מדוע סגסוגות טיטניום נחוצות לחומרי תעופה וחלל?

לטיטניום ולתעופה יש מערכת יחסים בלתי ניתנת לשבירה. 1953, השימוש בטיטניום בתרמילים ובחומות האש של מטוסי ה-DC-T שיוצרו על ידי חברת דאגלס האמריקאית, ובכך פתח את ההיסטוריה של יישומי טיטניום לתעופה וחלל. מאז, טיטניום נמצא בשימוש בתעופה כבר יותר מחצי מאה. טיטניום יכול להיות בשימוש נרחב בתעופה מכיוון שיש לו מאפיינים יקרי ערך רבים המתאימים ליישומי מטוסים. היום נדבר על מדוע חומרי תעופה חייבים להשתמש בסגסוגת טיטניום.

ראשית, הצגת הטיטניום

בשנת 1948, ארצות הברית דופונט רק בשיטת מגנזיום טונות של ייצור של ספוג טיטניום - זה מסמן את תחילת הייצור התעשייתי של ספוג טיטניום כי טיטניום. סגסוגת טיטניום נמצאת בשימוש נרחב בתחומים שונים בגלל החוזק הגבוה שלה, עמידות קורוזיה טובה, עמידות בחום ומאפיינים אחרים.

טיטניום מצוי בשפע בקרום כדור הארץ, במקום התשיעי בתכולתו, גבוה בהרבה מנחושת, אבץ, בדיל ומתכות נפוצות אחרות. טיטניום נמצא באופן נרחב בסלעים רבים, במיוחד בחול ובחימר.

שנית, המאפיינים של טיטניום

חוזק גבוה: פי 1.3 מסגסוגת אלומיניום, פי 1.6 מסגסוגת מגנזיום, פי 3.5 מזה של נירוסטה, חומרי מתכת.

חוזק תרמי גבוה: השימוש בטמפרטורה גבוה בכמה מאות מעלות מסגסוגת אלומיניום, יכול להיות בטמפרטורה של 450 ~ 500 מעלות עבודה לטווח ארוך.

עמידות בפני קורוזיה טובה: עמידות 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.

שלישית, הסיווג והשימוש בסגסוגת טיטניום

ניתן לחלק סגסוגות טיטניום ל: סגסוגות עמידות חום, סגסוגות חוזק גבוה, סגסוגות עמידות בפני קורוזיה (טיטניום - מוליבדן, טיטניום - סגסוגות פלדיום וכו'), סגסוגות בטמפרטורה נמוכה, וכן סגסוגות פונקציונליות מיוחדות (טיטניום - ברזל חומרים לאחסון מימן וטיטניום - סגסוגות זיכרון ניקל) וכן הלאה.

למרות שלא נעשה שימוש בטיטניום ובסגסוגות שלו במשך זמן רב, הם זכו במספר תארים מכובדים בשל הביצועים המדהימים שלהם. הראשון הוא "מתכת חלל". משקלו הקל, החוזק הגבוה ועמידות הטמפרטורה הגבוהה הופכים אותו למתאים במיוחד לייצור מטוסים וחלליות שונות. כיום, כשלושה רבעים מסגסוגות הטיטניום וסגסוגות הטיטניום המיוצרות בעולם משמשים בתעשייה האווירית. רבים מחלקי סגסוגת האלומיניום המקוריים, שונו לסגסוגת טיטניום.

רביעית, יישום התעופה של סגסוגת טיטניום

סגסוגת טיטניום משמשת בעיקר לחומרי ייצור של מטוסים ומנועים, כגון חישול מאוורר טיטניום, דיסק ולהב בלחץ אוויר, מכסה מנוע, התקן פליטה וחלקים אחרים, כמו גם מסגרת הקורות הגדולות של המטוס וחלקי מסגרת מבניים אחרים. 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 ירח, חלליות מאוישות ומעבורות חלל משתמשים גם בריתוכים של לוחות סגסוגת טיטניום.

בשנת 1950, ארצות הברית במפציץ הקרב F-84 שימש כמגן חום של גוף המטוס האחורי, מגן רוח, מגן זנב ורכיבים אחרים שאינם נושאי עומס. שנות ה-60 תחילת השימוש בסגסוגות טיטניום מהגוף האחורי ועד גוף המטוס האמצעי, חלקית במקום ייצור פלדה מבנית מסגרות מרווחים, קורות, דשים, מסילות החלקה ורכיבים חשובים אחרים נושאי עומס. בשנות ה-70, החלו המטוסים האזרחיים להשתמש בסגסוגות טיטניום בכמויות גדולות, כמו כמות הטיטניום במטוס הנוסעים של בואינג 747 הסתכמה ב-3640 קילוגרם טיטניום. יותר מ-28% ממשקל המכונה. עם התפתחות טכנולוגיית העיבוד, ברקטות, לוויינים וחלליות, השתמשו גם במספר רב של סגסוגות טיטניום.

ככל שהמטוס יותר, כך נעשה שימוש רב יותר בטיטניום. US F-14מטוס קרב המשתמש בסגסוגת טיטניום, המהווה כ-25% ממשקל המכונה; F-15לוחם עבור 25.8%; מטוס קרב מהדור הרביעי בארה"ב עם כמות טיטניום של 41% ממנוע F119 עם כמות טיטניום של 39%, משתמש כעת בכמות טיטניום של מטוסים גבוהים.

תורגם עם www.DeepL.com/Translator (גרסה חינמית)

לטיטניום ולתעופה יש מערכת יחסים בלתי ניתנת לשבירה. 1953, השימוש בטיטניום בתרמילים ובחומות האש של מטוסי ה-DC-T שיוצרו על ידי חברת דאגלס האמריקאית, ובכך פתח את ההיסטוריה של יישומי טיטניום לתעופה וחלל. מאז, טיטניום נמצא בשימוש בתעופה כבר יותר מחצי מאה. טיטניום יכול להיות בשימוש נרחב בתעופה מכיוון שיש לו מאפיינים יקרי ערך רבים המתאימים ליישומי מטוסים. היום נדבר על מדוע חומרי תעופה חייבים להשתמש בסגסוגת טיטניום.

ראשית, הצגת הטיטניום

בשנת 1948, ארצות הברית דופונט רק בשיטת מגנזיום טונות של ייצור של ספוג טיטניום - זה מסמן את תחילת הייצור התעשייתי של ספוג טיטניום כי טיטניום. סגסוגת טיטניום נמצאת בשימוש נרחב בתחומים שונים בגלל החוזק הגבוה שלה, עמידות קורוזיה טובה, עמידות בחום ומאפיינים אחרים.

טיטניום מצוי בשפע בקרום כדור הארץ, במקום התשיעי בתכולתו, גבוה בהרבה מנחושת, אבץ, בדיל ומתכות נפוצות אחרות. טיטניום נמצא באופן נרחב בסלעים רבים, במיוחד בחול ובחימר.

שנית, המאפיינים של טיטניום

חוזק גבוה: פי 1.3 מסגסוגת אלומיניום, פי 1.6 מסגסוגת מגנזיום, פי 3.5 מזה של נירוסטה, חומרי מתכת.

חוזק תרמי גבוה: השימוש בטמפרטורה גבוה בכמה מאות מעלות מסגסוגת אלומיניום, יכול להיות בטמפרטורה של 450 ~ 500 מעלות עבודה לטווח ארוך.

עמידות בפני קורוזיה טובה: עמידות 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.

שלישית, הסיווג והשימוש בסגסוגת טיטניום

ניתן לחלק סגסוגות טיטניום ל: סגסוגות עמידות חום, סגסוגות חוזק גבוה, סגסוגות עמידות בפני קורוזיה (טיטניום - מוליבדן, טיטניום - סגסוגות פלדיום וכו'), סגסוגות בטמפרטורה נמוכה, וכן סגסוגות פונקציונליות מיוחדות (טיטניום - ברזל חומרים לאחסון מימן וטיטניום - סגסוגות זיכרון ניקל) וכן הלאה.

למרות שלא נעשה שימוש בטיטניום ובסגסוגות שלו במשך זמן רב, הם זכו במספר תארים מכובדים בשל הביצועים המדהימים שלהם. הראשון הוא "מתכת חלל". משקלו הקל, החוזק הגבוה ועמידות הטמפרטורה הגבוהה הופכים אותו למתאים במיוחד לייצור מטוסים וחלליות שונות. כיום, כשלושה רבעים מסגסוגות הטיטניום וסגסוגות הטיטניום המיוצרות בעולם משמשים בתעשייה האווירית. רבים מחלקי סגסוגת האלומיניום המקוריים, שונו לסגסוגת טיטניום.

רביעית, יישום התעופה של סגסוגת טיטניום

סגסוגת טיטניום משמשת בעיקר לחומרי ייצור של מטוסים ומנועים, כגון חישול מאוורר טיטניום, דיסק ולהב בלחץ אוויר, מכסה מנוע, התקן פליטה וחלקים אחרים, כמו גם מסגרת הקורות הגדולות של המטוס וחלקי מסגרת מבניים אחרים. 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 ירח, חלליות מאוישות ומעבורות חלל משתמשים גם בריתוכים של לוחות סגסוגת טיטניום.

בשנת 1950, ארצות הברית במפציץ הקרב F-84 שימש כמגן חום של גוף המטוס האחורי, מגן רוח, מגן זנב ורכיבים אחרים שאינם נושאי עומס. שנות ה-60 תחילת השימוש בסגסוגות טיטניום מהגוף האחורי ועד גוף המטוס האמצעי, חלקית במקום ייצור פלדה מבנית מסגרות מרווחים, קורות, דשים, מסילות החלקה ורכיבים חשובים אחרים נושאי עומס. בשנות ה-70, החלו המטוסים האזרחיים להשתמש בסגסוגות טיטניום בכמויות גדולות, כמו כמות הטיטניום במטוס הנוסעים של בואינג 747 הסתכמה ב-3640 קילוגרם טיטניום. יותר מ-28% ממשקל המכונה. עם התפתחות טכנולוגיית העיבוד, ברקטות, לוויינים וחלליות, השתמשו גם במספר רב של סגסוגות טיטניום.

ככל שהמטוס יותר, כך נעשה שימוש רב יותר בטיטניום. US F-14מטוס קרב המשתמש בסגסוגת טיטניום, המהווה כ-25% ממשקל המכונה; F-15לוחם עבור 25.8%; מטוס קרב מהדור הרביעי בארה"ב עם כמות טיטניום של 41% ממנוע F119 עם כמות טיטניום של 39%, משתמש כעת בכמות טיטניום של מטוסים גבוהים.

V. סגסוגת טיטניום בתעופה היא מספר רב של סיבות ליישום

ניווט מודרני במטוסים המהירות הגבוהה הגיעה פי 2.7 ממהירות הקול. טיסה על-קולית מהירה כל כך, תגרום לחיכוך המטוס והאוויר ולהפיק הרבה חום. כאשר מהירות הטיסה מגיעה פי 2.2 ממהירות הקול, סגסוגת אלומיניום לא יכולה לעמוד. יש להשתמש בסגסוגת טיטניום עמידה בחום.

כאשר יחס הדחף למשקל של מנוע התעופה מ-4 ל-6 עלה ל-8 עד 10, טמפרטורת יציאת הגז בלחץ עלתה בהתאם מ-200 ל-300 מעלות ל-500 עד 600 מעלות, הדיסקים והלהבים המקוריים של הגז בלחץ נמוך נוצרו. של אלומיניום יש לשנות לסגסוגת טיטניום.

בשנים האחרונות, מדענים על הביצועים של סגסוגת טיטניום עבודת מחקר, וכל הזמן לעשות התקדמות חדשה. ההרכב המקורי של טיטניום, אלומיניום, סגסוגת טיטניום ונדיום, טמפרטורת עבודה גבוהה של 550 מעלות ~ 600 מעלות, וסגסוגת האלומיניום טיטניום (TiAl) שפותחה לאחרונה, טמפרטורת העבודה הגבוהה עלתה ל-1040 מעלות.

סגסוגת טיטניום במקום נירוסטה לייצור דיסק ולהב מדחס בלחץ גבוה, יכולה להפחית משקל מבני. מטוס יכול לחסוך 4% בדלק על כל הפחתת משקל של 10%. עבור רקטות, כל הפחתת משקל של 1 ק"ג יכולה להגדיל את הטווח של 15 ק"מ.

שישה, ניתוח מאפייני עיבוד של סגסוגת טיטניום

קודם כל, המוליכות התרמית הנמוכה של סגסוגת טיטניום, 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 גרועים מאוד, קל ליצור טמפרטורה גבוהה באזור החיתוך, עיוות החלקים לאחר ריבאונד עיבוד, וכתוצאה מכך מומנט מוגבר על כלי החיתוך, קצה קצה הבלאי המהיר ו עמידות 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. לאחר מכן, הפעילות הכימית של סגסוגת טיטניום היא גבוהה, עיבוד בטמפרטורות גבוהות קל להגיב עם חומר הכלי, היווצרות של פירוק, דיפוזיה, וכתוצאה מכך סכין הדבקה, סכין בוערת, סכין שבורה ותופעות אחרות.

תורגם עם www.DeepL.com/Translator (גרסה חינמית)

V. סגסוגת טיטניום בתעופה היא מספר רב של סיבות ליישום

ניווט מודרני במטוסים המהירות הגבוהה הגיעה פי 2.7 ממהירות הקול. טיסה על-קולית מהירה כל כך, תגרום לחיכוך המטוס והאוויר ולהפיק הרבה חום. כאשר מהירות הטיסה מגיעה פי 2.2 ממהירות הקול, סגסוגת אלומיניום לא יכולה לעמוד. יש להשתמש בסגסוגת טיטניום עמידה בחום.

כאשר יחס הדחף למשקל של מנוע התעופה מ-4 ל-6 עלה ל-8 עד 10, טמפרטורת יציאת הגז בלחץ עלתה בהתאם מ-200 ל-300 מעלות ל-500 עד 600 מעלות, הדיסקים והלהבים המקוריים של הגז בלחץ נמוך נוצרו. של אלומיניום יש לשנות לסגסוגת טיטניום.

בשנים האחרונות, מדענים על הביצועים של סגסוגת טיטניום עבודת מחקר, וכל הזמן לעשות התקדמות חדשה. ההרכב המקורי של טיטניום, אלומיניום, סגסוגת טיטניום ונדיום, טמפרטורת עבודה גבוהה של 550 מעלות ~ 600 מעלות, וסגסוגת האלומיניום טיטניום (TiAl) שפותחה לאחרונה, טמפרטורת העבודה הגבוהה עלתה ל-1040 מעלות.

סגסוגת טיטניום במקום נירוסטה לייצור דיסק ולהב מדחס בלחץ גבוה, יכולה להפחית משקל מבני. מטוס יכול לחסוך 4% בדלק על כל הפחתת משקל של 10%. עבור רקטות, כל הפחתת משקל של 1 ק"ג יכולה להגדיל את הטווח של 15 ק"מ.

שישה, ניתוח מאפייני עיבוד של סגסוגת טיטניום

קודם כל, המוליכות התרמית הנמוכה של סגסוגת טיטניום, 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 גרועים מאוד, קל ליצור טמפרטורה גבוהה באזור החיתוך, עיוות החלקים לאחר ריבאונד עיבוד, וכתוצאה מכך מומנט מוגבר על כלי החיתוך, קצה קצה הבלאי המהיר ו עמידות 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. לאחר מכן, הפעילות הכימית של סגסוגת טיטניום היא גבוהה, עיבוד בטמפרטורות גבוהות קל להגיב עם חומר הכלי, היווצרות של פירוק, דיפוזיה, וכתוצאה מכך סכין הדבקה, סכין בוערת, סכין שבורה ותופעות אחרות.