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本帖最后由 twq19810302 于 2023-11-8 10:56 編輯 9 ?) y, P! P# c- `
: h' V" {% @' J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(dòng)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。
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一、鈦的簡介
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$ w- b# k/ q1 b* u- t1948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。
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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。7 A+ o- }" \6 y( ~. M+ c, E d
9 Y0 L, E6 E+ N/ J( k二、鈦的特性" `7 \- V1 k$ s# B6 ^7 u
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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。6 W9 U; s( R) K) N7 I2 \3 \0 w u8 |
5 i- u( n8 e. y1 ^8 O4 T+ N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。
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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)。. X# e* ~+ J) L6 z% |
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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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' l/ b R3 Q' O# G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。 T6 X. [+ `5 W- N; @! K
/ G- R, \0 W. E8 F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。/ @0 h; Y7 K2 F# v0 A1 \( c( D
- I! J" \8 v* Y6 S5 P0 s* h三、鈦合金的分類及用途4 p9 {1 x+ g6 K+ X
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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。
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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。
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8 P- X9 j9 `4 l" h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(dòng)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(dòng)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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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(dòng)機(jī)用鈦量為39%，是目前用鈦量最高的飛機(jī)。% E! _ g! X8 o+ m
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' e" w# j1 f g1 B+ ~7 u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(huì)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(dòng)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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% h# l* s7 M9 v( G( e0 I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℃。, |5 M" i5 A- ]* f7 M2 d* c
6 f3 N4 E: K1 E ]) P7 y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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1 `* g' c& W! W- v( x5 o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。* G; B; k L* C0 b
$ @. W( z8 W- O, n0 A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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發(fā)表于 2023-11-8 10:55:57
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