Havacılıkta titanyum uygulamalarının tarihi, 1953 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde Douglas tarafından üretilen DC-T'nin motor bölmelerinde ve güvenlik duvarlarında titanyumun ilk kez kullanılmasıyla başladı. O zamandan beri, titanyum yaklaşık 50 yıldır uçaklarda kullanılmaktadır. Uçak uygulamalarına uygun çok sayıda yararlı niteliğe sahip olduğu için, titanyum havacılıkta yaygın olarak kullanılmaktadır. Uçak malzemeleriyle ilgili bugünkü tartışmamızda titanyum ihtiyacını tartışacağız.
1. Titanyum tanıtımı
Titanyum süngerin veya titanyumun ilk endüstriyel üretimi, yalnızca 1948'de ABD DuPont Company'nin magnezyum sürecini kullanarak tonlarca titanyum sünger üretmesiyle başladı. Yüksek özgül mukavemeti, mükemmel korozyon direnci ve yüksek ısı direnci nedeniyle, titanyum alaşımı çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Titanyum, yer kabuğundaki bolluk bakımından onuncu sırada yer alır ve bakır, çinko ve kalay gibi yaygın metallerden çok daha fazladır. Kum ve kil, titanyumun özellikle bol olduğu iki tür kayadır.
2. titanyumun özellikleri
Yüksek mukavemet: Alüminyum alaşımın 1,3 katı, magnezyum alaşımının 1,6 katı ve metal malzemeler arasında şampiyon olan paslanmaz çeliğin 3,5 katı.
Yüksek termal mukavemet: kullanım sıcaklığı, alüminyum alaşımından birkaç yüz derece daha yüksektir ve 450 ila 500 derecelik bir sıcaklıkta uzun süre çalışabilir.
İyi korozyon direnci: asit, alkali ve atmosferik korozyona karşı dirençli, özellikle çukurlaşma ve gerilimli korozyona karşı güçlü direnç.
İyi düşük sıcaklık özellikleri: Çok düşük ara elemanlı titanyum alaşımı TA7, -253 derecede belirli bir plastiklik derecesini koruyabilir.
Yüksek kimyasal aktivite: yüksek sıcaklıklarda yüksek kimyasal aktivite, sertleştirilmiş bir tabaka oluşturmak için havadaki hidrojen ve oksijen gibi gaz halindeki safsızlıklarla kolayca kimyasal olarak reaksiyona girer.
Küçük termal iletkenlik, küçük esneklik modülü: termal iletkenlik yaklaşık 1/4 nikel, 1/5 demir ve 1/14 alüminyumdur, çeşitli titanyum alaşımlarının termal iletkenliği titanyumunkinden yaklaşık yüzde 50 daha düşüktür. Titanyum alaşımlarının elastisite modülü, çeliğinkinin yaklaşık 1/2'sidir.
3. Titanyum alaşımlarının sınıflandırılması ve kullanımları
Isıya dayanıklı alaşımlar, yüksek mukavemetli alaşımlar, korozyona dayanıklı alaşımlar (titanyum-molibden alaşımları, titanyum-paladyum alaşımları, vb.), düşük sıcaklık alaşımları ve benzersiz fonksiyonel alaşımlar, kullanım amaçlarına göre titanyum alaşımları için bazı kategorilerdir ( titanyum-demir hidrojen depolama malzemeleri ve titanyum-nikel hafızalı alaşımlar). Titanyum ve alaşımları çok uzun bir süredir kullanılmamasına rağmen olağanüstü nitelikleri nedeniyle şimdiden çok sayıda büyük ödül aldılar. Mukavemeti, düşük ağırlığı ve yüksek sıcaklıklara dayanıklılığı nedeniyle, özellikle çeşitli uzay araçlarının ve uçakların imalatı için çok uygundur. Havacılık sektörü şu anda dünya çapında üretilen titanyum ve titanyum alaşımlarının yaklaşık yüzde 75'ini kullanıyor. Daha önce titanyum alaşımlarından yapılmış, ancak orijinal olarak alüminyum alaşımlarından yapılmış birkaç bileşen vardır.
4. havacılık uygulamalarının titanyum alaşımı
Titanyum alaşımı esas olarak dövme titanyum fanlar, kompresör diskleri ve bıçakları, motor kaportaları, egzoz cihazları ve diğer parçaların yanı sıra uçak kiriş ayırıcısı ve diğer yapısal çerçeve parçaları gibi uçak ve motor imalat malzemelerinde kullanılır. Yapay dünya uyduları, ay modülleri, insanlı uzay araçları ve uzay mekikleri de titanyum alaşımlı levha kaynaklı parçalar kullanır.
1950'de Amerika Birleşik Devletleri'nde ilk kez F-84 avcı-bombardıman uçağında arka gövde ısı kalkanı, rüzgar kalkanı, kuyruk başlığı ve diğer yük taşımayan bileşenler olarak kullanıldı. 60'lı yıllar, yapısal çelik imalat ara parçası, kiriş, kanat sürgüsü ve diğer önemli yük taşıyıcı bileşenlerin yerine kısmen arka gövdeden gövdeye kadar titanyum alaşımlı parçalar kullanılmaya başlandı. 70'li yıllardan itibaren sivil uçaklarda, Boeing 747 yolcu uçağı gibi büyük miktarlarda titanyum alaşımı kullanılmaya başlandı. İşleme teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, roketlerde, yapay uydularda ve uzay araçlarında da çok sayıda titanyum alaşımı kullanıldı.
Uçak ne kadar gelişmişse, o kadar çok titanyum kullanılır. ABD F-14Bir savaş uçağı, uçağın ağırlığının yaklaşık yüzde 25'ini oluşturan titanyum alaşımı kullanır; F-15Yüzde 25,8 için bir savaş uçağı; ABD'nin dördüncü nesil savaş uçağı yüzde 41 titanyum miktarıyla, F119 motoru yüzde 39 titanyum miktarıyla şu anda en yüksek miktarda titanyum uçağı.
5. Titanyum alaşımlarının havacılıkta çok sayıda kullanılmasının nedenleri
Modern uçak yolculuğunun maksimum hızı, ses hızının 2,7 katından fazlasına ulaştı. Böylesine hızlı bir süpersonik uçuş, uçağın havaya sürtünmesine ve çok fazla ısı üretmesine neden olacaktır. Uçuş hızı ses hızının 2,2 katına ulaştığında, alüminyum alaşımları artık buna dayanamaz. Yüksek sıcaklığa dayanıklı titanyum alaşımları kullanılmalıdır.
Uçak motorunun itme-ağırlık oranı 4-6'den 8-10'e yükseltildiğinde, kompresör çıkışının sıcaklığı da buna uygun olarak 200-300 dereceden 500-600'ye yükselir. derece, alüminyumdan yapılmış orijinal düşük basınçlı kompresör diski ve bıçağı titanyum alaşımına değiştirilmelidir.
Son yıllarda bilim adamları titanyum alaşımı performans araştırma çalışmaları üzerinde yeni ilerlemeler kaydetmeye devam ediyor. Titanyum, alüminyum, vanadyumdan oluşan orijinal titanyum alaşımı, en yüksek çalışma sıcaklığı 550 derece ~ 600 derece ve yeni geliştirilen titanyum alüminyum (TiAl) alaşımı, en yüksek çalışma sıcaklığı 1040 dereceye çıkarıldı.
Yüksek basınçlı kompresör diskleri ve kanatları üretmek için paslanmaz çelik yerine titanyum alaşımlarının kullanılması yapının ağırlığını azaltabilir. Bir uçaktaki her yüzde 10'luk ağırlık azaltımı için yüzde 4'lük yakıt tasarrufu elde edilebilir. Roketler için her 1 kg ağırlık azaltma, menzili 15 km artırabilir.
6.titanyum alaşım işleme özellikleri analizi
Her şeyden önce, titanyum alaşımının termal iletkenliği düşüktür, çeliğin sadece 1/4'ü, alüminyum 1/13, bakır 1/25'tir. Kesme alanındaki yavaş ısı dağılımı nedeniyle, kesme işleminde termal dengeye elverişli değildir, ısı dağılımı ve soğutma etkisi çok zayıftır, kesme alanında yüksek sıcaklık oluşturmak kolaydır, işlemden sonra parça deformasyon geri tepmesi, sonuçta ortaya çıkan artan tork kesme aletinde, kenar hızlı aşınma, dayanıklılık azalır.
İkincisi, titanyum alaşımının termal iletkenliği düşüktür, bu nedenle kesme aletinin yakınındaki küçük alanda biriken kesme ısısının dağılması kolay değildir, ön takım yüzey sürtünmesi artar, talaşlanması kolay değildir, kesme ısısının dağılması kolay değildir, hızlanır alet aşınması. Son olarak, titanyum alaşımı kimyasal aktivitesi yüksektir, yüksek sıcaklıklarda işlemenin alet malzemesiyle reaksiyona girmesi kolaydır, çözünür oluşumu, difüzyon, yapışkan bıçak, yanan bıçak, kırık bıçak ve diğer fenomenlerle sonuçlanır.
