Im Jahr 1948 nutzte die US-amerikanische Firma DuPont die Magnesium-Reduktionsmethode zur Massenproduktion von Titanschwamm - dies markiert den Beginn der industrialisierten Produktion von Titanschwamm, der Titan und Titanlegierungen werden aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit, guten Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit auch in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Titanlegierung wird in der Luftfahrtindustrie seit mehr als einem halben Jahrhundert verwendet; in den letzten Jahren wurden im Bereich der 3C, Huawei, Apple, Xiaomi, Glory und andere Handys in die Titanschale importiert, und es wird erwartet, dass immer mehr 3C-Hersteller Titanlegierung verwenden. Also, warum ist Titan-Legierung so weit begünstigt?
Eigenschaften von Titan
Hohe spezifische Festigkeit: Das 1,3-fache der Aluminiumlegierung, das 1,6-fache der Magnesiumlegierung, das 3,5-fache des rostfreien Stahls, der Spitzenreiter unter den Metallwerkstoffen.
Hohe thermische FestigkeitDie Einsatztemperatur ist mehrere hundert Grad höher als die von Aluminiumlegierungen, und es kann für eine lange Zeit unter der Temperatur von 450-500℃ arbeiten.
Gute KorrosionsbeständigkeitSäure-, Laugen- und atmosphärische Korrosionsbeständigkeit, extreme Beständigkeit gegen Lochfraß und Spannungskorrosion.
Gute Leistung bei niedrigen TemperaturenTitanlegierung Ti-5Al-2,5Sn mit einem Mangel an Zwischengitterelementen kann bei -253℃ einen gewissen Grad an Plastizität beibehalten.
Hohe chemische AktivitätHohe chemische Aktivität bei hohen Temperaturen, die effizient mit Wasserstoff, Sauerstoff und anderen gasförmigen Verunreinigungen in der Luft chemisch reagiert und eine gehärtete Schicht erzeugt.
Geringe WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit beträgt etwa 1/4 von Nickel, 1/5 von Eisen und 1/14 von Aluminium.
Klassifizierung und Verwendung von Titanlegierungen
Titanlegierungen lassen sich in hitzebeständige Legierungen, hochfeste Legierungen, korrosionsbeständige Legierungen (Titan-Molybdän-, Titan-Palladium-Legierungen usw.), Tieftemperaturlegierungen und Legierungen mit besonderen Funktionen (Titan-Eisen-Wasserstoffspeicherwerkstoffe, Titan-Nickel-Gedächtnislegierungen) einteilen. Obwohl Titan und seine Legierungen erst seit kurzem verwendet werden, haben sie für ihre herausragenden Leistungen mehrere Ehrentitel erhalten. Der erste Titel ist "Weltraummetall", das leicht, hochfest und hochtemperaturbeständig ist und sich besonders für die Herstellung von Flugzeugen und verschiedenen Raumfahrzeugen eignet. Gegenwärtig werden etwa 75% des weltweit hergestellten Titans und der Titanlegierungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet. Viele Teile, die ursprünglich aus Aluminiumlegierungen hergestellt wurden, sind durch Titanlegierungen ersetzt worden.
Luft- und Raumfahrtanwendungen von Titanlegierungen
Titan-Legierungen werden hauptsächlich zur Herstellung von Materialien für Flugzeuge und Triebwerke verwendet, z. B. zum Schmieden von Titanlüftern, Druckausgleichsscheiben und -schaufeln, Triebwerksverkleidungen, Auspuffvorrichtungen und anderen Teilen sowie von Flugzeugträgern, Abteilrahmen und anderen strukturellen Rahmenteilen. In der Raumfahrt werden hauptsächlich hochfeste, korrosionsbeständige und kältebeständige Titanlegierungen zur Herstellung verschiedener Druckbehälter, Treibstofftanks, Befestigungselemente, Instrumentenhalterungen, Rahmen und Raketenhüllen verwendet. Auch bei künstlichen Erdsatelliten, Mondmodulen, bemannten Raumfahrzeugen und Space Shuttles werden Plattenschweißteile aus Titanlegierungen verwendet.
Im Jahr 1950 verwendeten die Vereinigten Staaten erstmals den F-84 Jagdbomber als Hitzeschild für den hinteren Rumpf, die Windschutzscheibe, die Heckverkleidung und andere nicht tragende Teile. In den 1960er Jahren begann man, Teile aus Titanlegierungen vom hinteren Rumpf bis zur Rumpfmitte zu verwenden, teilweise anstelle von Baustahl zur Herstellung von Abstandsrahmen, Trägern, Klappen, Schiebern und anderen wichtig tragende Bauteile. Im In den 1970er Jahren begannen zivile Flugzeuge, viele Titanlegierungen zu verwenden, wie z. B. das Flugzeug Boeing 747 Titan, das mehr als 3640 Kilogramm wog und 28% des Gewichts ausmachte - mit der Entwicklung der Verarbeitungstechnologie verwendeten auch Raketen, Satelliten und Raumfahrzeuge eine Menge Titanlegierungen. Je fortschrittlicher das Flugzeug ist, desto mehr Titan wird verwendet. Die US-Kampfflugzeuge F-14A verwenden Titanlegierungen, die etwa 25% des Gewichts der Maschine ausmachen; die F-15A-Kampfflugzeuge haben einen Anteil von 25,8%; die US-Kampfflugzeuge der vierten Generation mit einem Titananteil von 41% und das F119-Triebwerk mit einem Titananteil von 39% haben den höchsten Anteil an Titan in Flugzeugen.
Gründe für den umfassenden Einsatz von Titanlegierungen in der Luft- und Raumfahrt
Warum muss der Werkstoff für Verkehrsflugzeuge Titan sein?
Moderne Flugzeuge erreichen eine Höchstgeschwindigkeit von mehr als dem 2,7-fachen der Schallgeschwindigkeit. Beim Fliegen mit Überschallgeschwindigkeit wird durch die Reibung zwischen dem Flugzeug und der Luft viel Wärme erzeugt. Wenn die Fluggeschwindigkeit das 2,2-fache der Schallgeschwindigkeit erreicht, kann die Aluminiumlegierung nicht mehr standhalten und es muss eine hochtemperaturbeständige Titanlegierung verwendet werden. Wenn das Schub-Gewicht-Verhältnis des Triebwerks von 4 bis 6 auf 8 bis 10 erhöht wird, die Druckgasaustrittstemperatur entsprechend von 200 bis 300 ℃ auf 500 bis 600 ℃ steigt, müssen die ursprünglichen Niederdruck-Druckgasscheiben und -schaufeln aus Aluminium gegen Titanlegierungen ausgetauscht werden.
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler an der Erforschung der Leistungsfähigkeit von Titanlegierungen gearbeitet und ständig neue Fortschritte erzielt. Die ursprünglichen Titan-, Aluminium- und Vanadium wurden von Titan-Legierung zusammengesetzt, mit einer maximalen Betriebstemperatur von 550 ℃ ~ 600 ℃. In der neu entwickelten Titan-Aluminium-Legierung (TiAl) ist die maximale Betriebstemperatur auf 1040 ℃ gestiegen. Anstelle von rostfreiem Stahl kann die Titanlegierung zur Herstellung von Hochdruckverdichterscheiben und -schaufeln verwendet werden, die kann das Gewicht der Struktur reduzieren. Flugzeuge können für jede Gewichtsreduzierung von 10% 4% Treibstoff einsparen. Bei Raketen kann die Reichweite pro 1 kg Gewichtsreduzierung um 15 km erhöht werden.
3C Anwendungen von Titanlegierungen
Derzeit ist die Unterhaltungselektronikindustrie, die durch Mobiltelefone repräsentiert wird, sehr "revolutionär"; der Leiter der Hersteller hofft, Titanlegierung zu leihen, um die Premiumfähigkeit des Produkts zu verbessern.
Huawei, Apple, Millet, Glory und andere Handys haben das Material importiert. Apple, von der Ultra-Serie von Uhren, begann zu standardisieren Titan-Legierung FallsDas iPhone 15, eine Pro-Version des neuen Titan-Metallgehäuses, ist das erste Mobiltelefon von Apple, das Titan in Luftfahrtqualität verwendet. Huawei veröffentlichte 2022 ein faltbares Telefon, das Mate Xs2 mit Strukturteilen aus Titanlegierungen und das Watch4 Pro mit einer Lünette aus Titanlegierungen. Das am 12. Oktober veröffentlichte, leichte und dünne, große interne Klapp-Flaggschiff-Handy Glory Magic Vs2 verwendet Lupin-Titan-Scharniere und andere innovative Materialien. Die neue Millet 14 Maschine hat die höchste Preisgestaltung, die 14Pro Titan-Version.
Es wird berichtet, dass Samsung auf dem Galaxy S24 Ultra einen Mittelrahmen aus einer Titanlegierung verwenden wird; der Mittelrahmen ähnelt dem ursprünglichen Farbschema des iPhone 15 Pro in Titan.
Insgesamt wird die Titanlegierung mit ihrer hohen spezifischen Festigkeit und den Vorteilen des geringen Gewichts als wesentlicher Grund sehr gefördert. Dadurch können Produkte der Unterhaltungselektronik leichter und für den Verbraucher angenehmer gestaltet werden.
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