Titaanlegerings in die Lugvaart

Lugvervoer het 'n geïntegreerde deel van ons daaglikse lewens geword—of dit nou lugvrachtlogistiek of reis met die vliegtuig is. Wanneer ons na die lug kyk en vliegtuie wat bo ons verbyvlieg, waarneem, ontstaan daar natuurlik die vraag: watter materiale word gebruik om vliegtuie te bou wat so massiewe lasse kan dra en by hoë altitudes kan bedryf?
Kom ons ondersoek die materiale agter hierdie opmerklike vermoë.

Oorsig van Titaan

In 1948 het DuPont met sukses die industriële vervaardiging van skyfjie-titaan met behulp van die magnesium-verminderingproses bereik, wat ’n groot waterskeiding in die geskiedenis van titaanmateriale gemerk het. Sedertdien is titaanlegerings wêreldwyd in verskeie nywerhede toegepas as gevolg van hul uitstaande fisiese eienskappe, insluitend hoë spesifieke sterkte, uitstekende korrosiebestandheid en superieure hittebestandheid .

Opmerklik is dat titaan ’n volop element in die aardkors is en die negende plek inneem ten opsigte van algehele volopheid , wat ver bokant dié van algemeen gebruikte metale soos koper, sink en tin lê. Dit kom wydverspreid voor in baie soorte rotse, veral in sande en kleie, waar die voorrade veral groot is.

Eienskappe van Titaan

Titaan toon ’n reeks buitengewone eienskappe, insluitend hoë sterkte, hoë termiese sterkte, uitstekende korrosiebestandheid, voortreflike lae-temperatuurprestasie en sterk chemiese aktiwiteit .

Spesifiek is die sterkte van titaan ver bokant dié van aluminiumlegerings, magnesiumlegerings en roestvrystaal, wat dit een van die uitstaande strukturele metale maak. Titaanlegerings presteer ook uitstekend by verhoogde temperature, met bedryfstemperature wat aansienlik hoër is as dié van aluminiumlegerings, en kan langtermynprestasie behou by 450–500°C .

Daarbenewens toon titaan uitstekende weerstand teen sure, alkalië en atmosferiese korrosie, veral met betrekking tot pitskorrosie en spanningkorrosiebreuk . By lae temperature behou titaanlegerings soos TA7 goeie vervormbaarheid en meganiese eienskappe, selfs by temperature so laag as –253°C .

Egter toon titaan hoë chemiese reaktiwiteit by verhoogde temperature en kan maklik met gasse soos waterstof en suurstof in die lug reageer om geharde oppervlaklae te vorm. Verder het titaanlegerings ’n relatief lae termiese geleidingsvermoë—ongeveer 1/4 van nikkel, 1/5 van yster en 1/14 van aluminium —terwyl hul elastisiteitsmodulus ongeveer is die helfte van staal . Hierdie eienskappe maak titaan onontbeerlik in baie gevorderde ingenieurs-toepassings.

Klassifikasie en toepassings van titaanlegerings

Titaanlegerings kan volgens hul toepassings geklassifiseer word as hittebestendige legerings, hoë-vigtheid-legerings, korrosiebestendige legerings (soos Ti-Mo- en Ti-Pd-legerings), lae-temperatuurlegerings , en spesiale funksionele legerings , insluitend titaan–yster waterstofopslagmateriale en titaan–nikkel vormgeheuelegerings.

Al is die toepassingsgeskiedenis van titaanlegerings relatief kort, het hul uitstaande prestasie hulle verskeie onderskeidings besorg, een waarvan die titel is „ruimtemetaal“. Hierdie aanduiding kom voort uit hul liggewig, hoë sterkte en uitstekende hittebestandheid, wat hulle tot ideale materiale vir vliegtuie en ruimtevaartuie maak.

Tans word ongeveer drie kwart van die wêreld se titaan- en titaanlegeringsproduksie in die lugvaart- en ruimtevaartsektor gebruik , met baie komponente wat voorheen van aluminiumlegerings gemaak is, nou vervang word deur titaanlegerings.

Lugvaarttoepassings

Titaanlegerings is noodsaaklike materiale in die vervaardiging van vliegtuie en enjins. Hulle word wyd gebruik in gesmeede ventilatorkomponente, kompressor skyfies en blare, enjinhuise en uitlaatstelsels , sowel as strukturele komponente soos raamwerke en skuifwande .

In lugvaarttoepassings maak die hoë spesifieke sterkte, korrosiebestandheid en lae-temperatuurprestasie van titaanlegerings dit ideaal vir drukhouers, brandstoftenks, bevestigingsmiddels, instrumentbandjies, strukturele raamwerke en vuurpylvellings . Titaanlegering-plaatlasverbindings word wyd gebruik in kunsmatige satelliete, maanmodules, bemanne ruimtetuie en ruimtevliegtuie .

In 1950 het die Verenigde State titaanlegerings vir die eerste keer toegepas op die F-84 vegbomwerper , waar dit gebruik is vir nie-draende komponente soos agterliggaam-hittebeskermers, lugkanale en stertstromingsveredelings. Vanaf die 1960’s het titaanlegerings hul toepassing uitgebrei van agterliggaam-toepassings na die middel-liggaam, waar dit strukturele staal gedeeltelik vervang het in skuifwande, balks en klepbaanstrukture .

Teen die 1970’s, met die massaproduksie van burgerlike vliegtuie soos die Boeing 747 , het die gebruik van titaan dramaties toegeneem. Die Boeing 747 alleen het meer as 3 640 kg titaan gebruik, wat ongeveer 28% van die vliegtuig se strukturele massa uitgemaak het. Titaanlegerings is ook wydverspreid in raketters, satelliette en ruimtetuie gebruik.

Meganiese bewerkingskenmerke van titaanlegerings

Eerstens het titaanlegerings ’n relatief lae termiese geleiding—net sowat ’n kwart van staal se waarde, een-dertienste van aluminium s’n en een-vyf-en-twintigste van koper s’n tydens bewerking is hitte-afvoer en verkoeling dus ondoeltreffend, wat lei tot hoë temperature wat gekonsentreer is in die snygebied . Dit kan werkstukvervorming en elastiese herstel veroorsaak, snymoment verhoog, snyselmisbruik versnel en die leeftyd van die gereedskap aansienlik verminder.

Tweedens, omdat snyhitte naby die snysel gekonsentreer is en nie vinnig afgevoer kan word nie, neem wrywing op die voorvlak toe, wat spaanderverwydering moeiliker maak en snyselmisbruik verdere versnel.

Laastens neem die chemiese aktiwiteit van titaanlegerings by verhoogde temperature aansienlik toe. Hulle het ‘n neiging om met gereedskapmateriale te reageer, wat lei tot aanhegting, diffusie en die vorming van ‘n opgeboude rand . Hierdie verskynsels kan lei tot gereedskapvasvang, -verbranding of -breek, wat die bewerkingskwaliteit en -doeltreffendheid ernstig beïnvloed.

Voordelle van Machineringssentrums

Snysentra kan verskeie komponente gelyktydig verwerk, wat die produsie-effektiwiteit aansienlik verbeter. Hul hoë presisie verseker uitstekende produk-konsekwentheid, en met gereedskap-kompensasiefunksies kan die inherente akkuraatheid van die masjien gereedskap ten volle benut word.

Snysentra bied ook sterk aanpasbaarheid en veelsydigheid , wat dit maklik maak om boogverwerking, afskuifing en afrondingsoorgange te hanteer. Indrukwekkender nog is dat hulle ondersteun veelfunksionele bewerkings , insluitend fresewerk, borrelwerk, boring en skroefdraaduitsnyding — alles op een enkele masjien.

Vanuit 'n kostebeheerperspektief laat snysentra akkurate kosteberekeninge en produksiebeplanning toe, elimineer die behoefte aan spesialiseerde vasleggingstoestelle, verminder die totale koste, en verkort produksiesiklusse. Hulle verminder ook die arbeidsintensiteit aansienlik en kan naadloos geïntegreer word met CAM-sagteware soos UG (NX) om multi-as bewerking uit te voer.

Keuse van snygereedskap en koelmiddels

Die keuse van toepaslike snygereedskap en koelmiddels is krities tydens die bewerking van titaanlegerings. Gereedskapmateriale moet die volgende eienskappe hê: hoë Hardheid en Slijtstansigheid om doeltreffende materiaalverwydering te verseker. Die keuse van die koelmiddel beïnvloed direk die bewerkingskwaliteit en -doeltreffendheid—geskikte koelmiddels verminder wrywing en snyhitte, verleng gereedskaplevensduur en verbeter bewerkingsakkuraatheid.

1. Vereistes vir gereedskapmateriaal

• Die hardheid van die gereedskap moet beduidend hoër wees as dié van titaanlegerings om doeltreffende snyding moontlik te maak.
• Gereedskap moet voldoende sterkte en taaiheid besit om hoë draaimoment en snykragte te weerstaan.
• Aangesien titaanlegerings baie taai is, moet die snyrande skerp bly; daarom word uitstekende versletingsweerstand vereis om werkverharding tot 'n minimum te beperk.

2. Keuse van die einde-snyersgeometrie

Weens die unieke bewerkingskenmerke van titaanlegerings verskil die einde-snyersgeometrie beduidend van konvensionele gereedskap.
A kleiner spiraalhoek (β) word aanbeveel om die groefvolume te verhoog, spaande-verwydering te verbeter en hitte-afvoer te verbeter.

3. Keuse van snyparameters

Wanneer titaanlegerings bewerk word, laer snyspoed moet gebruik word, gekombineer met toepaslike voedingskoerse, redelike snydieptes en beheerde afwerktoelaes.

4. Keuse en toepassing van koelmiddel

Koelmiddels wat chloor bevat, moet vermy word om die vorming van giftige stowwe en waterstofverswakking te voorkom, sowel as om die risiko van spanningkorrosie-kraaking by verhoogde temperature te verminder.
Dit word aanbeveel om sintetiese wateroplosbare emulsies of spesiaal geformuleerde koelmiddels wat geskik is vir die bewerking van titaanlegerings.