Въздушният транспорт се е превърнал в неразделна част от нашето ежедневие-независимо дали чрез логистика на въздушни товари или пътуване със самолет. Когато погледнем към небето и наблюдаваме реещ се самолет над нас, възниква естествен въпрос:какви материали се използват за изграждането на самолети, които могат да носят такива масивни товари и да работят на големи височини?
Нека проучим материалите зад тази забележителна способност.
Преглед на Titanium
През 1948 г. DuPont успешно постига промишленото производство на гъбест титан, използвайки процеса на редукция на магнезий, отбелязвайки важен крайъгълен камък в историята на титаниевите материали. Оттогава титаниевите сплави се прилагат широко в различни индустрии поради техните изключителни физични свойства, включителновисока специфична якост, отлична устойчивост на корозия и превъзходна устойчивост на топлина.
Трябва да се отбележи, че титанът е изобилен елемент в земната кора, класиранедевети по общо изобилие, далеч надхвърлящ този на често използвани метали като мед, цинк и калай. Той е широко разпространен в много видове скали, особено в пясъци и глини, където запасите са особено значителни.
Характеристики на титан
Титанът проявява набор от изключителни свойства, включителновисока якост, висока термична якост, отлична устойчивост на корозия, изключителна ефективност при ниски-температури и силна химическа активност.
По-конкретно, якостта на титана далеч надвишава тази на алуминиевите сплави, магнезиевите сплави и неръждаемите стомани, което го прави един от най-забележителните структурни метали. Титаниевите сплави също се представят изключително добре при повишени температури, като работните температури са значително по-високи от тези на алуминиевите сплави и могат да поддържат дългосрочна-производителност при450-500 градуса.
В допълнение, титанът демонстрира отлична устойчивост на киселини, основи и атмосферна корозия, особено проявявайки силна устойчивост наточкова корозия и корозионно напукване под напрежение. При ниски температури титанови сплави като напрTA7запазват добра пластичност и механични свойства дори при ниски температури–253 градуса.
Титанът обаче проявява висока химическа реактивност при повишени температури и може лесно да реагира с газове като водород и кислород във въздуха, образувайки втвърдени повърхностни слоеве. Освен това титановите сплави имат сравнително ниска топлопроводимост-приблизително1/4 от никела, 1/5 от желязото и 1/14 от алуминия-докато техният модул на еластичност е приблизителнополовината от стоманата. Тези характеристики правят титана незаменим в много съвременни инженерни приложения.
Класификация и приложения на титанови сплави
Титановите сплави могат да бъдат класифицирани според техните приложениятоплоустойчиви-сплави, високо-якостни сплави, устойчиви-на корозия сплави(като Ti-Mo и Ti-Pd сплави),ниско{0}}температурни сплави, испециални функционални сплави, включително титаново-желязни материали за съхранение на водород и титаново-никелови сплави с памет за формата.
Въпреки че историята на приложението на титановите сплави е относително кратка, тяхната изключителна производителност им е спечелила множество отличия, едно от които е титлата"космически метъл".Това обозначение произтича от тяхното леко тегло, висока якост и отлична устойчивост на високи-температури, което ги прави идеални материали за самолети и космически превозни средства.
В момента приблизителнотри-четвърти от глобалното производство на титан и титанови сплави се използва в космическия сектор, като много компоненти, които някога са били направени от алуминиеви сплави, сега са заменени от титанови сплави.
Авиационни приложения
Титановите сплави са критични материали в производството на самолети и двигатели. Те се използват широко вковани компоненти за вентилатори, компресорни дискове и лопатки, корпуси на двигатели, изпускателни системи, както и структурни компоненти каторамки и прегради.
В космическите приложения високата специфична якост, устойчивостта на корозия и ниските{0}}температурни характеристики на титановите сплави ги правят идеални засъдове под налягане, резервоари за гориво, крепежни елементи, ленти за инструменти, структурни рамки и корпуси на ракети. Заваръчните листове от титанова сплав се използват широко визкуствени спътници, лунни модули, пилотирани космически кораби и космически совалки.
През 1950 г. Съединените щати за първи път прилагат титанови сплави заF-84 изтребител-бомбардировач, използвайки ги за непоносими-товар-компоненти като топлинни щитове на задната част на фюзелажа, въздуховоди и обтекатели на опашката. Започвайки през 60-те години на миналия век, титаниевите сплави се разшириха от приложенията в задната част на фюзелажа до средата-на фюзелажа, като частично замениха структурната стомана впрегради, греди и пътеки за клапи.
До 70-те години на миналия век, с масовото производство на граждански самолети катоБоинг 747, употребата на титан се увеличи драстично. Само Boeing 747 използва повече от3,640 кг титан, което представлява приблизително28% от теглото на конструкцията на самолета. Титановите сплави също се използват широко в ракети, сателити и космически кораби.
Характеристики на обработка на титанови сплави
Първо, титаниевите сплави имат относително ниска топлопроводимост-само околоедна-четвърт от стоманата, една-тринадесета от алуминия и една-двадесет-петата от медта. Следователно по време на обработка разсейването на топлината и охлаждането са неефективни, което води довисоки температури, концентрирани в зоната на рязане. Това може да причини деформация на детайла и еластично възстановяване, да увеличи въртящия момент на рязане, да ускори износването на ръба на инструмента и значително да намали живота на инструмента.
Второ, тъй като топлината при рязане е концентрирана близо до режещия ръб и не може да се разсее бързо, триенето върху челната повърхност се увеличава, което прави евакуацията на стружки по-трудна и допълнително ускорява износването на инструмента.
И накрая, при повишени температури химическата активност на титановите сплави се увеличава значително. Те са склонни да реагират с инструменталните материали, което води доадхезия, дифузия и формиране-на изграден ръб. Тези явления могат да доведат до залепване, изгаряне или счупване на инструмента, което сериозно засяга качеството и ефективността на обработката.
Предимства на обработващите центрове
Обработващите центрове могат да обработват множество компоненти едновременно, което значително подобрява ефективността на производството. Тяхната висока прецизност гарантира отлична консистенция на продукта, а с функциите за компенсация на инструмента присъщата точност на машинния инструмент може да се използва напълно.
Предлагат и обработващи центровесилна адаптивност и гъвкавост, лесно боравене с дъгова обработка, скосяване и преходи във филе. По-впечатляващо е, че те подкрепятмного{0}}функционални операции, включително фрезоване, пробиване, пробиване и резбоване-на една машина.
От гледна точка на -контрола на разходите, обработващите центри позволяват точно отчитане на разходите и планиране на производството, елиминират необходимостта от специализирани приспособления, намаляват общите разходи и съкращават производствените цикли. Те същозначително намаляване на интензивността на трудаи може да се интегрира безпроблемно с CAM софтуер като напрUG (NX)за извършване на много{0}}осова обработка.
Избор на режещи инструменти и охлаждащи течности
Изборът на подходящи режещи инструменти и охлаждащи течности е от решаващо значение при обработката на титанови сплави. Инструменталните материали трябва да бъдат изложенивисока твърдост и устойчивост на износванеза да се осигури ефективно отстраняване на материала. Изборът на охлаждаща течност пряко влияе върху качеството и ефективността на обработката-правилните охлаждащи течности намаляват триенето и топлината при рязане, като удължават живота на инструмента и подобряват точността на обработката.
1. Изисквания към материала на инструмента
Твърдостта на инструмента трябва да бъде значително по-висока от тази на титановите сплави, за да се осигури ефективно рязане.
Инструментите трябва да притежават достатъчна здравина и издръжливост, за да издържат на висок въртящ момент и сили на рязане.
Като се има предвид високата якост на титановите сплави, режещите ръбове трябва да останат остри; следователно е необходима отлична устойчивост на износване, за да се сведе до минимум втвърдяването при работа.
2. Избор на геометрия на челната фреза
Поради уникалните характеристики на обработка на титановите сплави, геометрията на челната фреза се различава значително от тази на конвенционалните инструменти.
A по-малък ъгъл на спиралата ( )се препоръчва за увеличаване на обема на канала, подобряване на евакуацията на чипа и подобряване на разсейването на топлината.
3. Избор на параметри на рязане
При обработка на титанови сплави,по-ниски скорости на рязанетрябва да се използва в съчетание с подходящи скорости на подаване, разумни дълбочини на рязане и контролирани допустими довършителни работи.
4. Избор и приложение на охлаждаща течност
Охлаждащи течности, съдържащи хлор, трябва да се избягват, за да се предотврати образуването на токсични вещества и водородна крехкост, както и да се намали рискът от корозионно напукване при напрежение при повишени температури.
Препоръчително е да се използвасинтетични водо{0}}разтворими емулсииили специално формулирани охлаждащи течности, подходящи за обработка на титанови сплави.
