Титан — конструкционный металл, обладающий высокой прочностью, хорошей коррозионной стойкостью и высокой жаропрочностью. Он был разработан в 1950-х годах, и в 1950-х и 1960-х годах он использовался, главным образом, для разработки жаропрочных титановых сплавов для авиационных двигателей и конструкционных титановых сплавов для планеров.
В 1970-х годах был разработан ряд коррозионно-стойких титановых сплавов. С 1980-х годов коррозионно-стойкие и высокопрочные титановые сплавы получили дальнейшее развитие. Титановые сплавы используются в основном для изготовления деталей компрессоров авиационных двигателей, а также ракет, снарядов и деталей конструкции высокоскоростных самолетов.
Стоит отметить, что титановый сплав – это сплав, полученный путём соединения титана с другими элементами. Из-за ограничений в технологии обработки и даже в доступном сырье, производство титановых сплавов всегда осуществляется наиболее профессиональными производителями в нескольких странах, таких как Япония, Россия, США, Франция и др.
По сравнению с другими видами титановой продукции, производство титановых сплавов в Китае началось поздно, поэтому первоначально оно развивалось медленно. Однако в настоящее время темпы развития стабильны. Благодаря постоянным усилиям китайских учёных в производстве титановых сплавов было достигнуто множество крупных прорывов. Таким образом, можно с уверенностью сказать, что монополия в этой отрасли, по всей видимости, разрушена, и китайские предприятия, по всей видимости, достигли стадии самообеспечения.

Производство титановых сплавов вступило в стадию массового производства. В связи с этим, учитывая достигнутый в этой отрасли прогресс, мощности по производству губчатого титана значительно возросли. В связи с этим в Китае началось строительство многочисленных линий по производству титановых сплавов.

1. Применение титановых сплавов в самолетостроении

В основном используется в производстве самолетов и двигателей, таких как кованые титановые вентиляторы, диски и лопатки компрессоров, капоты, выхлопные трубы и другие конструктивные элементы, такие как балки самолета. В космической технике титановые сплавы, благодаря высокой удельной прочности, коррозионной стойкости и стойкости к низким температурам, используются главным образом для изготовления различных сосудов высокого давления, топливных баков, крепежных деталей, приборных лент, рам и ракетных коробок. Сварные листовые детали из титановых сплавов также используются в искусственных спутниках Земли, лунных модулях, пилотируемых космических кораблях и космических челноках.

2. Причины широкого использования титановых сплавов в авиации

Максимальная скорость современных самолётов достигает 2,7 скорости звука. Такой сверхзвуковой полёт приводит к трению самолёта о воздух и выделению большого количества тепла. При скорости полёта, превышающей скорость звука в 2,2 раза, алюминиевый сплав не выдерживает. Необходимо использовать жаропрочные титановые сплавы.

Когда коэффициент тяги авиационного двигателя увеличился с 4 до 6, затем до 8, затем до 10, а температура на выходе компрессора выросла с 200 до 300°C до 500–600°C, диски и лопатки компрессора низкого давления изначально стали изготавливаться из алюминия, а не титанового сплава.

3. Анализ технологических свойств титанового сплава

Во-первых, теплопроводность титановых сплавов очень низкая: она составляет всего 1/4 от стали, 1/13 от алюминия и 1/25 от меди. Из-за медленного рассеивания тепла в зоне резания тепловое равновесие неблагоприятно. В процессе резания теплоотвод и охлаждение очень слабые, и в зоне резания легко возникают высокие температуры. После обработки деталь сильно деформируется, что приводит к увеличению крутящего момента режущего инструмента и быстрому износу режущей кромки. Снижается долговечность.

Во-вторых, низкая теплопроводность титанового сплава затрудняет отвод тепла, возникающего при резании, в небольшой зоне вблизи режущей кромки, что приводит к увеличению трения по передней поверхности, затруднению удаления стружки и отводу тепла при резании, что ускоряет износ инструмента. Кроме того, титановые сплавы обладают высокой химической активностью и легко обрабатываются инструментальными материалами при высоких температурах, образуя растворы и растекаясь, что может привести к склеиванию, пригоранию и резке.

Преимущества титановых сплавов

Титановые сплавы, похоже, обладают множеством преимуществ. Давайте рассмотрим некоторые из них.

Высокая прочность

Сравнив эти сплавы с железом и сталью, вы обнаружите, что последний обладает очень высокой прочностью. Он также лучше подходит для деталей, требующих как жёсткости, так и прочности. Именно поэтому он находит применение в таких областях, как аэрокосмическая, военная и даже нефтяная промышленность.

Термическая прочность

Следующее преимущество титановых сплавов заключается в их высокой термической прочности. Даже при повышении температуры выше пяти градусов по шкале Байду сплав сохраняет стабильность, и его удельная прочность не снижается значительно.

Высокая твердость

Ещё одним преимуществом является то, что он не деформируется и обладает высокой твёрдостью. Поэтому даже при столкновении с другими металлами форма не деформируется.

Устойчивость к низким температурам

Даже при низких температурах механические свойства сплава сохранятся на высоком уровне. Он будет прочным, а его прочность увеличится по сравнению с нормальной температурой.

Высокая коррозионная стойкость

При контакте с воздухом окружающей среды на титановом сплаве образуется тонкая плёнка, которая помогает предотвратить коррозию.

Технологические характеристики

Они обладают хорошей пластичностью и высокой упругопластичностью. Это, безусловно, полезно при их использовании в различных коммерческих целях.

Коэффициент расширения

Титан имеет низкий коэффициент расширения. Поэтому инструменты гораздо легче адаптировать к колебаниям температуры.

Немагнитный

Благодаря своим немагнитным свойствам эти сплавы используются в некоторых образцах высококачественного боевого оборудования.