航空におけるチタンの応用の歴史は、1953 年に米国のダグラス社が製造した DC-T のエンジン ポッドとファイアウォールにチタンが初めて使用されたことに始まります。 それ以来、チタンは 50 年近く航空機に使用されてきました。 チタンは、航空機用途に適した多くの有益な特性を備えているため、航空機で広く使用されています。 今日の航空機材料に関する議論では、チタンの必要性について議論します。
1.チタンの紹介
スポンジ チタン、またはチタンの最初の工業生産は、1948 年に米国デュポン社がマグネシウム プロセスを使用して大量のスポンジ チタンを製造したときに始まりました。 チタン合金は、比強度が高く、耐食性に優れ、耐熱性に優れているため、さまざまな産業で広く利用されています。 チタンは、地球の地殻における存在量の点で 10 番目にランクされ、銅、亜鉛、スズなどの一般的な金属よりもはるかに多い. 砂と粘土は、チタンが特に豊富な 2 種類の岩石です。
2.チタンの特徴
高強度：アルミ合金の1.3倍、マグネシウム合金の1.6倍、金属素材の王者ステンレスの3.5倍。
高い熱強度：使用温度はアルミニウム合金より数百度高く、450～500度の温度で長時間使用できます。
優れた耐食性: 酸、アルカリ、大気腐食に耐性があり、特に孔食や応力腐食に強い耐性があります。
優れた低温特性: 格子間元素が非常に少ないチタン合金 TA7 は、-253 度である程度の可塑性を維持できます。
高い化学的活性: 高温で高い化学的活性があり、空気中の水素や酸素などのガス状不純物と容易に化学反応して硬化層を生成します。
熱伝導率が小さく、弾性率が小さい: 熱伝導率はニッケルの約 1/4、鉄の 1/5、アルミニウムの 1/14 ですが、さまざまなチタン合金の熱伝導率はチタンの熱伝導率よりも約 50% 低くなります。 チタン合金の弾性率は鋼の約1/2です。
3.チタン合金の分類と用途
耐熱合金、高強度合金、耐食合金（チタン-モリブデン合金、チタン-パラジウム合金など）、低温合金、特殊機能合金など、用途によってチタン合金に分類されます（チタン-鉄水素貯蔵材料およびチタン-ニッケル記憶合金)。 チタンとその合金は、非常に長い間使用されていなかったという事実にもかかわらず、その優れた品質により、すでに多くの主要な賞を受賞しています。 強度が高く、軽量で、高温に対する耐久性があるため、さまざまな宇宙船や飛行機の製造に特に適しています。 現在、航空宇宙部門では、世界中で生産されるチタンおよびチタン合金の約 75% が使用されています。 以前はチタン合金で構成されていたが、元々はアルミニウム合金で構成されていたコンポーネントがいくつかあります。
4.航空用途のチタン合金
チタン合金は主に、チタン製ファン、圧縮機ディスクとブレード、エンジン カウリング、排気装置、その他の部品の鍛造、航空機のビーム スペーサーやその他の構造フレームワーク部品など、航空機およびエンジンの製造材料に使用されています。 人工地球衛星、月モジュール、有人宇宙船、スペースシャトルなどにもチタン合金の板溶接部品が使われています。
1950 年に米国で初めて F-84 戦闘爆撃機の後部胴体の熱シールド、風防、テール カウル、およびその他の非耐荷重コンポーネントとして採用されました。 1960年代には、スペーサー、ビーム、フラップスライド、その他の重要な耐荷重部品を製造する構造用鋼の代わりに、胴体後部から胴体までチタン合金部品を使用し始めました。 70 年代以降、民間航空機はチタン合金を大量に使用し始めました。たとえば、ボーイング 747 旅客機では、チタンは航空機の重量の 28% 以上を占めていました。 加工技術の発展に伴い、ロケットや人工衛星、宇宙機などにもチタン合金が多く使われています。
航空機が高度になればなるほど、より多くのチタンが使用されます。 US F-14戦闘機には、航空機の重量の約 25% を占めるチタン合金が使用されています。 F-1525.8%の戦闘機。 チタン量の 41% を使用する米国の第 4 世代戦闘機、チタン量の 39% を使用する F119 エンジンは、現在、チタンの量が最も多い航空機です。
5. 航空機にチタン合金が多く使われる理由
現代の航空機の航行の最高速度は、音速の 2.7 倍以上に達しています。 このような高速の超音速飛行は、航空機が空気をこすり、大量の熱を発生させます。 飛行速度が音速の2.2倍に達すると、アルミニウム合金はもはやそれに耐えられなくなります。 高温耐性チタン合金を使用する必要があります。
航空エンジンの推力重量比が 4-6 から 8-10 に増加すると、それに応じてコンプレッサーの出口温度が 200-300 度から 500-600 に増加します。度、アルミニウム製の元の低圧圧縮機ディスクとブレードをチタン合金に変更する必要があります。
近年、チタン合金の性能研究に関する科学者は、新たな進歩を遂げ続けています。 チタン、アルミニウム、バナジウムで構成された元のチタン合金、最高使用温度550度〜600度、そして新しく開発されたチタンアルミニウム（TiAl）合金、最高使用温度は1040度に上昇しました。
ステンレス鋼の代わりにチタン合金を使用して高圧圧縮機のディスクとブレードを製造すると、構造の重量を減らすことができます。 航空機の重量を 10% 削減するごとに、4% の燃料を節約できます。 ロケットの場合、重量が 1kg 減るごとに、射程が 15km 伸びます。
6.チタン合金加工特性分析
まず、チタン合金の熱伝導率は低く、鉄の1/4、アルミの1/13、銅の1/25しかありません。 切断領域での熱放散が遅いため、熱バランスを助長しません。切断プロセスでは、熱放散と冷却効果が非常に悪く、切断領域で高温を形成しやすく、部品の変形のリバウンドを処理した後、その結果、トルクが増加した切削工具では、刃先の摩耗が速くなり、耐久性が低下します。
第二に、チタン合金の熱伝導率が低いため、切削熱が切削工具の近くの小さな領域に蓄積し、分散しにくく、前面工具表面の摩擦が増加し、欠けにくく、切削熱が分散しにくく、加速しますツールの摩耗。 最後に、チタン合金の化学的活性は高く、高温での加工は工具材料と反応しやすく、溶解性の形成、拡散が起こり、ナイフの粘着性、ナイフの燃焼、ナイフの破損などの現象が発生します。
