשירים, מסגרות ופגזי רקטות. לוויינים מלאכותיים של כדור הארץ, מודול נחיתת ירח, חלליות מאוישות ומעבורות חלל משתמשים גם בחלקי ריתוך של לוחות סגסוגת טיטניום.
בשנת 1950, ארצות הברית בפעם הראשונה במפציץ הקרב F-84 כמגן החום של גוף המטוס האחורי, מגן הרוח ומכסה הזנב ורכיבים אחרים שאינם נושאים. שנות ה-60 החלו להשתמש בחלקי סגסוגת טיטניום מהגוף האחורי ועד לגוף המטוס המרכזי, והחליפו חלקית את הפלדה המבנית כדי לגרום למסגרת המרווח, הקורות, הדשים להחליק ורכיבים חשובים אחרים נושאי עומס. משנות ה-70 ואילך, המטוס האזרחי החל להשתמש במספר רב של סגסוגות טיטניום, כמו מטוס הנוסעים בואינג 747 עם טיטניום כמות הטיטניום בשימוש במטוסי בואינג 747 הסתכמה ביותר מ-3640 קילוגרם היווה 28% ממשקל המכונה. . עם התפתחות טכנולוגיית העיבוד, ברקטות, לוויינים וחלליות, השתמשו גם הרבה בסגסוגת טיטניום. ככל שהמטוס מתקדם יותר, כך נעשה שימוש רב יותר בטיטניום. US F-14מטוס קרב המשתמש בסגסוגת טיטניום, המהווה כ-25% ממשקל המכונה; F-15לוחם ב-25.8%; מטוסי קרב מהדור הרביעי בארה"ב עם כמות טיטניום של 41% ממנוע F119 עם 39% מכמות טיטניום, היא הכמות הנוכחית של טיטניום עם הכמות הגבוהה ביותר של מטוסים.
סגסוגות טיטניום משמשות במספר רב של סיבות תעופה
מדוע החומר של מטוסי תחבורה אווירי חייב להשתמש בסגסוגת טיטניום?
המהירות המרבית של ניווט מטוסים מודרניים הגיעה למהירות הקול יותר מ-2.7 פעמים. טיסה על-קולית מהירה כזו תגרום לחיכוך המטוס והאוויר ולהפיק הרבה חום. כאשר מהירות הטיסה מגיעה פי 2.2 ממהירות הקול, סגסוגת האלומיניום אינה יכולה לעמוד, חייבת להשתמש בסגסוגת טיטניום עמידה בטמפרטורה גבוהה. כאשר יחס דחף מנוע אווירי למשקל מ-4 עד 6 עד 8 עד 10, טמפרטורת יציאת הגז בלחץ בהתאם מ-200 עד 300 מעלות עד 500 עד 600 מעלות, דיסקים ולהבי הגז המקוריים בלחץ נמוך עשויים מאלומיניום יש לשנות לסגסוגת טיטניום.
בשנים האחרונות, מדענים על הביצועים של סגסוגת טיטניום עבודת מחקר, וכל הזמן לעשות התקדמות חדשה. הטיטניום המקורי, אלומיניום, ונדיום מורכב מסגסוגת טיטניום, טמפרטורת ההפעלה המקסימלית של 550 מעלות ~ 600 מעלות, וסגסוגת האלומיניום טיטניום (TiAl) שפותחה לאחרונה, טמפרטורת הפעולה המקסימלית עלתה ל-1040 מעלות. סגסוגת טיטניום במקום נירוסטה לייצור דיסק ולהב מדחס בלחץ גבוה, יכולה להפחית את משקל המבנה. מטוס יכול לחסוך 4% בדלק על כל הפחתת משקל של 10%. עבור רקטות, על כל 1 ק"ג של הפחתת משקל, ניתן להגדיל את הטווח ב-15 ק"מ.
יישומי 3C של סגסוגות טיטניום
נכון לעכשיו, תעשיית האלקטרוניקה המיוצגת על ידי טלפונים סלולריים היא מאוד "מהפכה", ראש היצרנים מקווה לשאול סגסוגות טיטניום כדי לשפר את קיבולת הפרימיום של המוצר.

Huawei, Apple, Xiaomi, Honor וטלפונים רבים אחרים ייבאו את החומר. אפל החלה לעשות סטנדרטיזציה על כיסויי טיטניום מסדרת השעונים Ultra, והאייפון 15 החדש שלה, שגרסת ה-Pro שלו משתמשת בגוף טיטניום חדש, והפכה לטלפון הסלולרי הראשון של אפל שמשתמש בטיטניום בדרגת תעופה וחלל; Huawei השתמשה בחומרי טיטניום בחלקים המבניים של טלפון סלולרי עם מסך מתקפל, MateXs2, שיצא בשנת 2022, והשתמשה בלוחות טיטניום ב-Watch4Pro; Glory יצא לאור ב-12 באוקטובר, טלפון הדגל המתקפל הפנימי הגדול והדק Glory MagicVs2, תוך שימוש בחומרים חדשניים כגון צירי טיטניום Lupine; המכונה החדשה של Xiaomi 14, גרסת טיטניום 14Pro במחיר הגבוה ביותר.
דווח כי סמסונג תשתמש במסגרת מרכזית מסגסוגת טיטניום ב-GalaxyS24Ultra, החלק המרכזי של המסגרת דומה לערכת הצבעים המקורית בצבע טיטניום של ה-iPhone15Pro.

בסך הכל, סגסוגת טיטניום עם חוזק ספציפי גבוה ויתרונות קל משקל הופכת לקודמת מאוד כסיבה חשובה, שיכולה להפוך מוצרי אלקטרוניקה לצרכן לקלים יותר, חווית הצרכן תהיה נוחה יותר.
ניתוח מאפייני עיבוד סגסוגת טיטניום
קודם כל, מוליכות תרמית של סגסוגת טיטניום נמוכה, רק 1/4 מפלדה, אלומיניום 1/13, נחושת 1/25, עקב פיזור החום האיטי באזור החיתוך, שאינו תורם לאיזון תרמי, בתהליך החיתוך, אפקט פיזור החום והקירור גרוע מאוד, קל ליצור טמפרטורה גבוהה באזור החיתוך, עיוות החלקים לאחר עיבוד ריבאונד, וכתוצאה מכך במומנט מוגבר על כלי החיתוך, קצה קצה הבלאי המהיר, העמידות מופחתת.
שנית, המוליכות התרמית הנמוכה של סגסוגת טיטניום, כך שחום החיתוך המצטבר בסכין החיתוך ליד שטח השטח הקטן אינו קל להפצה, החיכוך של החזית הקדמית גדל, לא קל לשבב, חום חיתוך לא קל להפיץ, להאיץ את שחיקת הכלים. לבסוף, הפעילות הכימית של סגסוגת טיטניום היא גבוהה, עיבוד בטמפרטורות גבוהות קל להגיב עם חומר כלי החיתוך, היווצרות של פירוק, דיפוזיה, וכתוצאה מכך סכין דביקה, סכין בוערת, סכין שבורה ותופעות אחרות.
המאפיינים של סגסוגת טיטניום לעיבוד מרכז עיבוד
מרכזי עיבוד יכולים לעבד מספר חלקים בו זמנית כדי לשפר את יעילות הייצור. שפר את דיוק העיבוד של חלקים, עקביות מוצר טובה. למרכז העיבוד יש פונקציית פיצוי כלי, שיכולה להשיג את דיוק העיבוד של המכונה עצמה. קיים מגוון רחב של התאמה וגמישות רבה יותר, כגון עיבוד קשת, שיפוע ופילוט מעבר של חלק זה, שיכולים לממש את הרב-פונקציונליות של מכונה אחת. מרכז עיבוד יכול להיות כרסום, קידוח, משעמם, הקשה וסדרה של עיבוד. ניתן לבצע תמחיר מדויק כדי לשלוט על לוח הזמנים של הייצור. אין צורך במתקנים מיוחדים, חסכון בכספי עלות, קיצור מחזור הייצור. להפחית מאוד את עוצמת העבודה של העובדים. יכול להיות עיבוד רב צירי עם UG ותוכנות עיבוד אחרות.
מבחר כלים וחומרי קירור
1. בחירת חומרי הכלי צריכה לעמוד בדרישות הבאות
קשיות מספקת, הקשיות של הכלי חייבת להיות הרבה יותר גדולה מקשיות סגסוגת טיטניום.
חוזק וקשיחות מספקים, בשל כלי חיתוך סגסוגת טיטניום כאשר הוא נתון למומנט וכוח חיתוך גדולים, כך שחייבים להיות מספיק חוזק וקשיחות.
עמידות בפני שחיקה מספקת, בשל קשיחות סגסוגת הטיטניום, קצה חיתוך העיבוד יהיה חד, כך שחומר הכלי חייב להיות בעל עמידות בפני שחיקה מספקת, כדי להפחית את התקשות העבודה. זהו הפרמטר החשוב ביותר בבחירת כלים לעיבוד סגסוגות טיטניום.
חומרי חיתוך וסגסוגת טיטניום זיקה להיות גרועה, בשל הפעילות הכימית הגבוהה של סגסוגת טיטניום, כדי למנוע היווצרות של חומרי כלי חיתוך ופירוק סגסוגת טיטניום, דיפוזיה לתוך הסגסוגת, וכתוצאה מכך סכין הדבקה, תופעת סכין בוערת. לאחר שחומרי כלי החיתוך המקומיים הנפוצים וחומרי חיתוך זרים עבור הבדיקה מראים שהשימוש באפקט כלי חיתוך גבוה בקובלט הוא אידיאלי, התפקיד העיקרי של הקובלט יכול לחזק את אפקט ההתקשות המשני, לשפר את הקשיות והקשיות לאחר טיפול בחום, וב- באותו זמן יש קשיחות גבוהה, עמידות בפני שחיקה, פיזור חום טוב.
2. פרמטרים גיאומטריים של חותך כרסום
מאפייני העיבוד של סגסוגת טיטניום קובעים את הפרמטרים הגיאומטריים של החותך והכלי הרגיל יש הבדל גדול. זווית סליל בחר בזווית עליית סליל קטנה יותר, חריץ הסרת שבבים גדל, הסרת שבב קלה, פיזור חום מהיר, אך גם מפחית את התנגדות החיתוך בתהליך החיתוך. זווית קדמית חדה, חיתוך מהיר, הימנע מסגסוגת טיטניום לייצר יותר מדי חום חיתוך, כדי למנוע התקשות משנית. הזווית האחורית מפחיתה את קצב השחיקה של קצה החיתוך, מקלה על פיזור חום ומשפרת את העמידות במידה רבה.

3. בחירת פרמטר חיתוך
עיבוד שבבי מסגסוגת טיטניום צריך לבחור במהירות חיתוך נמוכה יותר, הזנה גדולה כהלכה, עומק חיתוך סביר ונפח גימור, הקירור צריך להיות מספיק. מהירות חיתוך vc {{0}} ~ 50מ/דקה, הזנה לעיבוד גס קח הזנה גדולה יותר, גימור וגימור למחצה קבל הזנה מתונה. עומק חיתוך ap=1/3d מתאים, הזיקה לסגסוגת טיטניום טובה, הסרת השבבים קשה, עומק החיתוך גדול מדי, זה יגרום להדבקה של הכלים, שריפה, תופעת שברים. קצבת גימור מתקשה משטח סגסוגת טיטניום שכבת התקשות של כ 0.1 ~ 0.15 מ"מ, הקצבה קטנה מדי, קצה הסכין חותך על השכבה המוקשה, הכלי קל ללבישה, עליך להימנע משכבת ​​העיבוד המוקשה, אך קצבת החיתוך לא צריך להיות גדול מדי.
4. נוזל קירור
עיבוד סגסוגת טיטניום עדיף לא להשתמש בנוזל קירור המכיל כלור, כדי למנוע יצירת חומרים רעילים ולגרום לשבירת מימן, אלא גם כדי למנוע פיצוח קורוזיה בטמפרטורה גבוהה של סגסוגת טיטניום. בחר תחליב סינתטי מסיס במים, יכול להיות גם תואם את עצמו עם נוזל קירור. חיתוך עיבוד נוזל קירור כדי להבטיח מספיק, מהירות מחזור נוזל הקירור צריכה להיות מהירה, זרימת נוזל החיתוך והלחץ צריכים להיות גדולים, מרכזי עיבוד מצוידים בחרירי קירור מיוחדים, כל עוד תשומת הלב של ההתאמה תוכל להשיג את התוצאות הרצויות.