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体彩七星彩走势图爱彩:航空運輸飛機的材料為什么要用鈦合金?

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一、鈦的簡介


1948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。


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。



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二、鈦的特性


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,金屬材料中的優越。


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。


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。


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。


化學活性大:高溫時化學活性很高,輕易與空氣中的氫、氧等氣體雜質發生化學反應,生成硬化層。


導熱系數小、彈性模量?。旱既認凳嘉?/4,鐵的1/5,鋁的1/14,而各種鈦合金的導熱系數比鈦的導熱系數約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2。



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三、鈦合金的分類及用途


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。


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。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


鈦合金主要用于飛機及發動機的制造材料,如鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、發動機罩、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。


航空運輸飛機的材料為什么非得要用鈦合金???


1950年美國首次在F-84戰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展,在火箭、人造衛星和宇宙飛船上,也用了大量的鈦合金。飛機越先進,使用的鈦越多。美國F—14A戰斗機使用的鈦合金,約占機重的25%;F—15A戰斗機為25.8%;美國第四代戰斗機用鈦量為41%,其F119發動機用鈦量為39%,是目前用鈦量*高的飛機。



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五、鈦合金在航空中被大量應用的原因


現代飛機的航行*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。當航空發動機的推重比從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。


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,*高工作溫度為550℃~600℃,而新研制的鈦化鋁(TiAl)合金,*高工作溫度已提高到1040℃。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%,可節省燃料4%。對火箭來說,每減輕1kg的重量,就可增加15km的射程。


航空運輸飛機的材料為什么非得要用鈦合金???


鈦合金材料飛機起落架零件



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六、鈦合金機加工特性分析


首先,鈦合金導熱系數低,僅是鋼的1/4,鋁的1/13,銅的1/25。因切削區散熱慢,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。


其次,鈦合金的導熱系數低,使切削熱積于切削刀附近的小面積區域內不易散發,前刀面摩擦力加大,不易排屑,切削熱不易散發,加速刀具磨損。*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、斷刀等現象。


七、加工中心加工鈦合金特點


加工中心可以多個零件同時加工,提高生產效率。


提高零件的加工精度,產品一致性好。加工中心有刀具補償功能,可以獲得機床本身的加工精度。


有廣泛的適應性和較大的靈活性。如本零件的圓弧加工、倒角和過渡圓角。


可以實現一機多能。加工中心可以進行銑削、鉆孔、鏜孔、攻絲等一系列加工。


可以進行**的成本計算,控制生產進度。


不需要專用夾具,節約大量成本經費,縮短生產周期。


大大減輕了工人的勞動強度。


可以與UG等加工軟件進行多軸加工。


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八、刀具及冷卻液材料的選擇


1、刀具材料選用應滿足下列要求:


足夠的硬度。刀具的硬度必須要遠大于鈦合金硬度。


足夠的強度和韌性。由于刀具切削鈦合金時承受很大的扭矩和切削力,因此必須有足夠的強度和韌性。


足夠的耐磨性。由于鈦合金韌性好,加工時切削刃要鋒利,因此刀具材料必須有足夠的抗磨損能力,這樣才能減少加工硬化。這是選擇加工鈦合金刀具*重要的參數。


刀具材料與鈦合金親合能力要差。由于鈦合金化學活性高,因此要避免刀具材料和鈦合金形成溶敷、擴散而成合金,造成粘刀、燒刀現象。


經過對國內常用刀具材料和國外刀具材料進行試驗表明,采用高鈷刀具效果理想,鈷的主要作用能加強二次硬化效果,提高紅硬性和熱處理后的硬度,同時具有較高的韌性、耐磨性、良好的散熱性。


2、銑刀的幾何參數


鈦合金的加工特性決定刀具的幾何參數與普通刀具存在著較大區別。


螺旋角β選擇較小的螺旋升角,排屑槽增大,排屑容易,散熱快,同時也減小切削加工過程中的切削抗力。


前角γ切削時刃口鋒利,切削輕快,避免鈦合金產生過多切削熱,從而避免產生二次硬化。


后角α減小刀刃的磨損速度,有利于散熱,耐用度也得到很大程度的提高。


3、切削參數選擇


鈦合金機加工應選擇較低的切削速度,適當大的進給量,合理的切深和精加工量,冷卻要充分。


切削速度VcVc=30~50m/min


進給量f粗加工時取較大進給量,精加工和半精加工取適中的進給量。


切削深度apap=1/3d為宜,鈦合金親合力好,排屑困難,切削深度太大,會造成刀具粘刀、燒刀、斷裂現象。


精加工余量αc適中鈦合金表面硬化層約0.1~0.15mm,余量太小,刀刃切削在硬化層上,刀具容易磨損,應該避免硬化層加工,但切削余量不宜過大。


4、冷卻液


鈦合金加工*好不用含氯的冷卻液,避免產生有毒物質和引起氫脆,也能防止鈦合金高溫應力腐蝕開裂。


選用合成水溶性乳化液,也可自配用冷卻液。


切削加工時冷卻液要保證充足,冷卻液循環速度要快,切削液流量和壓力要大,加工中心都配有專用冷卻噴嘴,只要注意調整就能達到預期的效果。





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