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標題: 航空材料為什么非得要用鈦合金？ [打印本頁]
作者: twq19810302    時間: 2023-11-8 10:55
標題: 航空材料為什么非得要用鈦合金？
本帖最后由 twq19810302 于 2023-11-8 10:56 編輯
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" m3 e4 g0 `' S鈦與航空有著不解之緣。1953年，在美國道格拉斯公司生產的DC-T機發(fā)動機吊艙和防火壁上首次使用鈦材，從而揭開了鈦航空應用的歷史。從那時以來，鈦在航空上已應用了半個多世紀。鈦能在航空上廣泛應用是由于它有適于飛機應用的許多寶貴特性。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2 F/ N9 a) g% S: r8 `3 a" y- y

" M5 C. [: E+ \1 g" c1948年美國杜邦公司才用鎂法成噸生產海綿鈦——這標志著海綿鈦即鈦工業(yè)化生產的開始。而鈦合金因具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。
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  l1 O5 @" T2 O8 T: K  S鈦在地殼中含量較豐富，含量排第九位，遠高于銅、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。9 p2 D; N( K7 G" U$ k* q: }% i

: ?3 Q( n, U2 D0 J; y0 h二、鈦的特性$ v/ l/ a2 m% x' ?

8 r  m- ]. ^$ l& e+ q強度高：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。
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熱強度高：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，對點蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強。
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  ~4 M3 s/ |6 a8 R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。% T' w) F3 W" f9 V
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化學活性大：高溫時化學活性很高，輕易與空氣中的氫、氧等氣體雜質發(fā)生化學反應，生成硬化層。
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, S+ C0 `: ~9 c8 l$ ]( v導熱系數(shù)小、彈性模量?。簩嵯禂?shù)約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導熱系數(shù)比鈦的導熱系數(shù)約下降50％。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2。6 y  c5 K2 \, ^
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三、鈦合金的分類及用途
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# V" T. B% R0 M- X/ @. e8 b鈦合金按用途可分為：耐熱合金、高強合金、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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盡管鈦及其合金應用的歷史不長，但由于它那超眾的性能，已經獲得了多個光榮稱號。首先榮獲的稱號就是“空間金屬”。它重量輕、強度大又耐高溫，特別適于制造飛機和各種航天器。目前世界上生產的鈦及鈦合金，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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四、鈦合金的航空應用
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鈦合金主要用于飛機及發(fā)動機的制造材料，如鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、發(fā)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(wèi)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。7 W% f: `& x+ u. r
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1950年美國首次在F-84戰(zhàn)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(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。
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1 j5 e2 v+ b6 n4 G1 ?3 W8 o飛機越先進，使用的鈦越多。美國F—14A戰(zhàn)斗機使用的鈦合金，約占機重的25%；F—15A戰(zhàn)斗機為25.8%；美國第四代戰(zhàn)斗機用鈦量為41%，其F119發(fā)動機用鈦量為39%，是目前用鈦量最高的飛機。0 m5 P" ~, N& D! M9 X  `; p9 i5 y

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五、鈦合金在航空中被大量應用的原因
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現(xiàn)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。
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$ F8 M: I% V2 p4 I  o; z+ C當航空發(fā)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。
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8 y: T) g6 @  O; L5 S$ y" W+ p/ J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℃。
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; C8 X! Q5 m6 D8 I& i% R$ o, m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(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、鈦合金機加工特性分析8 f4 F; r; g' n. v2 C

( k5 y8 g8 W& C; B首先，鈦合金導熱系數(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。4 z' ?+ I) m' w& @5 u' X

: A4 g, l, U' C/ ?( i, n) K; ^其次，鈦合金的導熱系數(shù)低，使切削熱積于切削刀附近的小面積區(qū)域內不易散發(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(xiàn)象。
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作者: 尹志春    時間: 2023-11-8 11:03
鈦螺絲斷了，掉了N架飛機，可查空難事件，
! u6 x3 [, ]# i8 u不要老以為鈦強度高，跟合金鐵鋼比，差幾個檔次理解，我做模具沖壓不鈦，但鈦做的模具沖不了模具鋼，他兩強度，硬度，差幾個等 級，' `! Q5 Z1 U. c# m  _, M
只能說用鈦綜合成本低而已, |) @4 k& p; o4 `% u. {3 \2 M  I! F4 R
作者: 加肥貓devil    時間: 2023-11-8 11:20
尹志春 發(fā)表于 2023-11-8 11:036 B) s( B/ r# Y7 K+ D( L/ s- u8 i
鈦螺絲斷了，掉了N架飛機，可查空難事件，
1 i- n* b5 O& N! S不要老以為鈦強度高，跟合金鐵鋼比，差幾個檔次理解，我做模具 ...

7 F" R0 T; t; s這一點很對啊，好多人都覺得鈦合金比鋼牛逼，都是走入誤區(qū)了，實際上比鋼的強度差遠了，鈦合金是比較輕的材料里強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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作者: 電氣學徒2    時間: 2024-12-13 21:21
講的很細致，謝謝分享。



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