gde se titanijum koristi u avionima
Primjena odAMS 6931 Kovanje titanau zrakoplovnoj industriji se dijeli na leguru titanijuma za strukturu aviona i leguru titanijuma za strukturu motora. U vazduhoplovstvu, legure titanijuma se uglavnom koriste kao strukture i kontejneri za rakete, projektile i svemirske letelice. Titanijumske legure za konstrukcije aviona generalno se zahtevaju da se koriste na temperaturama ispod 350 stepeni, i da imaju visoku specifičnu čvrstoću, dobru žilavost, odličnu otpornost na zamor i dobre performanse procesa zavarivanja. Titanijumske legure za motore moraju imati visoku specifičnu čvrstoću, dobru termičku stabilnost, otpornost na oksidaciju, otpornost na puzanje i druga svojstva. Pored zahteva za performansama legura titanijuma u vazduhoplovstvu, vazduhoplovna vozila takođe zahtevaju otpornost na visoke temperature i radijaciju.
Glavni dijelovi primjene strukturnih dijelova od legura titanijuma aviona su dijelovi stajnog trapa, okviri, grede, omoti trupa, toplotni štitovi, itd. Ruski avion Il{{0}} koristi leguru titana visoke čvrstoće BT22 za proizvodnju ključnih komponenti kao što su stajni trap i noseće grede. Materijal prijenosnog snopa glavnog stajnog trapa Boeinga 747 je Ti-6Al-4V. Kovanje je dugačko 6,20 metara, široko 0,95 metara i ima masu od 1545 kilograma. Legura titanijuma visoke čvrstoće i visoke žilavosti Ti-62222S koristi se u ključnim dijelovima osovine horizontalnog stabilizatora C{14}} aviona. Zadnji dio trupa u kojem se nalazi motor aviona F-22 i toplinski štit repa su dizajnirani kao tankosjedne strukture od legure titanijuma sa dobrom temperaturnom otpornošću.
Što se tiče avio-motora, područja primjene materijala od legura titanijuma uključuju kompresorske diskove, lopatice, bubnjeve, rotore kompresora visokog pritiska, kućišta kompresora, itd. Oko 30% strukturne težine modernih turbinskih motora je napravljeno od legura titanijuma. Primjena titanijumskih legura smanjuje kvalitetu lopatica kompresora i ventilatora, dok produžava vijek trajanja komponenti i intervale pregleda. Prednja ivica i vrh lopatica ventilatora motora Boeing 747-8GENX opremljene su zaštitnim navlakama od legure titanijuma, koje su zamijenjene samo tri puta tokom 10-godišnjeg servisnog perioda.
Otkovci od legure titanijuma u vazduhoplovstvu moraju da prođu livenje u ingotima, izradu gredica, kovanje u kalupima, mašinsku obradu i druge procese da bi dobili potrebnu strukturu i svojstva materijala, a često se koriste za proizvodnju komponenti glavnih ležajeva kostura aviona i rotora motora. Prema HB5024-1989, vanjski prečnik velikih otkovaka nije manji od 500 mm. Razvojem aviona i motora, avio-kovanja imaju sve veće zahtjeve za kvalitetom, veće veličine i složenije oblike. Oblik konstrukcijskih dijelova aviona je složen, a stopa iskorištenja materijala uglavnom nije veća od 10%. Materijal četiri velika okvira za glavna noseća armatura aviona F-22 je Ti-6Al-4V ELI, a projektovana površina otkovaka je 4.{{ 8}}.67 kvadratnih metara. Poslednjih godina specijalizovana oprema za kovanje avionskih legura titanijuma u mojoj zemlji je znatno unapređena i sada je moguće proizvoditi integralne otkovke od legura titanijuma od 5 kvadratnih metara.
Svemirske letjelice rade u ekstremnim uvjetima kao što su ultra-visoke temperature, ultra-niske temperature, visoki vakuum, veliki stres i jaka korozija. Osim što zahtijeva vrhunsku tehnologiju konstrukcijskog dizajna, ona također ovisi o odličnim karakteristikama i funkcijama materijala. Legure titana se obično koriste u proizvodnji rezervoara za gorivo, kućišta raketnih motora, vođica raketnih mlaznica i kućišta satelita.
Zbog odličnih svojstava materijala od legura titanijuma, neki ključni delovi aviona su takođe napravljeni od materijala od legura titanijuma. Na primjer, ivica usisnog otvora je dio izrađen od materijala legure titana 3D printanjem, čime se ostvaruje integrirani dizajn i izrada strukturnih dijelova i funkcionalnih dijelova.
Pričvršćivači od legure titana koji se obično koriste u vazduhoplovnoj industriji uglavnom uključuju zakovice, vijke i specijalne zatvarače.
Pričvršćivači od legure titanijuma koji se koriste na avionima F-22 u Sjedinjenim Državama uključuju: vijke od legure titanijuma visoke čvrstoće, eksere s prstenastim žljebovima, polirane zavrtnje sa konusom šipke sa visokim zaključavanjem, samozatezne zavrtnje, zakovice od titanijum niobijuma i matice za vezivanje . Domaći komercijalni avion C919, koji je prvi put poletio u moju zemlju 2014. godine, koristio je više od 200,000 komada zatvarača od legure titanijuma za jedan avion. Razvoj i primena pričvrsnih elemenata od legure titanijuma pružaju mogućnost daljeg smanjenja težine konstrukcija aviona. Strukturna težina aviona Boeing 747 smanjena je za 1814 kg nakon zamjene čelika titanom. Ruski avion Il{10}} koristio je 142,000 pričvršćivača i zamijenio čelik titanijumom kako bi smanjio svoju težinu za 600 kilograma.
Titanijumska legura ima odličnu otpornost na koroziju, a njen pozitivni potencijal odgovara potencijalu kompozitnih materijala od ugljeničnih vlakana, koji mogu efikasno sprečiti potencijalnu koroziju spojnih elemenata. Ti45Nb legura je materijal za zakovice koji se široko koristi u zrakoplovnoj industriji u Sjedinjenim Državama. Materijal ima dobra vlačna svojstva i čvrstoću na smicanje u žarenom stanju i može zamijeniti zakovice od čistog titana. Materijal Ti45Nb također ima visoku plastičnost i pogodan je za spajanje zakovica za proizvodnju kompozitnih materijala.
Poslednjih godina, vijci visoke čvrstoće od legure titanijuma Timeta1555 koje je razvila kompanija Alcoa imaju vlačnu čvrstoću veću od 1300 MPa nakon starenja rastvora, dvostruku čvrstoću na smicanje veću od 745 MPa i istezanje od više od 10%. Kako bi održali korak s razvojnim trendom međunarodnih spojeva od legure titanijuma visoke klase, Xigong University Chaojing Co., Ltd. i Xinyang Aerospace Standard Parts Factory zajednički su razvili šipke i žice od legure titana TB8 za pričvršćivače, kao i vlačnu čvrstoću proizvedenih vijaka. od njih je čak 1280MPa. Istraživanje i razvoj pričvršćivača od legure titanijuma je veoma složen i dugoročan posao.
Pravac razvoja industrije titanijumskih legura
Potreba za titanijumskim legurama za buduće avione treba da bude veća čvrstoća, veća žilavost, veće performanse oštećenja i veća otpornost na visoke temperature. Smjer primjene i razvoja materijala od titanijumskih legura bit će: nove strukturne legure titana visoke čvrstoće, titanijumske legure visokih performansi otporne na oštećenja, jeftine titanijumske legure otporne na zamor, nove strukturne legure titanijuma na visokim temperaturama, napredne titanijumske legure na bazi TiAl materijali, kompozitni materijali na bazi titana, itd.
Potreba za strukturnim smanjenjem težine modernih aviona je sve hitnija. Pored materijala od legura titanijuma, kompozitni materijali se takođe široko koriste u strukturama leta. Upotreba kompozitnih materijala za avione Boeing 787 dostigla je 50%, a upotreba kompozitnih materijala za Airbus A380 takođe je dostigla 25%. Trenutno kompozitni materijali ne mogu u potpunosti zamijeniti metale, a metalni materijali su još uvijek nezamjenjivi. Modul elastičnosti legure titana i kompozitnog materijala ojačanog ugljičnim vlaknima su usklađeni, a koeficijent toplinske ekspanzije je sličan; i ima dobru hemijsku kompatibilnost i nije sklon potencijalnoj koroziji. Zglob tijela krila F-18 "Bumblebee" koristio je dizajn stepenastog spajanja dijelova zgloba od legure titanijuma i kompozitne kože. Nakon nekoliko godina testiranja u radu, potvrđena je pouzdanost dizajna. Sa povećanjem količine kompozitnih materijala, količina materijala od legura titanijuma će se dodatno povećati.
Iz informacija otvorenog koda posljednjih godina može se vidjeti da su zahtjevi Sjedinjenih Država za sljedećom generacijom konstrukcijskih materijala za avione lakši, efikasniji i pod kojim se može kontrolisati trošak. Prema vrijednosti valute iz 2006. godine, cijena jednog F-22 iznosi oko 361 milion američkih dolara. F-35 je u početku imao ciljnu cijenu od 35 miliona dolara, koja je kasnije povećana na 138 miliona dolara. Među ogromnim troškovima, visoka cijena proizvodnje legure titana je faktor koji se ne može zanemariti. Jeftine legure titanijuma koriste Fe, O i druge elemente da zamene skuplje V, Mo i druge elemente. Kompanija Timetal iz Sjedinjenih Država razvila je titanijumsku leguru visoke čvrstoće i niske cijene Timetal-LCB dodavanjem Fe elementa u obliku jeftine Fe-Mo matične legure umjesto skupog V elementa. Cilj je zamijeniti skuplju leguru Ti- 10V-2Fe-3Al.
Zavarivanje legure titanijuma, oblikovanje blizu mreže, hladno oblikovanje itd. su takođe efikasni načini za poboljšanje iskorišćenja materijala i smanjenje troškova procesa. Napredne tehnologije zavarivanja kao što su zavarivanje elektronskim snopom i lasersko zavarivanje uspješno su primijenjene u nekim domaćim modelima. Grupa timova za lasersko formiranje kao što su Beihang University i Western University of Technology postigla je dobre rezultate u primjeni novih tehnologija legure titanijuma.
U istraživanju novih visokotemperaturnih legura titanijuma, na bazi legure titanijuma visoke temperature od 550 stepeni IMI829 u Ujedinjenom Kraljevstvu i Ti{4}} legure titanijuma visoke temperature od 600 stepeni u Sjedinjenim Državama, dodano je manje od 1% rijetkih zemnih elemenata Gd i Y elemenata. Formira okside rijetkih zemalja, pročišćava granice zrna, rafinira zrna i poboljšava čvrstoću, puzanje i izdržljivost legura. TA12 (Ti55) je legura titanijuma skorog tipa sa visokom temperaturom koju su zajednički razvili Institut za istraživanje metala, Kineska akademija nauka, Baoti grupa i Pekinški institut za vazduhoplovne materijale. Projektna temperatura je 550 stepeni. Trenutno je Ti55 materijal relativno zreo, a stabilan opseg radne temperature je od 550 do 600 stepeni. Projektna temperatura materijala Ti65 je 600 stepeni -650 stepeni, a odgovarajući istraživački rad se odvija uredno.
Posljednjih godina, upotreba tehnologije brzog skrućivanja/metalurške metalurgije praha, kompozitnih materijala ojačanih vlaknima ili česticama za razvoj legura titana korištena je kao smjer razvoja visokotemperaturnih titanovih legura, tako da se radna temperatura titanijumskih legura može povećati na iznad 650 stepeni. Kompozitni materijal od titanijumske matrice sa jezgrom od volframa razvijen od strane Instituta za istraživanje metala Kineske akademije nauka je primenjen u određenom opsegu.
