航空材料為什么非得要用鈦合金,？

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9 w  g5 W! a2 `. h: G7 z- b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(shí)以來,，鈦在航空上已應(yīng)用了半個(gè)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,。

) m% ~: T8 F3 i/ L& V3 B5 ]  ?% S一,、鈦的簡介

3 o  t/ y4 V: n( v* a, L3 q6 c; P1948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(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。

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,。

二,、鈦的特性
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' `$ G4 H4 U. ^2 W% N1 a' s% ~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。

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,。

, |5 a$ {- ~, H! M9 [# N5 O抗蝕性好：耐酸、耐堿、耐大氣腐蝕,，對點(diǎn)蝕,、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)。
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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,。
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化學(xué)活性大：高溫時(shí)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。
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: q3 x! q+ i  {8 ~4 r/ Z* X導(dǎo)熱系數(shù)小,、彈性模量�,。簩�(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,。

三,、鈦合金的分類及用途
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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,。

+ t# H& g6 y7 E: p& L4 N' F/ W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(gè)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
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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。

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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,。

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),。

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五,、鈦合金在航空中被大量應(yīng)用的原因
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現(xiàn)代飛機(jī)的航行最高時(shí)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(shí)，鋁合金就經(jīng)受不住了,。必須采用耐高溫的鈦合金,。
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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(shí)，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,。
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" R( z+ S$ W/ @: Z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℃。
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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,。
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六,、鈦合金機(jī)加工特性分析
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% b# }8 [8 R: t: d3 m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,。

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,。
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尹志春

鈦螺絲斷了,，掉了N架飛機(jī)，可查空難事件,，
3 Y* q  B2 k0 D) w7 `* H) K不要老以為鈦強(qiáng)度高,，跟合金鐵鋼比，差幾個(gè)檔次理解,，我做模具沖壓不鈦,，但鈦?zhàn)龅哪＞邲_不了模具鋼，他兩強(qiáng)度,，硬度,，差幾個(gè)等 級，
只能說用鈦綜合成本低而已

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，
不要老以為鈦強(qiáng)度高,，跟合金鐵鋼比,，差幾個(gè)檔次理解，我做模具 ...

這一點(diǎn)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(shí)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,。
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電氣學(xué)徒2

講的很細(xì)致,，謝謝分享。