항공우주 재료에 티타늄 합금이 필요한 이유는 무엇입니까?

티타늄과 항공은 깨지지 않는 관계를 가지고 있습니다. 1953년 미국 Douglas Company가 생산한 DC-T 항공기의 엔진 포드와 방화벽에 티타늄을 사용함으로써 티타늄 항공우주 응용의 역사가 시작되었습니다. 그 이후로 티타늄은 반세기 이상 항공 분야에 사용되었습니다. 티타늄은 항공기 응용 분야에 적합한 많은 귀중한 특성을 갖고 있기 때문에 항공 분야에서 널리 사용될 수 있습니다. 오늘은 왜 항공소재에 티타늄합금을 사용해야 하는지에 대해 이야기해보겠습니다.

첫째, 티타늄의 도입

1948년 미국 DuPont은 마그네슘 방식으로만 티타늄 스폰지를 대량 생산했습니다. 이는 티타늄 스폰지의 산업적 생산이 시작된 것입니다. 티타늄 합금은 높은 강도, 우수한 내식성, 내열성 및 기타 특성으로 인해 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.

티타늄은 지각에 풍부하며 함량이 9위로 구리, 아연, 주석 및 기타 일반적인 금속보다 훨씬 높습니다. 티타늄은 많은 암석, 특히 모래와 점토에서 널리 발견됩니다.

둘째, 티타늄의 특성

고강도 : 알루미늄 합금의 1.3 배, 마그네슘 합금의 1.6 배, 스테인레스 스틸, 금속 재료의 3.5 배.

높은 열 강도: 사용 온도는 알루미늄 합금보다 수백도 더 높으며 450~500도의 온도에서 장기간 작업할 수 있습니다.

우수한 내식성: 산, 알칼리 및 대기 내식성, 특히 피팅 및 응력 부식에 대한 강한 저항성.

우수한 저온 성능: 격자간 원소가 매우 낮은 티타늄 합금 TA7은 -253 정도에서 어느 정도의 가소성을 유지할 수 있습니다.

높은 화학적 활성: 고온에서 높은 화학적 활성을 가지며 공기 중의 수소, 산소 및 기타 가스 불순물과 화학적으로 쉽게 반응하여 경화층을 생성합니다.

작은 열전도율, 작은 탄성 계수: 열전도율은 니켈의 약 1/4, 철의 1/5, 알루미늄의 1/14이며 다양한 티타늄 합금의 열전도율은 티타늄보다 약 50% 낮습니다. 티타늄 합금의 탄성률은 강철의 약 1/2입니다.

셋째, 티타늄합금의 분류와 용도

티타늄 합금은 내열 합금, 고강도 합금, 내식성 합금(티타늄-몰리브덴, 티타늄-팔라듐 합금 등), 저온 합금 및 특수 기능성 합금(티타늄-철)으로 나눌 수 있습니다. 수소저장재료, 티타늄-니켈 메모리합금) 등이 있습니다.

티타늄과 그 합금은 오랫동안 사용되지 않았지만 뛰어난 성능으로 인해 여러 명예로운 타이틀을 수상했습니다. 첫 번째는 '스페이스 메탈'이다. 가벼운 무게, 높은 강도, 높은 온도 저항으로 인해 항공기 및 다양한 우주선 제조에 특히 적합합니다. 현재 전 세계에서 생산되는 티타늄 및 티타늄 합금의 약 3/4이 항공우주 산업에 사용됩니다. 원래의 알루미늄 합금 부품 중 상당수가 티타늄 합금으로 변경되었습니다.

넷째, 티타늄 합금의 항공 응용

티타늄 합금은 단조 티타늄 팬, 가압 공기 디스크 및 블레이드, 엔진 커버, 배기 장치 및 기타 부품뿐만 아니라 항공기의 대형 빔 프레임 및 기타 구조 프레임 부품과 같은 항공기 및 엔진 제조 재료에 주로 사용됩니다. 우주선은 주로 고강도, 내식성 및 저온 저항성을 갖춘 티타늄 합금을 사용하여 다양한 압력 용기, 연료 저장 탱크, 패스너, 계기 스트랩, 프레임 및 로켓 포탄을 제조합니다. 인공 지구 위성, 달 모듈, 유인 우주선 및 우주 왕복선도 티타늄 합금 플레이트 용접물을 사용합니다.

1950년에 미국은 F-84 전폭기를 동체 후방 방열판, 바람막이 덮개, 꼬리 덮개 및 기타 비내력 구성 요소로 사용했습니다. 60년대에는 구조용 강철 제조 스페이서 프레임, 빔, 플랩, 슬라이드 레일 및 기타 중요한 하중 지지 구성 요소 대신 부분적으로 후방 동체에서 중간 동체까지 티타늄 합금을 사용하기 시작했습니다. 70년대에는 민간 항공기에서 티타늄 합금을 대량으로 사용하기 시작했는데, 보잉 747 여객기의 티타늄 양은 3640kg에 달했습니다. 기계 무게의 28% 이상. 가공 기술의 발달로 로켓, 위성, 우주선에도 티타늄 합금이 많이 사용되었습니다.

비행기가 많을수록 티타늄이 더 많이 사용됩니다. US F-14티타늄 합금을 사용한 전투기로 기체 중량의 약 25%를 차지합니다. F-1525.8%의 파이터; 티타늄 함량이 41%인 미국 4세대 전투기는 티타늄 함량이 39%인 F119 엔진에 현재 티타늄 함량이 높은 항공기에 사용하고 있다.

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티타늄과 항공은 깨지지 않는 관계를 가지고 있습니다. 1953년 미국 Douglas Company가 생산한 DC-T 항공기의 엔진 포드와 방화벽에 티타늄을 사용함으로써 티타늄 항공우주 응용의 역사가 시작되었습니다. 그 이후로 티타늄은 반세기 이상 항공 분야에 사용되었습니다. 티타늄은 항공기 응용 분야에 적합한 많은 귀중한 특성을 갖고 있기 때문에 항공 분야에서 널리 사용될 수 있습니다. 오늘은 왜 항공소재에 티타늄합금을 사용해야 하는지에 대해 이야기해보겠습니다.

첫째, 티타늄의 도입

1948년 미국 DuPont은 마그네슘 방식으로만 티타늄 스폰지를 대량 생산했습니다. 이는 티타늄 스폰지의 산업적 생산이 시작된 것입니다. 티타늄 합금은 높은 강도, 우수한 내식성, 내열성 및 기타 특성으로 인해 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.

티타늄은 지각에 풍부하며 함량이 9위로 구리, 아연, 주석 및 기타 일반적인 금속보다 훨씬 높습니다. 티타늄은 많은 암석, 특히 모래와 점토에서 널리 발견됩니다.

둘째, 티타늄의 특성

고강도 : 알루미늄 합금의 1.3 배, 마그네슘 합금의 1.6 배, 스테인레스 스틸, 금속 재료의 3.5 배.

높은 열 강도: 사용 온도는 알루미늄 합금보다 수백도 더 높으며 450~500도의 온도에서 장기간 작업할 수 있습니다.

우수한 내식성: 산, 알칼리 및 대기 내식성, 특히 피팅 및 응력 부식에 대한 강한 저항성.

우수한 저온 성능: 격자간 원소가 매우 낮은 티타늄 합금 TA7은 -253 정도에서 어느 정도의 가소성을 유지할 수 있습니다.

높은 화학적 활성: 고온에서 높은 화학적 활성을 가지며 공기 중의 수소, 산소 및 기타 가스 불순물과 화학적으로 쉽게 반응하여 경화층을 생성합니다.

작은 열전도율, 작은 탄성 계수: 열전도율은 니켈의 약 1/4, 철의 1/5, 알루미늄의 1/14이며 다양한 티타늄 합금의 열전도율은 티타늄보다 약 50% 낮습니다. 티타늄 합금의 탄성률은 강철의 약 1/2입니다.

셋째, 티타늄합금의 분류와 용도

티타늄 합금은 내열 합금, 고강도 합금, 내식성 합금(티타늄-몰리브덴, 티타늄-팔라듐 합금 등), 저온 합금 및 특수 기능성 합금(티타늄-철)으로 나눌 수 있습니다. 수소저장재료, 티타늄-니켈 메모리합금) 등이 있습니다.

티타늄과 그 합금은 오랫동안 사용되지 않았지만 뛰어난 성능으로 인해 여러 명예로운 타이틀을 수상했습니다. 첫 번째는 '스페이스 메탈'이다. 가벼운 무게, 높은 강도, 높은 온도 저항으로 인해 항공기 및 다양한 우주선 제조에 특히 적합합니다. 현재 전 세계에서 생산되는 티타늄 및 티타늄 합금의 약 3/4이 항공우주 산업에 사용됩니다. 원래의 알루미늄 합금 부품 중 상당수가 티타늄 합금으로 변경되었습니다.

넷째, 티타늄 합금의 항공 응용

티타늄 합금은 단조 티타늄 팬, 가압 공기 디스크 및 블레이드, 엔진 커버, 배기 장치 및 기타 부품뿐만 아니라 항공기의 대형 빔 프레임 및 기타 구조 프레임 부품과 같은 항공기 및 엔진 제조 재료에 주로 사용됩니다. 우주선은 주로 고강도, 내식성 및 저온 저항성을 갖춘 티타늄 합금을 사용하여 다양한 압력 용기, 연료 저장 탱크, 패스너, 계기 스트랩, 프레임 및 로켓 포탄을 제조합니다. 인공 지구 위성, 달 모듈, 유인 우주선 및 우주 왕복선도 티타늄 합금 플레이트 용접물을 사용합니다.

1950년에 미국은 F-84 전폭기를 동체 후방 방열판, 바람막이 덮개, 꼬리 덮개 및 기타 비내력 구성 요소로 사용했습니다. 60년대에는 구조용 강철 제조 스페이서 프레임, 빔, 플랩, 슬라이드 레일 및 기타 중요한 하중 지지 구성 요소 대신 부분적으로 후방 동체에서 중간 동체까지 티타늄 합금을 사용하기 시작했습니다. 70년대에는 민간 항공기에서 티타늄 합금을 대량으로 사용하기 시작했는데, 보잉 747 여객기의 티타늄 양은 3640kg에 달했습니다. 기계 무게의 28% 이상. 가공 기술의 발달로 로켓, 위성, 우주선에도 티타늄 합금이 많이 사용되었습니다.

비행기가 많을수록 티타늄이 더 많이 사용됩니다. US F-14티타늄 합금을 사용한 전투기로 기체 중량의 약 25%를 차지합니다. F-1525.8%의 파이터; 티타늄 함량이 41%인 미국 4세대 전투기는 티타늄 함량이 39%인 F119 엔진에 현재 티타늄 함량이 높은 항공기에 사용하고 있다.

V. 항공 분야의 티타늄 합금은 적용 이유가 많습니다.

현대 항공기 항법 고속은 음속의 2.7배에 달합니다. 너무 빠른 초음속 비행은 항공기와 공기 마찰을 일으키고 많은 열을 발생시킵니다. 비행 속도가 음속의 2.2배에 도달하면 알루미늄 합금은 견딜 수 없습니다. 내열성 티타늄 합금을 사용해야 합니다.

항공기 엔진의 추력 대 중량 비율이 4에서 6으로 증가하면 8에서 10으로 증가하고 압축 가스 출구 온도는 이에 따라 200도에서 300도에서 500도에서 600도로 증가하여 원래의 저압 가압 가스 디스크와 블레이드가 만들어졌습니다. 알루미늄을 티타늄 합금으로 변경해야 합니다.

최근 몇 년 동안 과학자들은 티타늄 합금 연구 성과에 대해 연구하고 끊임없이 새로운 진전을 이루고 있습니다. 티타늄, 알루미늄, 바나듐 티타늄 합금의 원래 구성은 550도 ~ 600도의 높은 작동 온도와 새로 개발된 티타늄 알루미늄(TiAl) 합금의 높은 작동 온도는 1040도까지 증가했습니다.

고압 압축기 디스크 및 블레이드를 제조하기 위해 스테인레스 스틸 대신 티타늄 합금을 사용하면 구조적 무게를 줄일 수 있습니다. 항공기는 중량을 10% 줄이면 연료를 4% 절약할 수 있습니다. 로켓의 경우 무게를 1kg 줄이면 사거리가 15km 늘어납니다.

여섯, 티타늄 합금 가공 특성 분석

우선, 티타늄 합금의 낮은 열전도율은 강철의 1/4, 알루미늄은 1/13, 구리는 1/25입니다. 절단 영역의 느린 열 방출로 인해 절단 과정에서 열 균형에 도움이 되지 않습니다. , 방열 및 냉각 효과가 매우 열악하고 절단 영역에서 고온이 형성되기 쉽고 반동 가공 후 부품의 변형이 발생하여 절삭 공구의 토크가 증가하고 빠른 마모 가장자리의 가장자리가 발생합니다. 내구성 감소.

둘째, 티타늄 합금의 열전도율이 낮기 때문에 작은 면적 근처의 절단 칼에 축적된 절단 열이 쉽게 퍼지지 않고 전면의 마찰이 증가하여 칩이 잘 생기지 않으며 절단 열이 쉽지 않습니다. 도구 마모를 전파하고 가속화합니다. 그 후 티타늄 합금의 화학적 활성이 높고 고온에서 가공하면 공구 재료와 반응하기 쉽고 용해, 확산이 형성되어 칼이 달라붙고 칼이 타며 칼이 부러지는 등의 현상이 발생합니다.

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V. 항공 분야의 티타늄 합금은 적용 이유가 많습니다.

현대 항공기 항법 고속은 음속의 2.7배에 달합니다. 너무 빠른 초음속 비행은 항공기와 공기 마찰을 일으키고 많은 열을 발생시킵니다. 비행 속도가 음속의 2.2배에 도달하면 알루미늄 합금은 견딜 수 없습니다. 내열성 티타늄 합금을 사용해야 합니다.

항공기 엔진의 추력 대 중량 비율이 4에서 6으로 증가하면 8에서 10으로 증가하고 압축 가스 출구 온도는 이에 따라 200도에서 300도에서 500도에서 600도로 증가하여 원래의 저압 가압 가스 디스크와 블레이드가 만들어졌습니다. 알루미늄을 티타늄 합금으로 변경해야 합니다.

최근 몇 년 동안 과학자들은 티타늄 합금 연구 성과에 대해 연구하고 끊임없이 새로운 진전을 이루고 있습니다. 티타늄, 알루미늄, 바나듐 티타늄 합금의 원래 구성은 550도 ~ 600도의 높은 작동 온도와 새로 개발된 티타늄 알루미늄(TiAl) 합금의 높은 작동 온도는 1040도까지 증가했습니다.

고압 압축기 디스크 및 블레이드를 제조하기 위해 스테인레스 스틸 대신 티타늄 합금을 사용하면 구조적 무게를 줄일 수 있습니다. 항공기는 중량을 10% 줄이면 연료를 4% 절약할 수 있습니다. 로켓의 경우 무게를 1kg 줄이면 사거리가 15km 늘어납니다.

여섯, 티타늄 합금 가공 특성 분석

우선, 티타늄 합금의 낮은 열전도율은 강철의 1/4, 알루미늄은 1/13, 구리는 1/25입니다. 절단 영역의 느린 열 방출로 인해 절단 과정에서 열 균형에 도움이 되지 않습니다. , 방열 및 냉각 효과가 매우 열악하고 절단 영역에서 고온이 형성되기 쉽고 반동 가공 후 부품의 변형이 발생하여 절삭 공구의 토크가 증가하고 빠른 마모 가장자리의 가장자리가 발생합니다. 내구성 감소.

둘째, 티타늄 합금의 열전도율이 낮기 때문에 작은 면적 근처의 절단 칼에 축적된 절단 열이 쉽게 퍼지지 않고 전면의 마찰이 증가하여 칩이 잘 생기지 않으며 절단 열이 쉽지 않습니다. 도구 마모를 전파하고 가속화합니다. 그 후 티타늄 합금의 화학적 활성이 높고 고온에서 가공하면 공구 재료와 반응하기 쉽고 용해, 확산이 형성되어 칼이 달라붙고 칼이 타며 칼이 부러지는 등의 현상이 발생합니다.