Историја примене титанијума у ваздухопловству почела је 1953. године са првом употребом титанијума у кућиштима мотора и заштитним зидовима ДЦ-Т-а који је произвео Доуглас у Сједињеним Државама. Од тог времена, титанијум се користи у авионима скоро 50 година. Пошто има бројне корисне особине које су прикладне за примену у авионима, титан се широко користи у ваздухопловству. Разговараћемо о потреби за титанијумом у данашњој дискусији о материјалима за авионе.
1.Увођење титанијума
Прва индустријска производња титанијумског сунђера, или титанијума, почела је тек 1948. године када је америчка компанија ДуПонт произвела тоне титанијумског сунђера користећи процес магнезијума. Због своје високе специфичне чврстоће, одличне отпорности на корозију и високе отпорности на топлоту, легура титанијума се широко користи у различитим индустријама. Титанијум је на десетом месту по заступљености у земљиној кори, далеко већи од уобичајених метала као што су бакар, цинк и калај. Песак и глина су две врсте стена у којима је титанијум посебно богат.
2. карактеристике титанијума
Висока чврстоћа: 1,3 пута већа од легуре алуминијума, 1,6 пута више од легуре магнезијума и 3,5 пута од нерђајућег челика, шампиона међу металним материјалима.
Висока термичка чврстоћа: температура употребе је неколико стотина степени виша од оне легуре алуминијума и може радити дуго времена на температури од 450 до 500 степени.
Добра отпорност на корозију: отпорна на киселу, алкалну и атмосферску корозију, посебно јака отпорност на корозију под напоном.
Добра нискотемпературна својства: легура титанијума ТА7 са веома ниским међупросторним елементима може да одржи одређени степен пластичности на -253 степену.
Висока хемијска активност: висока хемијска активност на високим температурама, лако хемијски реагује са гасовитим нечистоћама као што су водоник и кисеоник у ваздуху да би се добио очврснути слој.
Мала топлотна проводљивост, мали модул еластичности: топлотна проводљивост је око 1/4 никла, 1/5 гвожђа и 1/14 алуминијума, док је топлотна проводљивост разних легура титанијума око 50 одсто нижа од оне код титанијума. Модул еластичности легура титанијума је око 1/2 од челика.
3.Класификација и употреба легура титанијума
Легуре отпорне на топлоту, легуре високе чврстоће, легуре отпорне на корозију (легуре титанијум-молибден, легуре титанијум-паладијума, итд.), легуре на ниским температурама и јединствене функционалне легуре су неке категорије легура титанијума на основу њихове намене ( материјали за складиштење водоника од титанијума и гвожђа и меморијске легуре титанијум-никл). Упркос чињеници да титан и његове легуре нису коришћене веома дуго, већ су добили бројне велике награде за своје изузетне квалитете. Због своје снаге, мале тежине и издржљивости на високе температуре, посебно је погодан за производњу разних свемирских летелица и авиона. Ваздухопловство тренутно користи око 75 одсто титанијума и легура титанијума произведених широм света. Постоји неколико компоненти које су раније биле направљене од легура титанијума, али су првобитно направљене од легура алуминијума.
4. легура титанијума за употребу у ваздухопловству
Титанијумска легура се углавном користи у материјалима за производњу авиона и мотора, као што су вентилатори за ковање титанијума, дискови и лопатице компресора, поклопци мотора, издувни уређаји и други делови, као и одстојници за зрак и други делови структурног оквира. Вештачки сателити Земље, месечеви модули, свемирске летелице са људском посадом и свемирски шатлови такође користе заварене делове од легуре титанијума.
Године 1950. Сједињене Америчке Државе су по први пут у Ф-84 ловцу-бомбардеру као топлотни штит задњег трупа, штитник од ветра, репни поклопац и друге неносиве компоненте. 60-их су почели да се користе делови легуре титанијума од задњег дела трупа до трупа, делимично уместо одстојника за производњу конструкцијског челика, греде, клизника за преклоп и других важних компоненти које носе оптерећење. 70-их година надаље, цивилни авиони су почели да користе легуру титанијума у великим количинама, као што је путнички авион Боеинг 747 са титанијумом износио је 3640 Више од 28 одсто тежине авиона. Са развојем технологије обраде, у ракетама, вештачким сателитима и свемирским летелицама, коришћен је и велики број легура титанијума.
Што је авион напреднији, више се користи титанијум. Амерички Ф{0}}борбени авиони користе легуру титанијума, која чини око 25 процената тежине авиона; Ф-15Ловачки авион за 25,8 одсто; четврта генерација америчких борбених авиона са 41 одсто количине титанијума, њен мотор Ф119 са 39 одсто количине титанијума, тренутно је највећа количина авиона од титанијума.
5. Разлози због којих се легуре титанијума користе у великом броју у ваздухопловству
Максимална брзина пловидбе савремених авиона достигла је више од 2,7 пута брзину звука. Овако брз суперсонични лет ће проузроковати трљање авиона о ваздух и стварање много топлоте. Када брзина лета достигне 2,2 пута брзину звука, алуминијумске легуре то више не могу да издрже. Морају се користити легуре титанијума отпорне на високе температуре.
Када се однос потиска и тежине авио-мотора повећа са 4-6 на 8-10, температура излаза компресора се сходно томе повећава са 200-300 степени на 500-600 степена, оригинални диск компресора ниског притиска и оштрица направљени од алуминијума морају се променити у легуру титанијума.
Последњих година научници на истраживању перформанси легуре титанијума настављају да остварују нови напредак. Оригинална легура титанијума састављена од титанијума, алуминијума, ванадијума, највиша радна температура од 550 степени ~ 600 степени, и новоразвијена легура титанијум алуминијума (ТиАл), највиша радна температура је повећана на 1040 степени.
Употреба легура титанијума уместо нерђајућег челика за производњу дискова и лопатица компресора високог притиска може смањити тежину конструкције. За сваких 10% смањења тежине у авиону, може се постићи уштеда горива од 4%. За ракете, свако смањење тежине од 1 кг може повећати домет за 15 км.
6. анализа карактеристика обраде легуре титанијума
Пре свега, топлотна проводљивост легуре титанијума је ниска, само 1/4 челика, алуминијума 1/13, бакра 1/25. због спорог одвођења топлоте у подручју сечења, не погодује топлотној равнотежи, у процесу сечења, расипање топлоте и ефекат хлађења су веома лоши, лако се формира висока температура у области сечења, након обраде делова деформација се одбија, што резултира код алата за сечење са повећаним обртним моментом, ивица се брзо хаба, издржљивост смањена.
Друго, топлотна проводљивост легуре титанијума је ниска, тако да се топлота сечења акумулира у малој површини у близини алата за сечење није лако распршити, трење предње површине алата се повећава, није лако одрезати, топлоту резања није лако распршити, убрзава хабање алата. Коначно, хемијска активност легуре титанијума је висока, обрада на високим температурама је лако реаговати са материјалом алата, формирање растворљивог, дифузионог, што резултира лепљивим ножем, ножем за горење, сломљеним ножем и другим појавама.
