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航空材料為什么非得要用鈦合金? 

發布時間:2019/06/21
航空材料為什么非得要用鈦合金?

一、鈦合金的航空應用

鈦合金主要用于飛機及發動機的制造材料,如鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、發動機罩、排氣裝置等零件以及飛機的大梁隔框等結構框架件。航天器主要利用鈦合金的高比強度,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、構架和火箭殼體。人造地球衛星、登月艙、載人飛船和航天飛機也都使用鈦合金板材焊接件。



1950年美國首次在F-84戰斗轟炸機上用作后機身隔熱板、導風罩、機尾罩等非承力構件。60年代開始鈦合金的使用部位從后機身移向中機身、部分地代替結構鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構件。70年代起,民用機開始大量使用鈦合金,如波音747客機用鈦量達3640公斤以上占機重28%。隨著加工工藝技術的發展,在火箭、人造衛星和宇宙飛船上,也用了大量的鈦合金。


飛機越先進,使用的鈦越多。美國F—14A戰斗機使用的鈦合金,約占機重的25%;F—15A戰斗機為25.8%;美國第四代戰斗機用鈦量為41%,其F119發動機用鈦量為39%,是目前用鈦量最高的飛機。



二、鈦合金在航空中被大量應用的原因


現代飛機的航行最高時速已達到音速的2.7倍以上。這么快的超音速飛行,會使飛機與空氣摩擦而產生大量的熱。當飛行速度達到音速的2.2倍時,鋁合金就經受不住了。必須采用耐高溫的鈦合金。


當航空發動機的推重比從4~6提高到8~10,壓氣機出口溫度相應地從200~300℃增加到500~600℃時,原來用鋁制造的低壓壓氣機盤和葉片就必須改用鈦合金。


近年來科學家們對鈦合金性能的研究工作,不斷取得新的進展。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℃。


用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機盤和葉片,可以減輕結構重量。飛機每減輕重10%,可節省燃料4%。對火箭來說,每減輕1kg的重量,就可增加15km的射程。



鈦合金材料飛機起落架零件


三、鈦合金機加工特性分析


首先,鈦合金導熱系數低,僅是鋼的1/4,鋁的1/13,銅的1/25。因切削區散熱慢,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,鈦合金的導熱系數低,使切削熱積于切削刀附近的小面積區域內不易散發,前刀面摩擦力加大,不易排屑,切削熱不易散發,加速刀具磨損。最后,鈦合金化學活性高,在高溫下加工易與刀具材料起反應,形成溶敷、擴散,造成粘刀、燒刀、斷刀等現象。


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