لماذا سبائك التيتانيوم ضرورية لمواد الفضاء؟

التيتانيوم والطيران لها علاقة غير قابلة للذوبان. 1953 ، في الولايات المتحدة لإنتاج دوغلاس من قرون محرك Machine DC-T وجدران الحماية لأول مرة على استخدام التيتانيوم ، وبالتالي فتح تاريخ تطبيقات طيران التيتانيوم. منذ ذلك الحين ، تم استخدام التيتانيوم في الطيران لأكثر من نصف قرن. يمكن استخدام التيتانيوم على نطاق واسع في الطيران لأنه يحتوي على العديد من الخصائص القيمة المناسبة لتطبيقات الطائرات. اليوم سوف نتحدث عن سبب استخدام مواد الطيران سبيكة التيتانيوم.

أولاً ، مقدمة التيتانيوم

في عام 1948 ، فإن الولايات المتحدة دوبونت فقط مع طن المغنيسيوم أطنان من إنتاج إسفنجة التيتانيوم - وهذا يمثل بداية الإنتاج الصناعي من إسفنجة التيتانيوم التي التيتانيوم. تستخدم سبيكة التيتانيوم على نطاق واسع في مختلف الحقول بسبب قوتها العالية ، ومقاومة التآكل الجيدة ، ومقاومة الحرارة وغيرها من الخصائص.

التيتانيوم وفيرة في قشرة الأرض ، حيث يحتل المرتبة التاسعة في المحتوى ، أعلى بكثير من النحاس والزنك والقصدير والمعادن الشائعة الأخرى. تم العثور على التيتانيوم على نطاق واسع في العديد من الصخور ، وخاصة في الرمال والطين.

ثانياً ، خصائص التيتانيوم

القوة العالية: 1.3 أضعاف سبيكة الألمنيوم ، 1.6 أضعاف سبيكة المغنيسيوم ، 3.5 أضعاف الفولاذ المقاوم للصدأ ، بطل المواد المعدنية.

القوة الحرارية العالية: يمكن أن يكون استخدام درجة الحرارة عدة مئات من الدرجات أعلى من سبيكة الألومنيوم ، في درجة حرارة 450 إلى 500 ℃ للعمل على المدى الطويل.

مقاومة التآكل الجيدة: مقاومة التآكل الحمضية والقلوية والغلاف الجوي ، وخاصة المقاومة القوية للتآكل وتآكل الإجهاد.

أداء جيد في درجة الحرارة: سبيكة التيتانيوم TA7 مع عناصر خلالية منخفضة للغاية يمكن أن تحافظ على درجة معينة من اللدونة في -253 ℃.

النشاط الكيميائي العالي: النشاط الكيميائي العالي في درجات حرارة عالية ، يتفاعل بسهولة كيميائيًا مع الهيدروجين والأكسجين وغيره من الشوائب الغازية في الهواء لتوليد طبقة صلبة.

الموصلية الحرارية الصغيرة ، معامل صغير من المرونة: الموصلية الحرارية حوالي 1/4 من النيكل ، 1/5 من الحديد ، 1/14 من الألمنيوم ، وسبائك التيتانيوم المختلفة لها توصيل حراري أقل من 50 ٪ من التيتانيوم. معامل مرونة سبيكة التيتانيوم حوالي 1/2 من الصلب.

ثالثًا ، تصنيف واستخدام سبيكة التيتانيوم

يمكن تقسيم سبائك التيتانيوم إلى: سبائك مقاومة للحرارة ، وسبائك عالية القوة ، وسبائك مقاومة للتآكل (التيتانيوم-الموليبدينوم ، وسبائك البلاديوم ، وما إلى ذلك) ، والسبائك المنخفضة ، بالإضافة إلى سبائك وظيفية خاصة (التيتانيوم-الحديد-الحديد مواد تخزين الهيدروجين وسبائك ذاكرة النيكل) وما إلى ذلك.

على الرغم من أن التيتانيوم وسبائكه لم يتم استخدامها لفترة طويلة ، إلا أنها حصلت على العديد من الألقاب المشرفة بسبب أدائها المتميز. الأول هو "الفضاء المعدني". إن وزنه الخفيف وقوته العالية ومقاومة درجات الحرارة العالية يجعله مناسبًا بشكل خاص لتصنيع الطائرات ومختلف المركبات الفضائية. في الوقت الحاضر ، يتم استخدام حوالي ثلاثة أرباع سبائك التيتانيوم والتيتانيوم المنتجة في العالم في صناعة الطيران. تم تغيير العديد من أجزاء سبائك الألمنيوم الأصلية إلى سبيكة التيتانيوم.

رابعًا ، تطبيق الطيران لسبائك التيتانيوم

تستخدم سبيكة التيتانيوم بشكل أساسي لمواد تصنيع الطائرات والمحركات ، مثل تزوير مروحة التيتانيوم ، وقرص الهواء المضغوط والشفرة ، وغطاء المحرك ، وجهاز العادم والأجزاء الأخرى ، وكذلك إطار الحزم الكبيرة للطائرة وأجزاء الإطار الهيكلي الأخرى. تستخدم المركبة الفضائية سبائك التيتانيوم بشكل أساسي ذات قوة عالية ، ومقاومة للتآكل ، ومقاومة درجة الحرارة المنخفضة لتصنيع مجموعة متنوعة من أوعية الضغط ، وخزانات تخزين الوقود ، والسحابات ، وأشرطة الأدوات ، والإطارات ، وقذائف الصواريخ. تستخدم الأقمار الصناعية الاصطناعية الأرضية ، وحدة القمر ، المركبة الفضائية المأهولة والمكوك الفضائي أيضًا لحام ألواح سبيكة التيتانيوم.

في عام 1950 ، تستخدم الولايات المتحدة لأول مرة في قناة F-84 المقاتلة كدرع حرارة جسم الطائرة الخلفي ، ودرع الرياح ، والقرني الذيل ، وغيرها من المكونات غير الحاملة. 60 بداية استخدام سبائك التيتانيوم من جسم الطائرة الخلفي إلى جسم الطائرة المركزي ، جزئيًا بدلاً من إطارات الفواصل المصنوعة من الصلب الهيكلي ، والأخوار ، واللوحات وغيرها من المكونات المهمة الحاملة للحمل. في السبعينيات من القرن الماضي ، بدأت الطائرة المدنية في استخدام سبائك التيتانيوم بكميات كبيرة ، مثل كمية التيتانيوم في طائرة بوينج 747 بلغت 3640 كجم أو أكثر ، حيث تمثل 28 ٪ من وزن الطائرة. يتم استخدام أكثر من 3640 كيلوغرام من التيتانيوم في بوينج 747 ، وهو ما يمثل 28 ٪ من وزن الطائرة. مع تطوير تكنولوجيا المعالجة ، في الصواريخ والأقمار الصناعية والمركبة الفضائية ، استخدمت أيضًا الكثير من سبيكة التيتانيوم.

كلما زادت تقدم الطائرة ، كلما تم استخدام التيتانيوم. مقاتل F-14A الأمريكي باستخدام Aerospace Titanium ، وهو ما يمثل حوالي 25 ٪ من وزن الماكينة ؛ F-15A مقاتل ل 25.8 ٪ ؛ يعد مقاتلو الجيل الرابع الأمريكي الذين لديهم قدر من التيتانيوم 41 ٪ من محرك F119 مع 39 ٪ من كمية التيتانيوم ، أعلى كمية من التيتانيوم مع الطائرة الحالية.

الخامس ، سبيكة التيتانيوم في الطيران هي عدد كبير من أسباب التطبيق

وصلت أعلى سرعة للملاحة الطائرات الحديثة إلى سرعة الصوت أكثر من 2.7 مرة. إن الرحلة الأسرع من الصوت السريع ، ستجعل الاحتكاك في الطائرة والهواء وتنتج الكثير من الحرارة. عندما تصل سرعة الرحلة إلى 2.2 أضعاف سرعة الصوت ، لا يمكن لسبائك الألومنيوم الصمود. يجب استخدام سبيكة التيتانيوم مقاومة للحرارة.

عندما ارتفعت نسبة التوجه إلى الوزن الهوائي من 4 إلى 6 إلى 8 إلى 10 ، زادت درجة حرارة مخرج الغاز المضغوطة من 200 إلى 300 إلى 500 إلى 600 ℃ ، أقراص الغاز والشفرات المضغوطة ذات الضغط المنخفض الأصلي المصنوعة يجب تغيير الألمنيوم إلى سبيكة التيتانيوم.

في السنوات الأخيرة ، يحرز العلماء في أداء أعمال أبحاث سبائك التيتانيوم ، ويحققون تقدمًا جديدًا باستمرار. التيتانيوم الأصلي ، الألومنيوم ، الفاناديوم المكون من سبيكة التيتانيوم ، والحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل 550 ℃ ~ 600 ℃ ، وسبائك الألومنيوم التيتانيوم (tial) المطورة حديثًا ، زادت درجة حرارة التشغيل القصوى إلى 1040 ℃.

يمكن أن يقلل سبيكة التيتانيوم وبار تيتانيوم خاص وورقة التيتانيوم وتزوير التيتانيوم بدلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ لتصنيع قرص ضاغط عالية الضغط وشفرة ، من وزن الهيكل. يمكن للطائرات أن توفر 4 ٪ من الوقود لكل 10 ٪ تخفيض الوزن. بالنسبة للصواريخ ، يمكن أن يزيد كل كيلوجرام من الحد من الوزن من النطاق بمقدار 15 كم.

ستة ، تحليل خصائص آلات سبيكة التيتانيوم

بادئ ذي بدء ، الموصلية الحرارية المنخفضة لسبائك التيتانيوم ، 1/4 فقط من الصلب ، الألومنيوم 1/13 ، النحاس 1/25 ، بسبب تبديد الحرارة البطيء في منطقة القطع ، لا يفضي إلى التوازن الحراري ، في عملية القطع ، أن تبديد الحرارة وتأثير التبريد ضعيف للغاية ، ويسهل تشكيل درجة حرارة عالية في منطقة القطع ، وتشوه الأجزاء بعد انتعاش الآلات ، مما يؤدي إلى زيادة عزم الدوران على أداة القطع ، وحافة حافة التآكل السريع و انخفاض المتانة.

ثانياً ، لا يسهل نشر الموصلية الحرارية المنخفضة لسبائك التيتانيوم ، بحيث لا يسهل نشر حرارة القطع المتراكمة في سكين القطع بالقرب النشر ، تآكل الأداة تسريع. أخيرًا ، يكون النشاط الكيميائي لسبائك التيتانيوم مرتفعًا ، حيث يسهل الرد على درجة حرارة عالية مع مادة أداة القطع ، وتشكيل الذوبان ، والانتشار ، مما يؤدي إلى سكين لزج ، سكين محترق ، سكين مكسور وغيرها من الظواهر.