Títanlegeringar í loftfimi

Loftfærsla hefur verið hluti af daglegu lífinu okkar—hvort sem það er með loftvagnaflutningum eða ferðum með flugvéla. Þegar við horfum upp á himininn og sjáum flugvélar fljúga yfir höfuð okkar vekur það upp náttúrulega spurninguna: hvaða efni eru notað til að búa til flugvélar sem geta fært slíka mikla þyngd og starfa á háum hæðum?
Látum okkur kanna efnin sem liggja að þessari merkilegu getu.

Yfirlit yfir títan

Árið 1948 tókst DuPont að ná framframleiðslu af titansvöfn með magnesiumafrhreinsunaraðferðinni, sem merkti mikilvægt átak í sögu titansmaterjala. Þar af leiðandi hafa titansleifur verið víða notaðar í ýmsum iðnaðarsviðum vegna framúrskarandi eiginleika þeirra, meðal annars háð sérstyrk, frábæra móttölu gegn rýmingu og framúrskarandi hitamótþol .

Titani er mikill frumefni í jörðarskorpunni og er í níunda sæti með tilliti til heildar fjölda , sem er langt fremur en fjöldi algengra metalla eins og kopar, sink og tin. Hann er víða dreifður í mörgum tegundum bergs, sérstaklega í sandi og leir, þar sem útbúðirnar eru sérstaklega miklar.

Eiginleikar titans

Titan hefur fjölda framúrskarandi eiginleika, meðal annars háan styrk, háan hitastyrk, frábæra móttölu gegn rýmingu, framúrskarandi virkni við lága hitastig og sterka efnafræðilega virkni .

Til dæmis er styrkur títans langt hærri en það er í álvínlegerum, magnesiumlegeringum og rustfritt steini, sem gerir hann einn af frábæra staðallmetallunum. Títanlegeringar sýna einnig framúrskarandi árangur við hærra hitastig, með starfshita sem er miklu hærra en það er í álvínlegerum, og geta viðhaldið lengri tíma árangri við 450–500°C .

Auk þess sýnir títan frábæran mótstöðu gegn sýrum, basum og loftslagsróðrun, sérstaklega við puncta- (eða röndunar)róðrun og spennuróðrunarsprengingar við lágt hitastig halda títanlegeringar svo sem TA7 góða deyfð og eiginleika í viðhaldsmechaník, jafnvel við hitastig eins lágt og –253°C .

Hins vegar er efnið mjög virkt við hærra hitastig og getur auðveldlega reagað við gas í loftinu, svo sem vetnis- og súrefni, og mynda harða yfirborðslög. Auk þess hefur títanlegeringar tiltölulega lágan hitaleiðni – um 1/4 niklins, 1/5 járns og 1/14 álúmíniums —þ während þeirra snertifjaðri er um það bil helmingur steals . Þessi eiginleikar gera títan óskiptanlegan í mörgum háþróaðum verkfræðiöpplýsingum.

Flokkun og notkun títanlegera

Títanlegerar má flokka eftir notkun í hitastandvægar legeringar, hásterku legeringar, mótvirkisvægar legeringar (t.d. Ti-Mo og Ti-Pd legeringar), lágt hitastig legeringar , og sérstakar virkilegar legeringar , þar á meðal títan-járn vetnisgiskerfisefni og títan-níkel minnismálmur.

Þótt notkunarsaga títanálma sé tiltölulega stutt, hefur framúrskarandi afrekstur hennar gefið henni margar heiðursmerkingar, ein þeirra er titillinn „geimmetall.“ Þessi titull leiðir af því að þau eru létt, hafa háa styrkleika og mikla hitastöðugleika, sem gerir þau að ímyndilegum efnum fyrir flugvélar og geimfarartæki.

Í dag er um það bil þrjá fjórðungar heimsframleiðslu títans og títanalma notað í geim- og loftfarsviðinu , og margir hlutar sem áður voru gerðir úr álúmíníumálmi eru nú skiptir út fyrir títanalma.

Notkun í loftfari

Títanalmar eru lykilefni í framleiðslu á flugvélum og vélum. Þeir eru víða notaðir í sveifluforguðum hlutum, samþrýstidiskum og blöðrum, vélhylsum og útgangsskerfum ,samt við styrktarefni eins og rammar og þverveggir .

Í loft- og rýmisþekktum forritum gerir hátt sérstakt styrkleiki, mótsögu gegn rosti og góð virkni við lága hitastig títánlegera að ólíku hentugum fyrir þrýstidælur, eldsneytisgeysir, festingarhlutir, tæknistrengir, styrktarammarnir og reikistöngvar . Títánlegera plötusveiflur eru víða notaðar í gervitunglum, tunglmodulunum, mannaðum geimskipum og geimfarþegaskipum .

Árið 1950 notaði Bandaríkin fyrst títánlegera í F-84 bardagamann-flugvélina , þar sem þær voru notaðar í hlutum sem ekki berja álag, svo sem hitavörn á aftanhluta líkamsins, loftleiðslur og lokaþverveggir á sporði. Frá 1960-tölu tóku títánlegera að vera notaðar ekki aðeins á aftanhluta líkamsins heldur einnig á miðhluta líkamsins, þar sem þær tóku á hluta af staðlaðri steinsteypu í þverveggjum, bjálkum og flakaskotum .

Á 1970-tölu, með massaframleiðslu borgaralægra flugvéla eins og Boeing 747 , aukist notkun titans verulega. Einungis Boeing 747 notar meira en 3.640 kg af titani , sem svarar til um það bil 28% af byggingarþyngd flugvélarinnar . Titansamsetningar voru einnig notaðar á víðan hátt í geimflugvélum, geimskutlum og geimfarum.

Vinnubreytur titansamsetninga

Fyrst og fremst hafa titansamsetningar tiltölulega lágan hitastigshreyfingu – aðeins um fjórðung hitastigshreyfingu stáls, eitt þrettándahundraðsalmenings hitastigshreyfingu álvíns og eitt tuttugustu-fimmtuhundraðsalmenings hitastigshreyfingu kopars við vinnslu er hitaleiðsla og kæling þess vegna óvirk, sem leidir til hárra hitastiga sem eru fókuseruð í skurðsvæðinu . Þetta getur valdið breytingum á vinnustuðli og elástískri endurheimt, auka skurðmót, hrökkva slíðrun á skurðbrjósti tólins og minkka tólalífstíðina átökum.

Annars, vegna þess að skurðhitinn er fókuseraður nálægt skurðbrjóstinu og getur ekki dreifst fljótt, eykst friðjun á framsíðunni á tólinu, sem gerir úrslit skurðsúlunnar erfiðara og hrökkvar frekar slíðrun á tólinu.

Loks, við hærra hitastig eykst efnafræðileg virkni títanílegera markvörðugt. Þau hafa þendur til að reaga við efnum í tólinu, sem leidir til viðfestingar, dreifingar og myndunar á uppbyggðum brjósti . Þessi fyrirbæri geta leidir til þess að tólið festist, brennur eða brotnar, sem áhrifar alvarlega vinnslu gæði og árangurs.

Fyrirheit vinnslumiðstöðva

Vinnusviðmálar geta unnið margar hluti samtímis, sem miklu meiri framleiðslueffekt. Háa nákvæmni þeirra tryggir árangur með mikilli samræmi og með tólakompensationsfunktionum er hægt að nýta nákvæmni vélarinnar fullkomlega.

Vinnusviðmálar bjóða einnig upp á sterka viðlögun og flókhleika , og geta auðveldlega unnið bogabreytingar, skálabreytingar og rúndunarskipti. Áframhaldandi er að þeir styðja margföld virkni , þar á meðal fræsingu, borðun, gatningu og þráðun – allt á einni vélu.

Út frá sjónarhóli kostnaðarstjórnunar leyfa vinnusviðmálar nákvæma kostnaðarreikningu og framleiðsluplanun, felur í sér ekki þörf á sérstökum festingum, minnkar heildarkostnaðinn og styttr framleiðslutíma. Þeir minnka líkamlega álag starfsfólksins miklu og geta verið án greina sameinuð við CAM-hugbúnað eins og UG (NX) að framkvæma fjölása vinnslu.

Val á skurðverkfærum og kælivökum

Val á viðeigandi skurðverkfærum og kælivökum er mikilvægt við vinnslu af títaníulegum legeringum. Efni skurðverkfæra verður að hafa háa hárdleika og slitageindrátt til að tryggja árangur í efnaafdrátt. Val á kælivökum áhrifar beint gæði og árangur vinnslu — réttir kælivökur minnka friðjun og skurðhitann, lengja líftíma skurðverkfæra og bæta nákvæmni vinnslu.

1. Kröfur til skurðverkfæraefna

• Hárdleiki skurðverkfæra verður að vera miklu hærri en títaníulegra legeringa til að mögulegja árangursríka skurðvinnslu.
• Skurðverkfæri verða að hafa nægan styrk og þolmæti til að standa álaginu frá háum snúningstorgi og skurðkrafti.
• Á meðan títaníulegar legeringar eru mjög þolmætar verða skurðbrúnirnar að vera ávallt skarpar; því er óþarfi að skurðverkfæri hafi úmerkt slitageindrátt til að lágmarka vinnsluþörðun.

2. Val á endaskurðhjólsformi

Ástæða þess er einstök vinnubrögð títanlegera, sem leiða til mikilla munar á end-mill-geometríu og venjulegrum tólum.
A minni snúði horn (β) er mælt með til að auka rilluvolum, bæta chipsafvörun og bæta hitaleiðingu.

3. Val á skurðfæribreytum

Þegar títanleger eru vinnin, lægri skurðhraðar ættu að vera notaðir, í samspili við viðeigandi fæðuhraða, áskiljanlega skurðdýpt og stýrða eftirvinnsluaukahlutföll.

4. Val á kæli- og notkun kælivökva

Kælivökvar sem innihalda klór ættu að verða forðaðir til að koma í veg fyrir myndun eitrunar efna og vetnisbráðs, og jafnframt minnka hættuna á spennusprettuskörðun við hærra hitastig.
Mælt er með því að nota sýntetískar vatnslausnar emulsjurnar eða sérstaklega gerðar kælivökvar hentugir fyrir vinnslu á títaníuleggi.