Op het gebied van luchtvaart en ruimtevaart,met een diameter van niet meer dan 20 mm(meestal bolvormige structuren of onderdelen van titaniumlegeringen) zijn door hun unieke alomvattende eigenschappen belangrijke materialen geworden en worden op grote schaal gebruikt in kernonderdelen zoals motoren,fuselageconstructiesHieronder volgt een analyse van toepassingsscenario's, prestatievoordelen, temperatuur/druk tolerantiegrenzen en verschillen ten opzichte van traditionele materialen:
I. Kerntoepassingsscenario's vanmet een diameter van niet meer dan 20 mmop het gebied van de lucht- en ruimtevaart
1Belangrijkste onderdelen van vliegtuigmotoren
met een vermogen van meer dan 50 W
met een vermogen van niet meer dan 50 W,met behulp van hun hoge sterkte en corrosiebestendigheid om de centrifuge kracht te weerstaan die wordt gegenereerd door hoge snelheidsrotatie (zoals de titanium legeringcompressorcomponenten van de Boeing 787-motor).
Spiraal van het brandstofmondstuk:
Hoe hoog kan het een temperatuur en druk weerstaan?
De bolk van de luchtvaartketel is gemaakt van titaniumlegering, die bestand is tegen hoge druk en hoge temperatuur in de buurt van de verbrandingskamer.
2. Luchtvaart voortstuwingssysteem
met een vermogen van niet meer dan 50 W
Het turbopomplager van de vloeibare waterstof/vloeibare zuurstof raketmotor gebruikt een titanium legering bal,die een stabiele werking kan behouden onder extreme temperatuurverschillen van -253 °C (temperatuur van vloeibare waterstof) tot boven 300 °C (zoals de Merlin-motor van de SpaceX Falcon-raket).
Motorbal voor houdingsregeling:
Het stuurinstallatieverbinding van de satellietstandregelaar maakt gebruik van het lichte gewicht en de vermoeidheidsbestandheid van titaniumlegering om een precieze hoogfrequente schommeling te bereiken.
3. Fuselage structuur en landingsgestel
Vingerpivotverbindingsbal:
Het vleugelvouwmechanisme van vliegtuigen met variabele sweep (zoals de F-14) maakt gebruik van een titaniumlegeringsbalverbinding om herhaalde vervormingsstress te weerstaan en slijtage te verminderen.
Schokdemperbal van het landingsgestel:
Titanium alloy balls are used for shock absorber piston connection to buffer up to hundreds of tons of impact force when the aircraft takes off and lands (such as the titanium alloy landing gear parts of Airbus A350).
4. Structurele onderdelen in hoge temperatuuromgeving
Bolletjes in de hoogtemperatuurzone van de motornacel:
In de nacellebeugel nabij de verbrandingskamer,met een gewicht van niet meer dan 10 kgkan hoge temperaturen boven 600°C door oppervlaktecoating (zoals aluminium) weerstaan (traditionele aluminiumlegeringen kunnen slechts ongeveer 200°C weerstaan).
Verbindingsballen voor de thermische bescherming van ruimteschepen:
Wanneer het ruimtevaartuig de atmosfeer weer binnengaat, worden titanium legering ballen gebruikt om thermische bescherming tegels te verbinden met de hoofdstructuur,rekening houdend met de hoge temperatuurbestendigheid en de structurele stabiliteit.
II. Belangrijkste prestatievoordelen van titaniumballen (aanpassing aan de behoeften van de luchtvaart)
1Perfecte balans tussen lichtgewicht en hoge sterkte.
Specifieke sterkte (sterkte/dichtheid): de specifieke sterkte van titaniumlegeringen (zoals Ti-6Al-4V) is 160 MPa・m3/kg, wat 2,7 keer hoger is dan die van aluminiumlegeringen (ongeveer 60) en 3.2 keer groter dan staal (ongeveer 50)Het gewicht wordt bij dezelfde sterkte aanzienlijk verminderd.
Toepassingswaarde: In vliegtuigen kan elke 1 kg gewichtsvermindering het brandstofverbruik met 0,7-1,5 L/u verminderen.
2- Stabiliteit in extreme omgevingen
Niettemperatuurprestaties:met een breedte van niet meer dan 15 mmbehouden nog steeds een goede taaiheid bij vloeibare waterstoftemperatuur (-253°C) en worden niet broos (vergelijking: aluminiumlegeringen hebben een aanzienlijk verminderde taaiheid onder -200°C).
Hoogtemperatuursterkte: de langdurige gebruikstemperatuur van titaniumlegeringen (zoals IMI 834) kan 600°C bereiken, veel hoger dan die van aluminiumlegeringen (200°C) en magnesiumlegeringen (300°C),en is dicht bij sommige nickel-gebaseerde hoogtemperatuurlegeringen (maar lichter).
3. Corrosie- en vermoeidheidsbestandheid
Corrosiebestendigheid: de natuurlijke oxidefolie (TiO2) op het oppervlak van het titanium is bestand tegen corrosie door vliegtuigbrandstof, hydraulische olie en zeezout,het verlengen van de levensduur van onderdelen (zoals titaniumlegeringsconstructies van vliegtuigen op vliegdekschepen).
Vermoeidheidsbestendigheid: de vermoeidheidsbestendigheid van titaniumlegeringen kan 60-70% van de opbrengststerkte bereiken (ongeveer 40-50% voor aluminiumlegeringen),met een vermogen van meer dan 50 W,.
III. Technische uitdagingen en de laatste ontwikkelingen
Verwerking van knelpunten van titaniumlegeringen
Titanium heeft een hoge chemische activiteit en reageert gemakkelijk met gereedschapsmaterialen (zoals wolfraamcarbide) bij hoge temperaturen.hetgeen resulteert in een hoge snijmoeilijkheden (verwerkingskosten zijn 3-5 keer hoger dan staal)Momenteel wordt het verbeterd door middel van laserassistente verwerking of elektronstraal smelttechnologie.
Onderzoek en ontwikkeling van nieuwe titaniumlegeringen
β-titaniumlegering (zoals Ti-10V-2Fe-3Al): de fasestructuur aanpassen door middel van warmtebehandeling om de breuksterkte en lasbaarheid te verbeteren en gebruiken voor verbindingsballen van het romp van het vliegtuig.
Titanium-aluminiumverbinding (Ti3Al/TiAl): de dichtheid is slechts 3,9 g/cm3 en de hoge temperatuursterkte bereikt 800°C.Het kan in de toekomst worden gebruikt voor motorturbinebladen (zoals de door de NASA geteste kogellagers voor turbineturbines van TiAl-legering).
3D-printtechnologie doorbraak
Met behulp van de technologie van het smelten met elektronstraal (EBM) of laserpoederbedsmelting (LPBF)** worden titaniumlegeringsballen met complexe porostructuur vervaardigd.het gewicht verminderen en tegelijkertijd de warmteafvoer verbeteren (zoals Airbus met behulp van 3D-geprinte titaniumlegeringsballen om het gewicht met 40% te verminderen).
Samenvatting
Het onvervangbare karakter vanmet een diameter van niet meer dan 20 mmin de lucht- en ruimtevaart komt voort uit de drievoudige voordelen van "lichtgewicht + hoge temperatuursterkte + corrosiebestandheid", waardoor het een kernmateriaal is voor motoren, structurele onderdelen,en voortstuwingssystemenDe huidige titaniumlegeringsballen kunnen stabiel werken in het temperatuurbereik van -253°C tot 600°C en bij druk van honderden MPa.De ontwikkeling van de materialentechnologie (zoals de coatingtechnologie)Van commerciële vliegtuigen tot ruimtesondes, titaniumballen drijven lucht- en ruimtevaartapparatuur voortdurend naar hogere snelheden.lager energieverbruik, en een langer leven.
Email: cast@ebcastings.com
Op het gebied van luchtvaart en ruimtevaart,met een diameter van niet meer dan 20 mm(meestal bolvormige structuren of onderdelen van titaniumlegeringen) zijn door hun unieke alomvattende eigenschappen belangrijke materialen geworden en worden op grote schaal gebruikt in kernonderdelen zoals motoren,fuselageconstructiesHieronder volgt een analyse van toepassingsscenario's, prestatievoordelen, temperatuur/druk tolerantiegrenzen en verschillen ten opzichte van traditionele materialen:
I. Kerntoepassingsscenario's vanmet een diameter van niet meer dan 20 mmop het gebied van de lucht- en ruimtevaart
1Belangrijkste onderdelen van vliegtuigmotoren
met een vermogen van meer dan 50 W
met een vermogen van niet meer dan 50 W,met behulp van hun hoge sterkte en corrosiebestendigheid om de centrifuge kracht te weerstaan die wordt gegenereerd door hoge snelheidsrotatie (zoals de titanium legeringcompressorcomponenten van de Boeing 787-motor).
Spiraal van het brandstofmondstuk:
Hoe hoog kan het een temperatuur en druk weerstaan?
De bolk van de luchtvaartketel is gemaakt van titaniumlegering, die bestand is tegen hoge druk en hoge temperatuur in de buurt van de verbrandingskamer.
2. Luchtvaart voortstuwingssysteem
met een vermogen van niet meer dan 50 W
Het turbopomplager van de vloeibare waterstof/vloeibare zuurstof raketmotor gebruikt een titanium legering bal,die een stabiele werking kan behouden onder extreme temperatuurverschillen van -253 °C (temperatuur van vloeibare waterstof) tot boven 300 °C (zoals de Merlin-motor van de SpaceX Falcon-raket).
Motorbal voor houdingsregeling:
Het stuurinstallatieverbinding van de satellietstandregelaar maakt gebruik van het lichte gewicht en de vermoeidheidsbestandheid van titaniumlegering om een precieze hoogfrequente schommeling te bereiken.
3. Fuselage structuur en landingsgestel
Vingerpivotverbindingsbal:
Het vleugelvouwmechanisme van vliegtuigen met variabele sweep (zoals de F-14) maakt gebruik van een titaniumlegeringsbalverbinding om herhaalde vervormingsstress te weerstaan en slijtage te verminderen.
Schokdemperbal van het landingsgestel:
Titanium alloy balls are used for shock absorber piston connection to buffer up to hundreds of tons of impact force when the aircraft takes off and lands (such as the titanium alloy landing gear parts of Airbus A350).
4. Structurele onderdelen in hoge temperatuuromgeving
Bolletjes in de hoogtemperatuurzone van de motornacel:
In de nacellebeugel nabij de verbrandingskamer,met een gewicht van niet meer dan 10 kgkan hoge temperaturen boven 600°C door oppervlaktecoating (zoals aluminium) weerstaan (traditionele aluminiumlegeringen kunnen slechts ongeveer 200°C weerstaan).
Verbindingsballen voor de thermische bescherming van ruimteschepen:
Wanneer het ruimtevaartuig de atmosfeer weer binnengaat, worden titanium legering ballen gebruikt om thermische bescherming tegels te verbinden met de hoofdstructuur,rekening houdend met de hoge temperatuurbestendigheid en de structurele stabiliteit.
II. Belangrijkste prestatievoordelen van titaniumballen (aanpassing aan de behoeften van de luchtvaart)
1Perfecte balans tussen lichtgewicht en hoge sterkte.
Specifieke sterkte (sterkte/dichtheid): de specifieke sterkte van titaniumlegeringen (zoals Ti-6Al-4V) is 160 MPa・m3/kg, wat 2,7 keer hoger is dan die van aluminiumlegeringen (ongeveer 60) en 3.2 keer groter dan staal (ongeveer 50)Het gewicht wordt bij dezelfde sterkte aanzienlijk verminderd.
Toepassingswaarde: In vliegtuigen kan elke 1 kg gewichtsvermindering het brandstofverbruik met 0,7-1,5 L/u verminderen.
2- Stabiliteit in extreme omgevingen
Niettemperatuurprestaties:met een breedte van niet meer dan 15 mmbehouden nog steeds een goede taaiheid bij vloeibare waterstoftemperatuur (-253°C) en worden niet broos (vergelijking: aluminiumlegeringen hebben een aanzienlijk verminderde taaiheid onder -200°C).
Hoogtemperatuursterkte: de langdurige gebruikstemperatuur van titaniumlegeringen (zoals IMI 834) kan 600°C bereiken, veel hoger dan die van aluminiumlegeringen (200°C) en magnesiumlegeringen (300°C),en is dicht bij sommige nickel-gebaseerde hoogtemperatuurlegeringen (maar lichter).
3. Corrosie- en vermoeidheidsbestandheid
Corrosiebestendigheid: de natuurlijke oxidefolie (TiO2) op het oppervlak van het titanium is bestand tegen corrosie door vliegtuigbrandstof, hydraulische olie en zeezout,het verlengen van de levensduur van onderdelen (zoals titaniumlegeringsconstructies van vliegtuigen op vliegdekschepen).
Vermoeidheidsbestendigheid: de vermoeidheidsbestendigheid van titaniumlegeringen kan 60-70% van de opbrengststerkte bereiken (ongeveer 40-50% voor aluminiumlegeringen),met een vermogen van meer dan 50 W,.
III. Technische uitdagingen en de laatste ontwikkelingen
Verwerking van knelpunten van titaniumlegeringen
Titanium heeft een hoge chemische activiteit en reageert gemakkelijk met gereedschapsmaterialen (zoals wolfraamcarbide) bij hoge temperaturen.hetgeen resulteert in een hoge snijmoeilijkheden (verwerkingskosten zijn 3-5 keer hoger dan staal)Momenteel wordt het verbeterd door middel van laserassistente verwerking of elektronstraal smelttechnologie.
Onderzoek en ontwikkeling van nieuwe titaniumlegeringen
β-titaniumlegering (zoals Ti-10V-2Fe-3Al): de fasestructuur aanpassen door middel van warmtebehandeling om de breuksterkte en lasbaarheid te verbeteren en gebruiken voor verbindingsballen van het romp van het vliegtuig.
Titanium-aluminiumverbinding (Ti3Al/TiAl): de dichtheid is slechts 3,9 g/cm3 en de hoge temperatuursterkte bereikt 800°C.Het kan in de toekomst worden gebruikt voor motorturbinebladen (zoals de door de NASA geteste kogellagers voor turbineturbines van TiAl-legering).
3D-printtechnologie doorbraak
Met behulp van de technologie van het smelten met elektronstraal (EBM) of laserpoederbedsmelting (LPBF)** worden titaniumlegeringsballen met complexe porostructuur vervaardigd.het gewicht verminderen en tegelijkertijd de warmteafvoer verbeteren (zoals Airbus met behulp van 3D-geprinte titaniumlegeringsballen om het gewicht met 40% te verminderen).
Samenvatting
Het onvervangbare karakter vanmet een diameter van niet meer dan 20 mmin de lucht- en ruimtevaart komt voort uit de drievoudige voordelen van "lichtgewicht + hoge temperatuursterkte + corrosiebestandheid", waardoor het een kernmateriaal is voor motoren, structurele onderdelen,en voortstuwingssystemenDe huidige titaniumlegeringsballen kunnen stabiel werken in het temperatuurbereik van -253°C tot 600°C en bij druk van honderden MPa.De ontwikkeling van de materialentechnologie (zoals de coatingtechnologie)Van commerciële vliegtuigen tot ruimtesondes, titaniumballen drijven lucht- en ruimtevaartapparatuur voortdurend naar hogere snelheden.lager energieverbruik, en een langer leven.
Email: cast@ebcastings.com
