Titano lydiniai aviacijoje

Oro transportas tapo neatskiriama mūsų kasdienybės dalimi – tiek oro krovinių logistikos, tiek skrydžių lėktuvais požiūriu. Kai pakeliame akis į dangų ir stebime praskrendančius virš mūsų orlaivius, iškyla natūralus klausimas: iš kokių medžiagų pagaminti lėktuvai, kurie gali vežti tokias milžiniškas krovinio mases ir veikti didelėse aukštumose?
Pažvelkime į šios nuostabios galimybės medžiaginį pagrindą.

Titano apžvalga

1948 metais „DuPont“ sėkmingai pradėjo pramoninę kietosios titano gamybą naudodama magnio redukcijos procesą, kas tapo svarbiu etapu titano medžiagų istorijoje. Nuo to laiko titano lydiniai dėl jų išskiltingų fizinių savybių buvo plačiai taikomi įvairiose pramonės šakose, įskaitant aukštą specifinį stiprumą, puikią korozijos atsparumą ir aukštą šiluminį atsparumą .

Verta paminėti, kad titanas yra dažnas elementas Žemės žievėje, jo paplitimas užima devintąją vietą pagal bendrą paplitimą , kuris daug didesnis nei dažnai naudojamų metalų, tokių kaip varis, cinkas ir aliuminis. Jis plačiai išsisklaidęs įvairiuose uolų tipuose, ypač smėliuose ir moliuose, kur jo atsargas yra ypač didelės.

Titano savybės

Titanas pasižymi įvairiomis išskiltingomis savybėmis, įskaitant aukštą stiprumą, aukštą šiluminį stiprumą, puikią korozijos atsparumą, puikią žemų temperatūrų veikimo savybes ir stiprią cheminę aktyvumą .

Ypač titano stiprumas žymiai viršija aliuminio lydinių, magnio lydinių ir nerūdijančiųjų plienų stiprumą, todėl jis yra vienas iš labiausiai išsiskiriančių konstrukcinių metalų. Titano lydiniai taip pat puikiai veikia padidintose temperatūrose – jų darbinės temperatūros žymiai aukštesnės nei aliuminio lydinių, o ilgalaikiams veikimo režimams jie gali būti naudojami temperatūroje 450–500 °C .

Be to, titanas puikiai atsparus rūgščių, šarmų ir atmosferos korozijai, ypač stipriai atsparus duobutinei korozijai ir įtempimo korozijos skilimui žemose temperatūrose titano lydiniai, pvz., TA7 išlaiko gerą plastichiškumą ir mechanines savybes net esant temperatūroms, siekiančioms –253 °C .

Tačiau titanas padidintoje temperatūroje pasižymi dideliu cheminio aktyvumo laipsniu ir lengvai reaguoja su oru esančiais dujiniais elementais, tokiais kaip vandenilis ir deguonis, sudarydamas kietėjančias paviršiaus sluoksnius. Be to, titano lydiniai turi santykinai žemą šilumos laidumą – maždaug ketvirtadalis nikelio, penktadalis geležies ir keturioliktdalis aliuminio —tuo tarpu jų tampriojo modulio reikšmė yra apytiksliai pusė plieno . Šios savybės daro titano lydinius neįkainojamai svarbius daugelyje pažangios inžinerijos taikymų.

Titano lydinių klasifikacija ir taikymas

Titano lydinius pagal jų taikymą galima klasifikuoti kaip šilumai atsparius lydinius, didelės stiprybės lydinius, korozijai atsparius lydinius (pvz., Ti-Mo ir Ti-Pd lydinius), žematemperatūrinius lydinius , ir ypač funkcionaliuosius lydinius , įskaitant titano–geležies vandenilio kaupimo medžiagas ir titano–nikelio formos atminties lydinius.

Nors titano lydinių taikymo istorija yra gana trumpa, jų išsiskiriantys rodikliai jiems uždirbo daugybę apdovanojimų, vienas iš kurių – pavadinimas „kosminis metalas“. Šis pavadinimas kilo dėl jų mažo svorio, didelės stiprybės ir puikių aukštų temperatūrų atsparumo savybių, todėl jie yra idealūs lėktuvų ir kosminės technikos transporto priemonių gamybai.

Šiuo metu apytiksliai trijos ketvirtosios viso pasaulinio titano ir titano lydinių gamybos naudojamos aviacijos ir kosmoso sektoriuje , o daugelis komponentų, kurie anksčiau buvo gaminami iš aliuminio lydinių, dabar pakeičiami titano lydiniais.

Aviacijos taikymas

Titano lydiniai yra esminės medžiagos lėktuvų ir variklių gamyboje. Jie plačiai naudojami kovanose ventiliatoriaus detalėse, kompresoriaus diskų ir mentų, variklio korpusuose, išmetimo sistemose , taip pat konstrukciniai komponentai, tokie kaip ramos ir pertvaros .

Aerospace taikymuose titano lydinių didelė specifinė stiprybė, korozijos atsparumas ir žemų temperatūrų veikimo savybės daro juos idealiais slėgio indams, kuro bakams, tvirtinimo elementams, prietaisų laikikliams, konstrukcinioms ramoms ir raketų korpusams titano lydinių lakštų suvirintosios konstrukcijos plačiai naudojamos dirbtinėse palydovuose, mėnulio moduliuose, pilotuojamuose kosminiuose aparatuose ir kosminiuose lėktuvuose .

1950 metais Jungtinės Valstijos pirmą kartą titano lydinius pritaikė F-84 karo lėktuvui-bombonešiui , naudodamos juos nešančiosioms dalims, pvz., užpakalinio korpuso šilumos skyrams, oro kanalams ir užpakalinio stabilizatoriaus apvalkalams. Nuo 1960-ųjų titano lydiniai buvo išplėsti nuo užpakalinio korpuso taikymų į vidurinį korpusą, dalinai pakeisdami konstrukcinį plieną pertvarose, sijose ir sklendžių bėgiuose .

XX aštuonioliktajame dešimtmetyje, pradėjus masiškai gaminti civilinius orlaivius, tokius kaip Boeing 747 , titano naudojimas žymiai padidėjo. Viename „Boeing 747“ buvo naudojama daugiau nei 3640 kg titano , kas sudaro apytiksliai 28 % lėktuvo konstrukcinės masės . Titano lydiniai taip pat plačiai pradėti naudoti raketose, palydovuose ir kosminiuose aparatuose.

Titano lydinių apdirbimo savybės

Pirma, titano lydiniai turi santykinai žemą šilumos laidumą – tik apie ketvirtadalį plieno, vieną tryliktąją aliuminio ir vieną dvidešimt penktąją vario šilumos laidumo apdirbant šilumos pašalinimas ir aušinimas todėl yra neefektyvūs, dėl ko kyla aukštos temperatūros, susikaupusios pjovimo zonoje . Tai gali sukelti apdorojamojo gaminio deformaciją ir tamprų atstatymą, padidinti pjovimo momentą, pagreitinti įrankio pjovimo krašto ausimą ir žymiai sumažinti įrankio tarnavimo trukmę.

Antra, kadangi pjovimo šiluma susikaupia arti pjovimo krašto ir negali greitai išsisklaidyti, pjaustymo paviršiuje trintis didėja, dėl ko sunkėja skutų pašalinimas ir dar labiau pagreitinamas įrankio ausimas.

Galiausiai, esant padidėjusiai temperatūrai, titano lydinių cheminė aktyvumas žymiai padidėja. Jie linkę reaguoti su įrankio medžiaga, dėl ko susidaro prilipimas, difuzija ir susidaro sukauptasis kraštas . Šie reiškiniai gali sukelti įrankio prilipimą, perdegimą arba lūžimą, rimtai paveikdami apdirbimo kokybę ir efektyvumą.

Apdirbimo centrų privalumai

Apdirbimo centrai gali vienu metu apdirbti kelis komponentus, dėl ko žymiai padidėja gamybos našumas. Jų didelė tikslumas užtikrina puikią gaminio vientisumą, o įrankių kompensavimo funkcijos leidžia visiškai panaudoti paties staklių tikslumą.

Apdirbimo centrai taip pat siūlo stiprią pritaikomumą ir lankstumą , lengvai atliekant lankų apdirbimą, kraštų suapvalinimą ir kraštų suapvalinimo perėjas. Dar įspūdingiau yra tai, kad jie palaiko daugiafunkcines operacijas , įskaitant frezavimą, gręžimą, išplėšimą ir sriegimo frezavimą – viską vienose staklėse.

Iš kaštų kontrolės požiūrio apdirbimo centrai leidžia tiksliai skaičiuoti kaštus ir planuoti gamybą, pašalina specializuotų tvirtinimo įrenginių poreikį, sumažina bendrus kaštus ir sutrumpina gamybos ciklus. Taip pat jie žymiai sumažina darbo intensyvumą ir gali būti be problemų integruojami su CAM programinėmis priemonėmis, tokios kaip UG (NX) atlikti daugiaplokščių apdirbimą.

Pjovimo įrankių ir aušinimo skysčių pasirinkimas

Titanio lydinių apdirbimo metu tinkamų pjovimo įrankių ir aušinimo skysčių pasirinkimas yra kritiškai svarbus. Įrankių medžiagos turi būti atsparios aukštas tvirtumas ir ausvartis kad būtų užtikrintas efektyvus medžiagos šalinimas. Aušinimo skysčių pasirinkimas tiesiogiai veikia apdirbimo kokybę ir efektyvumą – tinkami aušinimo skystys sumažina trintį ir pjovimo šilumą, padidina įrankių tarnavimo laiką ir pagerina apdirbimo tikslumą.

1. Įrankių medžiagos reikalavimai

• Įrankių kietumas turi būti žymiai didesnis nei titanio lydinių, kad būtų galima efektyviai pjauti.
• Įrankiai turi turėti pakankamai stiprumo ir kietumo, kad ištvertų didelius sukimo momentus ir pjovimo jėgas.
• Kadangi titanio lydiniai yra labai kieti, pjovimo kraštai turi išlaikyti aštrumą; todėl reikalinga puiki nusidėvėjimo atsparumas, kad būtų sumažinta medžiagos užkietėjimo reišmė.

2. Frezos geometrijos pasirinkimas

Dėl titanio lydinių unikalių apdirbimo savybių frezos geometrija žymiai skiriasi nuo įprastų įrankių.
A mažesnis sukimo kampas (β) rekomenduojama padidinti griovelių tūrį, pagerinti skutimo nuošalinimą ir gerinti šilumos išsiskyrimą.

3. Pjovimo parametrų parinkimas

Apdirbant titano lydinius, reikia naudoti žemesnius pjovimo greičius, kartu su tinkamais padavimais, racionaliais pjovimo gyliais ir kontroliuojamomis baigiamosiomis priedais.

4. Aušinimo skysčių parinkimas ir taikymas

Reikia vengti chlorą turinčių aušinimo skysčių, kad būtų išvengta nuodingų medžiagų susidarymo, vandenilio embritėjimo bei sumažintų įtempimo korozinio suyrimo rizika aukštoje temperatūroje.
Rekomenduojama naudoti dirbtinius vandenyje tirpius emulsijas arba specialiai paruošti aušinamieji skysčiai, tinkami titano lydinių apdirbimui.