La storia delle applicazioni del titanio nell'aviazione è iniziata nel 1953 con il primo utilizzo del titanio nei baccelli del motore e nei firewall del DC-T prodotto da Douglas negli Stati Uniti. Da quel momento, il titanio è stato utilizzato negli aerei per quasi 50 anni. Poiché ha numerose qualità benefiche appropriate per le applicazioni aeronautiche, il titanio è ampiamente impiegato nell'aviazione. Discuteremo la necessità del titanio nella discussione odierna sui materiali aeronautici.
introduzione 1.Titanium
La prima produzione industriale di spugna di titanio, o titanio, iniziò solo nel 1948 quando la statunitense DuPont Company produsse tonnellate di spugna di titanio utilizzando il processo del magnesio. Grazie alla sua elevata forza specifica, all'eccellente resistenza alla corrosione e all'elevata resistenza al calore, la lega di titanio è ampiamente utilizzata in una varietà di industrie. Il titanio è al decimo posto in termini di abbondanza nella crosta terrestre, di gran lunga superiore a metalli comuni come rame, zinco e stagno. Sabbia e argilla sono due tipi di rocce in cui il titanio è particolarmente abbondante.
2. le caratteristiche del titanio
Elevata resistenza: 1,3 volte quella della lega di alluminio, 1,6 volte quella della lega di magnesio e 3,5 volte quella dell'acciaio inossidabile, il campione tra i materiali metallici.
Elevata resistenza termica: la temperatura di utilizzo è di diverse centinaia di gradi superiore a quella della lega di alluminio e può funzionare a lungo a una temperatura compresa tra 450 e 500 gradi.
Buona resistenza alla corrosione: resistente alla corrosione acida, alcalina e atmosferica, particolarmente resistente alla vaiolatura e alla tensocorrosione.
Buone proprietà a bassa temperatura: la lega di titanio TA7 con elementi interstiziali molto bassi può mantenere un certo grado di plasticità a -253 gradi .
Elevata attività chimica: elevata attività chimica ad alte temperature, reagisce facilmente chimicamente con impurità gassose come idrogeno e ossigeno nell'aria per produrre uno strato indurito.
Piccola conducibilità termica, piccolo modulo di elasticità: la conducibilità termica è circa 1/4 di nichel, 1/5 di ferro e 1/14 di alluminio, mentre la conducibilità termica di varie leghe di titanio è circa il 50 percento inferiore a quella del titanio. Il modulo di elasticità delle leghe di titanio è circa la metà di quello dell'acciaio.
3. Classificazione e usi delle leghe di titanio
Leghe resistenti al calore, leghe ad alta resistenza, leghe resistenti alla corrosione (leghe di titanio-molibdeno, leghe di titanio-palladio, ecc.), leghe a bassa temperatura e leghe funzionali uniche sono alcune categorie di leghe di titanio in base all'uso previsto ( materiali per lo stoccaggio dell'idrogeno in titanio-ferro e leghe a memoria di titanio-nichel). Nonostante il titanio e le sue leghe non siano state utilizzate per molto tempo, hanno già ricevuto numerosi importanti riconoscimenti per le loro eccezionali qualità. A causa della sua forza, peso ridotto e resistenza alle alte temperature, è particolarmente adatto per la produzione di vari veicoli spaziali e aeroplani. Il settore aerospaziale utilizza attualmente circa il 75 percento del titanio e delle leghe di titanio prodotte in tutto il mondo. Esistono diversi componenti precedentemente costruiti con leghe di titanio ma originariamente costruiti con leghe di alluminio.
4. la lega di titanio delle applicazioni aeronautiche
La lega di titanio viene utilizzata principalmente nei materiali di produzione di aeromobili e motori, come la forgiatura di ventole in titanio, dischi e pale del compressore, cappottature del motore, dispositivi di scarico e altre parti, nonché il distanziatore della trave dell'aeromobile e altre parti della struttura strutturale. Anche i satelliti terrestri artificiali, i moduli lunari, i veicoli spaziali con equipaggio e le navette spaziali utilizzano parti saldate con piastre in lega di titanio.
Nel 1950 gli Stati Uniti per la prima volta nel cacciabombardiere F -84 come scudo termico della fusoliera posteriore, parabrezza, coda e altri componenti non portanti. Gli anni '60 iniziarono a utilizzare parti in lega di titanio dalla fusoliera posteriore alla fusoliera, in parte al posto del distanziatore di produzione in acciaio strutturale, trave, scivolo a ribalta e altri importanti componenti portanti. Dagli anni '70 in poi, gli aerei civili iniziarono a utilizzare la lega di titanio in grandi quantità, come l'aereo passeggeri Boeing 747 con titanio pari a 3640 Più del 28 percento del peso dell'aeromobile. Con lo sviluppo della tecnologia di elaborazione, nei razzi, nei satelliti artificiali e nei veicoli spaziali, è stato utilizzato anche un gran numero di leghe di titanio.
Più avanzato è l'aereo, più titanio viene utilizzato. US F-14Un aereo da combattimento utilizza una lega di titanio, che rappresenta circa il 25% del peso dell'aereo; F-15Un aereo da combattimento per il 25,8%; la quarta generazione di aerei da combattimento statunitensi con il 41 percento della quantità di titanio, il suo motore F119 con il 39 percento della quantità di titanio, è attualmente la più alta quantità di velivoli in titanio.
5. Motivi per cui le leghe di titanio sono utilizzate in gran numero nell'aviazione
La velocità massima della navigazione aerea moderna ha raggiunto più di 2,7 volte la velocità del suono. Un volo supersonico così veloce farà sfregare l'aereo contro l'aria e genererà molto calore. Quando la velocità del volo raggiunge 2,2 volte la velocità del suono, le leghe di alluminio non possono più resistere. Devono essere utilizzate leghe di titanio resistenti alle alte temperature.
Quando il rapporto spinta/peso del motore aeronautico viene aumentato da 4-6 a 8-10, la temperatura dell'uscita del compressore viene corrispondentemente aumentata da 200-300 gradi a 500-600 grado, il disco e la lama del compressore a bassa pressione originali in alluminio devono essere sostituiti con una lega di titanio.
Negli ultimi anni gli scienziati sul lavoro di ricerca sulle prestazioni della lega di titanio, continuano a fare nuovi progressi. La lega di titanio originale composta da titanio, alluminio, vanadio, la più alta temperatura di lavoro di 550 gradi ~ 600 gradi e la lega di titanio e alluminio (TiAl) di nuova concezione, la più alta temperatura di lavoro è stata aumentata a 1040 gradi.
L'uso di leghe di titanio al posto dell'acciaio inossidabile per fabbricare dischi e lame di compressori ad alta pressione può ridurre il peso della struttura. Per ogni 10 per cento di riduzione del peso di un aereo, si può ottenere un risparmio di carburante del 4 per cento. Per i razzi, ogni riduzione di peso di 1 kg può aumentare la portata di 15 km.
analisi delle caratteristiche di lavorazione della lega 6.titanium
Prima di tutto, la conducibilità termica della lega di titanio è bassa, solo 1/4 di acciaio, alluminio 1/13, rame 1/25. a causa della lenta dissipazione del calore nell'area di taglio, non favorisce l'equilibrio termico, nel processo di taglio, la dissipazione del calore e l'effetto di raffreddamento sono molto scarsi, è facile formare una temperatura elevata nell'area di taglio, dopo aver lavorato il rimbalzo della deformazione delle parti, con conseguente nell'utensile da taglio a coppia maggiore, usura del tagliente rapida, durata ridotta.
In secondo luogo, la conduttività termica della lega di titanio è bassa, quindi il calore di taglio accumulato nella piccola area vicino all'utensile da taglio non è facile da disperdere, l'attrito della superficie dell'utensile anteriore aumenta, non è facile da scheggiare, il calore di taglio non è facile da disperdere, accelerando usura degli utensili. Infine, l'attività chimica della lega di titanio è elevata, la lavorazione ad alte temperature è facile da reagire con il materiale dell'utensile, la formazione di solubili, la diffusione, con conseguente coltello appiccicoso, coltello che brucia, coltello rotto e altri fenomeni.
