L'histoire des applications du titane dans l'aviation a commencé en 1953 avec la première utilisation du titane dans les nacelles de moteur et les pare-feu du DC-T fabriqué par Douglas aux États-Unis. Depuis lors, le titane est utilisé dans les avions depuis près de 50 ans. Parce qu'il possède de nombreuses qualités bénéfiques qui conviennent aux applications aéronautiques, le titane est largement utilisé dans l'aviation. Nous discuterons du besoin de titane dans la discussion d'aujourd'hui sur les matériaux aéronautiques.
1.Introduction au titane
La première fabrication industrielle d'éponge de titane, ou titane, n'a commencé qu'en 1948 lorsque la société américaine DuPont a fabriqué des tonnes d'éponge de titane en utilisant le procédé au magnésium. En raison de sa résistance spécifique élevée, de son excellente résistance à la corrosion et de sa résistance élevée à la chaleur, l'alliage de titane est largement utilisé dans une variété d'industries. Le titane se classe au dixième rang en termes d'abondance dans la croûte terrestre, bien plus que les métaux communs comme le cuivre, le zinc et l'étain. Le sable et l'argile sont deux types de roches où le titane est particulièrement abondant.
2. les caractéristiques du titane
Haute résistance : 1,3 fois celle de l'alliage d'aluminium, 1,6 fois celle de l'alliage de magnésium et 3,5 fois celle de l'acier inoxydable, le champion des matériaux métalliques.
Haute résistance thermique: la température d'utilisation est supérieure de plusieurs centaines de degrés à celle de l'alliage d'aluminium et peut fonctionner longtemps à une température de 450 à 500 degrés.
Bonne résistance à la corrosion : résistant à la corrosion acide, alcaline et atmosphérique, particulièrement résistant aux piqûres et à la corrosion sous contrainte.
Bonnes propriétés à basse température : l'alliage de titane TA7 à très faible teneur en éléments interstitiels peut conserver un certain degré de plasticité à -253 degré .
Activité chimique élevée : activité chimique élevée à haute température, réagissant facilement chimiquement avec les impuretés gazeuses telles que l'hydrogène et l'oxygène dans l'air pour produire une couche durcie.
Petite conductivité thermique, petit module d'élasticité : la conductivité thermique est d'environ 1/4 de nickel, 1/5 de fer et 1/14 d'aluminium, tandis que la conductivité thermique de divers alliages de titane est d'environ 50 % inférieure à celle du titane. Le module d'élasticité des alliages de titane est d'environ la moitié de celui de l'acier.
3.Classification et utilisations des alliages de titane
Les alliages résistants à la chaleur, les alliages à haute résistance, les alliages résistants à la corrosion (alliages titane-molybdène, alliages titane-palladium, etc.), les alliages à basse température et les alliages fonctionnels uniques sont certaines catégories d'alliages de titane en fonction de leur utilisation prévue ( matériaux de stockage d'hydrogène titane-fer et alliages à mémoire titane-nickel). Bien que le titane et ses alliages ne soient plus utilisés depuis très longtemps, ils ont déjà reçu de nombreuses récompenses majeures pour leurs qualités exceptionnelles. En raison de sa résistance, de son faible poids et de sa durabilité aux températures élevées, il est particulièrement bien adapté à la fabrication de divers engins spatiaux et avions. Le secteur aérospatial utilise actuellement environ 75 % du titane et des alliages de titane produits dans le monde. Il existe plusieurs composants qui étaient autrefois construits en alliages de titane, mais qui étaient à l'origine construits en alliages d'aluminium.
4. l'alliage de titane des applications aéronautiques
L'alliage de titane est principalement utilisé dans les matériaux de fabrication d'avions et de moteurs, tels que le forgeage des ventilateurs en titane, des disques et des aubes de compresseur, des capots de moteur, des dispositifs d'échappement et d'autres pièces, ainsi que l'entretoise de faisceau d'avion et d'autres pièces de cadre structurel. Les satellites terrestres artificiels, les modules lunaires, les engins spatiaux habités et les navettes spatiales utilisent également des pièces soudées en alliage de titane.
En 1950, les États-Unis pour la première fois dans le chasseur-bombardier F-84 en tant que bouclier thermique arrière du fuselage, pare-brise, capot arrière et autres composants non porteurs. Les années 60 ont commencé à utiliser des pièces en alliage de titane du fuselage arrière au fuselage, en partie au lieu de l'entretoise de fabrication d'acier de construction, de la poutre, de la glissière des volets et d'autres composants porteurs importants. À partir des années 70, les avions civils ont commencé à utiliser l'alliage de titane en grandes quantités, comme l'avion de passagers Boeing 747 dont le titane s'élevait à 3640 Plus de 28 pour cent du poids de l'avion. Avec le développement de la technologie de traitement, dans les fusées, les satellites artificiels et les engins spatiaux, on a également utilisé un grand nombre d'alliages de titane.
Plus l'avion est avancé, plus le titane est utilisé. US F-14Un avion de chasse utilise un alliage de titane, qui représente environ 25 % du poids de l'avion ; F-15Un avion de chasse pour 25,8 % ; la quatrième génération d'avions de chasse américains avec 41% de la quantité de titane, son moteur F119 avec 39% de la quantité de titane, est actuellement la plus grande quantité d'avions en titane.
5. Raisons pour lesquelles les alliages de titane sont utilisés en grand nombre dans l'aviation
La vitesse maximale des avions modernes naviguant a atteint plus de 2,7 fois la vitesse du son. Un vol supersonique aussi rapide fera frotter l'avion contre l'air et générera beaucoup de chaleur. Lorsque la vitesse de vol atteint 2,2 fois la vitesse du son, les alliages d'aluminium ne peuvent plus la supporter. Des alliages de titane résistants aux hautes températures doivent être utilisés.
Lorsque le rapport poussée / poids du moteur d'avion est augmenté de 4-6 à 8-10, la température de la sortie du compresseur est augmentée en conséquence de 200-300 degré à 500-600 degré , le disque et la lame du compresseur basse pression d'origine en aluminium doivent être remplacés par un alliage de titane.
Ces dernières années, les scientifiques sur les travaux de recherche sur les performances des alliages de titane continuent de faire de nouveaux progrès. L'alliage de titane d'origine composé de titane, d'aluminium, de vanadium, la température de travail la plus élevée de 550 degrés ~ 600 degrés et le nouvel alliage de titane et d'aluminium (TiAl), la température de travail la plus élevée a été augmentée à 1040 degrés.
L'utilisation d'alliages de titane au lieu d'acier inoxydable pour fabriquer des disques et des aubes de compresseur haute pression peut réduire le poids de la structure. Pour chaque réduction de poids de 10 % dans un avion, des économies de carburant de 4 % peuvent être réalisées. Pour les fusées, chaque réduction de poids de 1 kg peut augmenter la portée de 15 km.
6. analyse des caractéristiques d'usinage de l'alliage de titane
Tout d'abord, la conductivité thermique de l'alliage de titane est faible, seulement 1/4 d'acier, aluminium 1/13, cuivre 1/25. en raison de la dissipation thermique lente dans la zone de coupe, n'est pas propice à l'équilibre thermique, dans le processus de coupe, la dissipation thermique et l'effet de refroidissement sont très faibles, facile à former une température élevée dans la zone de coupe, après le traitement de la déformation des pièces rebond, résultant dans un outil de coupe à couple accru, usure rapide des bords, durabilité réduite.
Deuxièmement, la conductivité thermique de l'alliage de titane est faible, de sorte que la chaleur de coupe s'accumule dans la petite zone près de l'outil de coupe n'est pas facile à disperser, le frottement de la surface de l'outil avant augmente, pas facile à ébrécher, la chaleur de coupe n'est pas facile à disperser, accélérer usure de l'outil. Enfin, l'activité chimique de l'alliage de titane est élevée, le traitement à haute température est facile à réagir avec le matériau de l'outil, la formation de soluble, la diffusion, entraînant un couteau collant, un couteau brûlant, un couteau cassé et d'autres phénomènes.
