Zračni prijevoz je postao sastavni dio našeg svakodnevnog života-bilo kroz logistiku zračnog tereta ili putovanja avionom. Kada pogledamo u nebo i posmatramo letelice kako lebde iznad nas, nameće se prirodno pitanje:koji se materijali koriste za izradu aviona koji mogu nositi tako velika opterećenja i raditi na velikim visinama?
Hajde da istražimo materijale koji stoje iza ove izuzetne sposobnosti.
Pregled Titanijuma
Godine 1948. DuPont je uspješno postigao industrijsku proizvodnju spužvastog titanijuma koristeći proces redukcije magnezija, što je označilo veliku prekretnicu u istoriji titanijumskih materijala. Od tada, legure titanijuma imaju široku primenu u različitim industrijama zbog svojih izvanrednih fizičkih svojstava, uključujućivisoka specifična čvrstoća, odlična otpornost na koroziju i vrhunska otpornost na toplinu.
Posebno, titanijum je element u izobilju u Zemljinoj kori, rangirandeveti po ukupnom obilju, što daleko nadmašuje uobičajene metale kao što su bakar, cink i kalaj. Široko je rasprostranjen u mnogim vrstama stijena, posebno u pijesku i glini, gdje su rezerve posebno značajne.
Karakteristike titanijuma
Titanijum pokazuje niz izuzetnih svojstava, uključujućivisoka čvrstoća, visoka termička čvrstoća, odlična otpornost na koroziju, izvanredne performanse na niskim{0}}temperaturama i jaka hemijska aktivnost.
Konkretno, čvrstoća titana daleko nadmašuje snagu legure aluminijuma, legura magnezijuma i nerđajućeg čelika, što ga čini jednim od najistaknutijih konstrukcijskih metala. Legure titanijuma takođe imaju izuzetno dobre performanse na povišenim temperaturama, sa radnim temperaturama znatno višim od onih u aluminijumskim legurama, i mogu održati dugotrajne-performanse pri450–500 stepeni.
Osim toga, titan pokazuje odličnu otpornost na kiseline, alkalije i atmosfersku koroziju, posebno pokazujući jaku otpornost napiting korozija i naponska korozija pucanje. Na niskim temperaturama, legure titana kao nprTA7zadržavaju dobru duktilnost i mehanička svojstva, čak i na niskim temperaturama–253 stepena.
Međutim, titan pokazuje visoku hemijsku reaktivnost na povišenim temperaturama i može lako da reaguje sa gasovima kao što su vodonik i kiseonik u vazduhu, formirajući očvrsle površinske slojeve. Štaviše, legure titanijuma imaju relativno nisku toplotnu provodljivost-približno1/4 nikla, 1/5 gvožđa i 1/14 aluminijuma-dok je njihov modul elastičnosti otprilikeupola manje od čelika. Ove karakteristike čine titanijum nezamenljivim u mnogim naprednim inženjerskim aplikacijama.
Klasifikacija i primjena titanijumskih legura
Legure titanijuma se mogu klasifikovati prema njihovoj primenilegure-otporne na toplinu, legure visoke-čvrstoće, legure otporne na koroziju-(kao što su Ti{0}}Mo i Ti{1}}Pd legure),niskotemperaturne legure, ispecijalne funkcionalne legure, uključujući materijale za skladištenje vodonika od titanijum-gvožđa i legure za memoriju oblika titan-nikl.
Iako je povijest primjene titanijumskih legura relativno kratka, njihove izvanredne performanse donijele su im brojna priznanja, od kojih je jedna titula"svemirski metal".Ova oznaka proizilazi iz njihove male težine, velike čvrstoće i odlične otpornosti na visoke{0}}temperature, što ih čini idealnim materijalima za zrakoplove i svemirska vozila.
Trenutno otpriliketri-četvrtine svjetske proizvodnje titanijuma i titanijumskih legura koristi se u sektoru vazduhoplovstva, pri čemu su mnoge komponente koje su nekada bile napravljene od aluminijskih legura sada zamijenjene legurama titana.
Vazduhoplovstvo
Legure titana su kritični materijali u proizvodnji aviona i motora. Široko se koriste ukovane komponente ventilatora, diskovi i lopatice kompresora, kućišta motora, izduvni sistemi, kao i strukturne komponente kao nprokviri i pregrade.
U vazduhoplovnim aplikacijama, visoka specifična čvrstoća, otpornost na koroziju i performanse na niskim{0}}temperaturama titanijumskih legura čine ih idealnim zaposude pod pritiskom, rezervoari za gorivo, zatvarači, trake za instrumente, strukturni okviri i kućišta raketa. Zavareni limovi od legura titanijuma se intenzivno koriste uumjetni sateliti, lunarni moduli, svemirske letjelice s ljudskom posadom i svemirski šatlovi.
Godine 1950. Sjedinjene Države su prvi put primijenile legure titanijumaF-84 lovac-bombarder, koristeći ih za komponente koje nisu-opterećene-kao što su toplinski štitovi stražnjeg trupa, zračni kanali i repni oklopi. Počevši od 1960-ih, legure titana proširile su se od primjene stražnjeg trupa na srednji -trup, djelimično zamjenjujući konstrukcijski čelik upregrade, grede i klapne.
Do 1970-ih, sa masovnom proizvodnjom civilnih aviona kao što suBoeing 747, upotreba titanijuma se dramatično povećala. Samo Boeing 747 koristio je više od3.640 kg titanijuma, što čini približno28% strukturne težine aviona. Legure titanijuma su takođe postale ekstenzivno korišćene u raketama, satelitima i svemirskim letelicama.
Karakteristike obrade titanijumskih legura
Prvo, legure titanijuma imaju relativno nisku toplotnu provodljivost-samo okojedna-četvrtina čelika, jedna-trinaestina aluminijuma i jedna-dvadeset- petina bakra. Tokom obrade, odvođenje toplote i hlađenje su stoga neefikasni, što dovodi dovisoke temperature koncentrisane u zoni rezanja. To može uzrokovati deformaciju radnog komada i elastični oporavak, povećati okretni moment rezanja, ubrzati trošenje rubova alata i značajno smanjiti vijek trajanja alata.
Drugo, pošto je toplota rezanja koncentrisana blizu ivice rezanja i ne može se brzo raspršiti, trenje na grabuljastoj površini se povećava, što otežava evakuaciju strugotine i dodatno ubrzava habanje alata.
Konačno, na povišenim temperaturama, hemijska aktivnost titanijumskih legura značajno raste. Oni imaju tendenciju da reaguju sa materijalima alata, što rezultiraadhezija, difuzija i formiranje-izgrađenih rubova. Ove pojave mogu dovesti do zaglavljivanja alata, sagorevanja ili loma, što ozbiljno utiče na kvalitet i efikasnost obrade.
Prednosti obradnih centara
Obradni centri mogu obraditi više komponenti istovremeno, značajno poboljšavajući efikasnost proizvodnje. Njihova visoka preciznost osigurava odličnu konzistentnost proizvoda, a sa funkcijama kompenzacije alata, inherentna preciznost alatne mašine može se u potpunosti iskoristiti.
U ponudi su i obradni centrisnažna prilagodljivost i fleksibilnost, lako rukovanje lučnom obradom, skošenjem i prijelazima ugao. Još impresivnije, podržavajumulti-funkcionalne operacije, uključujući glodanje, bušenje, bušenje i urezivanje{0}}sve na jednoj mašini.
Iz perspektive{0}}kontrole troškova, obradni centri omogućavaju precizno obračunavanje troškova i planiranje proizvodnje, eliminišu potrebu za specijalizovanim uređajima, smanjuju ukupne troškove i skraćuju proizvodne cikluse. Oni takođeuvelike smanjiti intenzitet radai može se neprimjetno integrirati sa CAM softverom kao što jeUG (NX)za izvođenje više-osinske obrade.
Izbor alata za rezanje i rashladnih sredstava
Odabir odgovarajućih reznih alata i rashladnih sredstava je kritičan prilikom obrade titanijumskih legura. Materijali alata moraju biti izloženivisoka tvrdoća i otpornost na habanjekako bi se osiguralo efikasno uklanjanje materijala. Odabir rashladnog sredstva direktno utiče na kvalitet obrade i efikasnost-odgovarajuće rashladne tekućine smanjuju trenje i toplinu rezanja, produžavaju vijek trajanja alata i poboljšavaju preciznost obrade.
1. Zahtjevi za materijal za alat
Tvrdoća alata mora biti znatno veća od tvrdoće titanijumskih legura da bi se omogućilo efikasno sečenje.
Alati moraju imati dovoljnu čvrstoću i žilavost da izdrže veliki obrtni moment i sile rezanja.
S obzirom na visoku žilavost titanijumskih legura, rezne ivice moraju ostati oštre; stoga je potrebna odlična otpornost na habanje kako bi se smanjilo radno kaljenje.
2. Izbor geometrije krajnjeg glodala
Zbog jedinstvenih karakteristika obrade titanijumskih legura, geometrija krajnjeg glodala značajno se razlikuje od konvencionalnih alata.
A manji ugao spirale ( )preporučuje se za povećanje volumena žlebova, poboljšanje evakuacije strugotine i poboljšanje odvođenja topline.
3. Odabir parametara rezanja
Prilikom obrade legura titanijuma,niže brzine rezanjatreba koristiti, u kombinaciji s odgovarajućim brzinama posmaka, razumnim dubinama rezanja i kontroliranim dodacima za završnu obradu.
4. Odabir i primjena rashladne tekućine
Treba izbjegavati rashladne tekućine koje sadrže hlor kako bi se spriječilo stvaranje toksičnih tvari i vodikova krhkost, kao i da bi se smanjio rizik od pucanja korozije pod naprezanjem na povišenim temperaturama.
Preporučuje se upotrebasintetičke emulzije{0}}topive u vodiili posebno formulisane rashladne tečnosti pogodne za mašinsku obradu legure titanijuma.
