航空材料為什么非得要用鈦合金,？

twq19810302

. q0 L% j9 M" M鈦與航空有著不解之緣,。1953年,，在美國道格拉斯公司生產(chǎn)的DC-T機(jī)發(fā)動機(jī)吊艙和防火壁上首次使用鈦材,，從而揭開了鈦航空應(yīng)用的歷史。從那時以來,，鈦在航空上已應(yīng)用了半個多世紀(jì),。鈦能在航空上廣泛應(yīng)用是由于它有適于飛機(jī)應(yīng)用的許多寶貴特性,。今天我們就來講講航空材料為什么非得要用鈦合金。

一,、鈦的簡介
) l  f; @$ o* [3 M
1948年美國杜邦公司才用鎂法成噸生產(chǎn)海綿鈦——這標(biāo)志著海綿鈦即鈦工業(yè)化生產(chǎn)的開始,。而鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好,、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域,。

6 t# g6 C. m$ a& a' B鈦在地殼中含量較豐富，含量排第九位,，遠(yuǎn)高于銅,、鋅、錫等常見金屬,。鈦廣泛存在于許多巖石中，特別是砂石和粘土中,。
! M, w3 G: [) y% f
二,、鈦的特性
& ^. q' n& p; s0 p) B! \
強(qiáng)度高：是鋁合金的1.3倍，鎂合金的1.6倍,，不銹鋼的3.5倍,，金屬材料中的冠軍。

4 c; |" r5 ^  N( F熱強(qiáng)度高：使用溫度比鋁合金高幾百度,，可在450～500℃的溫度下長期工作,。
9 |' ?% L9 s8 h; P9 S
: }6 a% T4 l  p' l. y; k抗蝕性好：耐酸、耐堿,、耐大氣腐蝕,，對點蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng),。
1 j7 p; E: Z( F, V6 O# ^
低溫性能好：間隙元素極低的鈦合金TA7,，在-253℃下還能保持一定的塑性。
! d3 A" w- n. y6 M# s; M
化學(xué)活性大：高溫時化學(xué)活性很高,，輕易與空氣中的氫,、氧等氣體雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硬化層,。
# l; n8 p0 u5 o, k
. g  P, q' S7 b0 O( T; H: u7 {導(dǎo)熱系數(shù)小,、彈性模量小：導(dǎo)熱系數(shù)約為鎳的1/4,，鐵的1/5,，鋁的1/14，而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50％,。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2,。
7 |( _: h- Z, T8 d6 x5 t; z5 p6 E
三,、鈦合金的分類及用途
7 {  n/ x7 E" z- I2 g2 K7 K# e
- r: n# q5 I' V1 S4 p3 Y7 _鈦合金按用途可分為：耐熱合金、高強(qiáng)合金,、耐蝕合金(鈦-鉬,，鈦-鈀合金等)、低溫合金以及特殊功能合金(鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金)等,。

盡管鈦及其合金應(yīng)用的歷史不長,，但由于它那超眾的性能，已經(jīng)獲得了多個光榮稱號,。首先榮獲的稱號就是“空間金屬”,。它重量輕、強(qiáng)度大又耐高溫,，特別適于制造飛機(jī)和各種航天器,。目前世界上生產(chǎn)的鈦及鈦合金，大約有四分之三都用于航空航天工業(yè),。許多原來用鋁合金的部件,，都改用了鈦合金。

四,、鈦合金的航空應(yīng)用
! ~( w2 G8 M9 I! P7 R
鈦合金主要用于飛機(jī)及發(fā)動機(jī)的制造材料,，如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片,、發(fā)動機(jī)罩,、排氣裝置等零件以及飛機(jī)的大梁隔框等結(jié)構(gòu)框架件。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度,，耐腐蝕和耐低溫性能來制造各種壓力容器,、燃料貯箱、緊固件,、儀器綁帶,、構(gòu)架和火箭殼體。人造地球衛(wèi)星,、登月艙,、載人飛船和航天飛機(jī)也都使用鈦合金板材焊接件。

  \: s; s+ e" a- U; F

1950年美國首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上用作后機(jī)身隔熱板,、導(dǎo)風(fēng)罩,、機(jī)尾罩等非承力構(gòu)件。60年代開始鈦合金的使用部位從后機(jī)身移向中機(jī)身,、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框,、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。70年代起,，民用機(jī)開始大量使用鈦合金,，如波音747客機(jī)用鈦量達(dá)3640公斤以上占機(jī)重28%。隨著加工工藝技術(shù)的發(fā)展,，在火箭,、人造衛(wèi)星和宇宙飛船上，也用了大量的鈦合金,。
  C; z8 q3 [: i! s7 z4 J. F
飛機(jī)越先進(jìn),，使用的鈦越多。美國F—14A戰(zhàn)斗機(jī)使用的鈦合金,，約占機(jī)重的25%,；F—15A戰(zhàn)斗機(jī)為25.8%；美國第四代戰(zhàn)斗機(jī)用鈦量為41%,，其F119發(fā)動機(jī)用鈦量為39%,，是目前用鈦量最高的飛機(jī)。
0 c6 D  y$ d" A- Y) m5 |

1 ]' y% A  t& k1 q2 d

五,、鈦合金在航空中被大量應(yīng)用的原因
5 a7 m7 x" j8 \* {( l
, s- L9 m+ Z+ y( T$ k現(xiàn)代飛機(jī)的航行最高時速已達(dá)到音速的2.7倍以上,。這么快的超音速飛行，會使飛機(jī)與空氣摩擦而產(chǎn)生大量的熱,。當(dāng)飛行速度達(dá)到音速的2.2倍時，鋁合金就經(jīng)受不住了,。必須采用耐高溫的鈦合金,。
3 I: ]/ k2 M6 b, x- w! S
7 U, h' ~% b' q2 X- D$ U當(dāng)航空發(fā)動機(jī)的推重比從4～6提高到8～10，壓氣機(jī)出口溫度相應(yīng)地從200～300℃增加到500～600℃時,，原來用鋁制造的低壓壓氣機(jī)盤和葉片就必須改用鈦合金,。
; M3 M3 g$ j3 E- w3 }1 N2 m/ @" c
. x7 c+ j3 w7 `4 W/ N近年來科學(xué)家們對鈦合金性能的研究工作，不斷取得新的進(jìn)展,。原來由鈦,、鋁、釩組成的鈦合金,，最高工作溫度為550℃～600℃,，而新研制的鈦化鋁（TiAl）合金，最高工作溫度已提高到1040℃,。
1 h, |' u: x4 A' ~
3 [  [( x. q# O8 F用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機(jī)盤和葉片,，可以減輕結(jié)構(gòu)重量。飛機(jī)每減輕重10%,，可節(jié)省燃料4%,。對火箭來說，每減輕1kg的重量,，就可增加15km的射程,。
  ^6 E# y* e8 E3 g3 i1 G
  P$ q; b- [; p% M6 w) I- q

) n- V* h# V: L' @& r7 r! ^
" [* R5 n( B& {

六,、鈦合金機(jī)加工特性分析
% L+ Z+ ^9 s" c7 H2 |1 |, Y
# j; P3 e# |) J6 B+ R首先，鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低,，僅是鋼的1/4,，鋁的1/13，銅的1/25,。因切削區(qū)散熱慢,，不利于熱平衡，在切削加工過程中,，散熱和冷卻效果很差,，易于在切削區(qū)形成高溫，加工后零件變形回彈大,，造成切削刀具扭矩增大,、刃口磨損快，耐用度降低,。
! K, W7 Y  e, I+ g  b
其次,，鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)低，使切削熱積于切削刀附近的小面積區(qū)域內(nèi)不易散發(fā),，前刀面摩擦力加大,，不易排屑，切削熱不易散發(fā),，加速刀具磨損,。最后，鈦合金化學(xué)活性高,，在高溫下加工易與刀具材料起反應(yīng),，形成溶敷、擴(kuò)散,，造成粘刀,、燒刀、斷刀等現(xiàn)象,。
* J0 z: N) ~! F/ f: R

( r# X) _6 c+ J

尹志春

鈦螺絲斷了,，掉了N架飛機(jī)，可查空難事件,，
" t" m9 S7 L3 ]7 U不要老以為鈦強(qiáng)度高,，跟合金鐵鋼比，差幾個檔次理解，我做模具沖壓不鈦,，但鈦做的模具沖不了模具鋼,，他兩強(qiáng)度，硬度,，差幾個等 級,，
只能說用鈦綜合成本低而已
, o; N8 k8 h& _7 @3 Y( Q" F* x

加肥貓devil

尹志春 發(fā)表于 2023-11-8 11:03
鈦螺絲斷了，掉了N架飛機(jī),，可查空難事件,，
  j) D2 p9 Q* v4 v! i' r9 s4 ~不要老以為鈦強(qiáng)度高，跟合金鐵鋼比,，差幾個檔次理解,，我做模具 ...

* A6 l7 {5 t) V+ p, j/ T( z這一點很對啊，好多人都覺得鈦合金比鋼牛逼,，都是走入誤區(qū)了,，實際上比鋼的強(qiáng)度差遠(yuǎn)了，鈦合金是比較輕的材料里強(qiáng)度比較大的所以綜合性能比較好罷了,，之前還有人說鈦合金刀比鋼刀好,，也不知道是怎么想的。

電氣學(xué)徒2

講的很細(xì)致,，謝謝分享,。