kur orlaiviuose naudojamas titanas
TaikymasAMS 6931 titano kalimasaviacijos pramonėje yra padalintas į orlaivių struktūrą titano lydinį ir variklio struktūrą titano lydinį. Aviacijoje titano lydiniai daugiausia naudojami kaip raketų, raketų ir erdvėlaivių konstrukcijos ir konteineriai. Titano lydiniai, skirti orlaivių konstrukcijoms, paprastai turi būti naudojami žemesnėje nei 350 laipsnių temperatūroje, turi turėti didelį specifinį stiprumą, gerą kietumą, puikų atsparumą nuovargiui ir gerus suvirinimo procesus. Titano lydiniai varikliams turi turėti didelį specifinį stiprumą, gerą terminį stabilumą, atsparumą oksidacijai, atsparumą valkšnumui ir kitas savybes. Be aviacijos ir erdvėlaivių titano lydinių eksploatacinių savybių reikalavimų, aviacinėms transporto priemonėms taip pat reikalingas atsparumas aukštai temperatūrai ir atsparumas radiacijai.
Pagrindinės orlaivių titano lydinio konstrukcinių dalių dalys yra važiuoklės dalys, rėmai, sijos, fiuzeliažo apvalkalai, šilumos skydai ir kt. Rusijos Il{{0}} orlaivyje pagrindiniams komponentams gaminti naudojamas didelio stiprumo titano lydinys pvz., važiuoklė ir guolių sijos. „Boeing 747“ pagrindinės važiuoklės perdavimo pluošto medžiaga yra Ti-6Al-4V. Kaltinys yra 6,20 metro ilgio, 0,95 metro pločio ir 1545 kilogramų masės. Didelio stiprumo ir kietumo Ti-62222S titano lydinys naudojamas pagrindinėse C-17 orlaivio horizontalaus stabilizatoriaus veleno dalyse. Galinė fiuzeliažo sritis, kurioje yra F-22 orlaivio variklis, ir galinis šilumos skydas yra suprojektuoti kaip plonasienės titano lydinio konstrukcijos, gerai atsparios temperatūrai.
Kalbant apie aviacinius variklius, titano lydinio medžiagų panaudojimo sritys yra kompresorių diskai, mentės, būgnai, aukšto slėgio kompresorių rotoriai, kompresorių korpusai ir kt. Apie 30 % šiuolaikinių turbininių variklių konstrukcinės masės sudaro titano lydiniai. Titano lydinių naudojimas sumažina kompresoriaus ir ventiliatoriaus menčių kokybę, pailgina komponentų tarnavimo laiką ir pailgina tikrinimo intervalus. Boeing 747-8GENX variklio ventiliatoriaus menčių priekinėje briaunoje ir antgalie yra titano lydinio apsauginės movos, kurios per 10-metų eksploatavimo laikotarpį buvo pakeistos tik tris kartus.
Aviacijos titano lydinio kaltiniai turi būti liejami iš luitų, ruošiniai, kalimo, apdirbimo ir kiti procesai, norint gauti reikiamą medžiagos struktūrą ir savybes, ir dažnai naudojami gaminant orlaivių karkaso pagrindinius guolių komponentus ir variklio rotorius. Pagal HB5024-1989 didelių kaltinių išorinis skersmuo yra ne mažesnis kaip 500 mm. Tobulėjant orlaiviams ir varikliams, aviaciniams kaltiniams keliami vis aukštesni kokybės reikalavimai, didesni dydžiai ir sudėtingesnės formos. Orlaivio konstrukcinių dalių forma yra sudėtinga, o medžiagų panaudojimo lygis paprastai yra ne didesnis kaip 10%. Keturių didelių F-22 lėktuvo pagrindinių guolių sutvirtinimo rėmų medžiaga yra Ti-6Al-4V ELI, o štampavimo kaltinių projektuojamas plotas yra 4.{{ 8}},67 kv.m. Pastaraisiais metais specializuota aviacinių titano lydinių kalimo įranga mano šalyje buvo labai patobulinta, todėl dabar galima gaminti 5 kvadratinių metrų titano lydinio vientisus kaltinius.
Erdvėlaiviai dirba ekstremaliomis sąlygomis, tokiomis kaip itin aukšta temperatūra, itin žema temperatūra, didelis vakuumas, didelis įtempis ir stipri korozija. Tai ne tik reikalauja puikios konstrukcijos projektavimo technologijos, bet ir priklauso nuo puikių medžiagų savybių ir funkcijų. Titano lydiniai paprastai buvo naudojami kuro talpykloms, raketų variklių korpusams, raketų purkštukų kreiptuvams ir palydovų korpusams gaminti.
Dėl puikių titano lydinio medžiagų savybių kai kurios pagrindinės orlaivių dalys taip pat yra pagamintos iš titano lydinio medžiagų. Pavyzdžiui, įsiurbimo angos lūpa yra dalis, pagaminta iš titano lydinio medžiagos 3D spausdinimo būdu, kuri realizuoja integruotą konstrukcinių dalių ir funkcinių dalių projektavimą ir gamybą.
Titano lydinio tvirtinimo detalės, dažniausiai naudojamos aviacijos ir kosmoso pramonėje, daugiausia apima kniedes, varžtus ir specialias tvirtinimo detales.
F{0}} lėktuvuose Jungtinėse Valstijose naudojamos titano lydinio tvirtinimo detalės: didelio stiprumo titano lydinio varžtai, žiedinių griovelių vinys, poliruoto strypo kūginiai aukšto blokavimo varžtai, savaime užsifiksuojantys varžtai, titano niobio kniedės ir jungiamosios veržlės. . Vietiniame komerciniame orlaivyje C919, kuris pirmą kartą skrido mano šalyje 2014 m., vienam orlaiviui buvo panaudota daugiau nei 200 000 titano lydinio tvirtinimo detalių. Titano lydinio tvirtinimo detalių sukūrimas ir pritaikymas suteikia galimybę toliau mažinti orlaivių konstrukcijų svorį. Pakeitus plieną titanu, Boeing 747 lėktuvo konstrukcinis svoris sumažėjo 1814 kg. Rusijos Il{10}} lėktuvas panaudojo 142,000 tvirtinimo detales ir pakeitė plieną titanu, kad sumažintų savo svorį 600 kilogramų.
Titano lydinys turi puikų atsparumą korozijai, o jo teigiamas potencialas atitinka anglies pluošto kompozicinių medžiagų potencialą, kuris gali veiksmingai užkirsti kelią galimai tvirtinimo detalių korozijai. Ti45Nb lydinys yra kniedžių medžiaga, plačiai naudojama aviacijos ir kosmoso pramonėje JAV. Medžiaga turi geras tempimo savybes ir šlyties stiprumą atkaitintoje būsenoje ir gali pakeisti gryno titano kniedes. Ti45Nb medžiaga taip pat pasižymi dideliu plastiškumu ir tinka kniedėms sujungti kompozitinių medžiagų gamybai.
Pastaraisiais metais Alcoa sukurtas Timeta1555 titano lydinio didelio stiprumo varžtas po tirpalo sendinimo yra didesnis nei 1300 MPa tempiamasis stipris, dvigubas šlyties stiprumas didesnis nei 745 MPa, o pailgėjimas didesnis nei 10%. Siekdami neatsilikti nuo tarptautinių aukščiausios klasės titano lydinio tvirtinimo detalių plėtros tendencijos, Xigong University Chaojing Co., Ltd. ir Xinyang Aerospace Standard Parts Factory kartu sukūrė TB8 titano lydinio strypus ir laidus, skirtus tvirtinimo detalėms ir pagamintų varžtų atsparumą tempimui. iš jų yra net 1280 MPa. Titano lydinio tvirtinimo detalių tyrimai ir plėtra yra labai sudėtingas ir ilgalaikis darbas.
Titano lydinių pramonės plėtros kryptis
Titano lydinių poreikis būsimiems orlaiviams turėtų būti didesnis stiprumas, tvirtumas, didesnis atsparumas pažeidimams ir didesnis atsparumas aukštai temperatūrai. Titano lydinių medžiagų pritaikymas ir kūrimo kryptis bus: nauji didelio stiprumo struktūriniai titano lydiniai, didelio našumo pažeidimams atsparūs titano lydiniai, nebrangūs nuovargiui atsparūs titano lydiniai, nauji aukštos temperatūros struktūriniai titano lydiniai, pažangūs TiAl pagrindu. medžiagos, titano pagrindu pagamintos kompozicinės medžiagos ir kt.
Šiuolaikinių orlaivių konstrukcinio svorio mažinimo paklausa tampa vis aktualesnė. Be titano lydinio medžiagų, skrydžio konstrukcijose taip pat buvo plačiai naudojamos kompozicinės medžiagos. Kompozitinių medžiagų naudojimas Boeing 787 orlaiviams pasiekė 50%, o kompozitinių medžiagų naudojimas Airbus A380 taip pat pasiekė 25%. Šiuo metu kompozitinės medžiagos negali visiškai pakeisti metalų, o metalinės medžiagos vis dar yra būtinos. Titano lydinio ir anglies pluoštu sustiprintos kompozitinės medžiagos tamprumo modulis yra suderintas, o šiluminio plėtimosi koeficientas yra panašus; ir jis turi gerą cheminį suderinamumą ir nėra linkęs į galimą koroziją. F-18 „Bumblebee“ sparno korpuso jungtis naudojo titano lydinio jungčių dalių ir sudėtinės odos pakopinį sujungimą. Po kelerių metų eksploatacinių bandymų buvo patikrintas konstrukcijos patikimumas. Didėjant kompozitinių medžiagų kiekiui, titano lydinio medžiagų kiekis toliau didės.
Iš pastarųjų metų atvirojo kodo informacijos matyti, kad JAV keliami reikalavimai naujos kartos orlaivių konstrukcinėms medžiagoms yra lengvesni, efektyvesni ir ekonomiškesni. Pagal 2006 m. valiutos vertę, vieno F-22 kaina yra apie 361 mln. JAV dolerių. Iš pradžių F-35 kaina siekė 35 mln. USD, o vėliau buvo padidinta iki 138 mln. USD. Tarp didelių sąnaudų negalima ignoruoti didelės titano lydinio gamybos sąnaudos. Pigiuose titano lydiniuose naudojami Fe, O ir kiti elementai, skirti pakeisti brangesnius V, Mo ir kitus elementus. Jungtinių Amerikos Valstijų kompanija Timetal sukūrė didelio stiprumo ir nebrangų titano lydinį Timetal-LCB, vietoj brangaus V elemento pridėdama Fe elementą pigaus Fe-Mo lydinio pavidalu. Tikslas – pakeisti brangesnį Ti- 10V-2Fe-3Al lydinį.
Titano lydinio suvirinimas, beveik tinklinis formavimas, šaltasis formavimas ir kt. taip pat yra veiksmingi būdai pagerinti medžiagų panaudojimą ir sumažinti proceso sąnaudas. Kai kuriuose buitiniuose modeliuose sėkmingai pritaikytos pažangios suvirinimo technologijos, tokios kaip elektronų pluošto suvirinimas ir suvirinimas lazeriu. Grupė lazerinio formavimo komandų, tokių kaip Beihang universitetas ir Vakarų technologijos universitetas, pasiekė gerų rezultatų taikant naujas titano lydinio technologijas.
Tiriant naujus aukštos temperatūros titano lydinius, remiantis 550 laipsnių aukštos temperatūros titano lydiniu IMI829 Jungtinėje Karalystėje ir Ti-1100 aukštos temperatūros 600 laipsnių titano lydiniu Jungtinėse Valstijose, buvo pridėta mažiau nei 1 % retųjų žemių elementų Gd ir Y elementų. Sudaro retųjų žemių oksidus, išvalo grūdelių ribas, rafinuoja grūdus ir pagerina lydinių stiprumą, šliaužimą ir ilgaamžiškumą. TA12 (Ti55) yra beveik tipo aukštos temperatūros titano lydinys, kurį bendrai sukūrė Metalų tyrimų institutas, Kinijos mokslų akademija, Baoti grupė ir Pekino aeronautikos medžiagų institutas. Projektinė temperatūra yra 550 laipsnių. Šiuo metu Ti55 medžiaga yra gana subrendusi, o stabilus darbinės temperatūros diapazonas yra nuo 550 laipsnių iki 600 laipsnių. Ti65 medžiagos projektinė temperatūra yra 600 laipsnių -650 laipsnių, o atitinkami tiriamieji darbai atliekami tvarkingai.
Pastaraisiais metais greito kietėjimo / miltelių metalurgijos technologijos, pluoštu ar dalelėmis sustiprintų kompozitinių medžiagų naudojimas titano lydiniams kurti buvo naudojamas kaip aukštos temperatūros titano lydinių kūrimo kryptis, kad titano lydinių eksploatavimo temperatūra galėtų būti padidinta iki virš 650 laipsnių. Kinijos mokslų akademijos Metalo tyrimų instituto sukurta volframo šerdies titano matricos kompozicinė medžiaga buvo pritaikyta tam tikrame diapazone.
