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钛合金-中国航天的重要材料

2022-04-11 09:08:28

钛元素分布比较广泛,其含量超过地壳质量的0.4%,全球探明储量约34亿顿,在所有元素含量居第十位(氧,硅,铝,铁,钙,钠,钾,镁,氢,钛)。1895年,H.Moisson在电弧炉内用碳还原TiO 2 (矿石原生钛)获得了纯度为98%的钛,但在那时,人们认为钛是不可加工的很脆的金属。1910年,M.Houter用钠还原法制得了纯度为99.5%的钛,可在高温下加工,但在常温下还是很脆的,不能加工。1925年,A.E.Van Arkeld用碘化钛分解法获得纯度达99.9%的钛,在室温下也可加工,但产量很小,无法工业化。1940年,W.Kroll用镁还原TiCl 4 获得了海绵钛,才使钛可用于工业生产。1948年,卢森堡科学家发明“镁法”(没还原TiCl4)在美国用于生产工业才开始起步。 钛比钢密度小40%,而钛的强度与钢相当,这可以提高结构效率。同时钛的耐热性,耐蚀性,抗弹性和行成加工性良好。所以一出现就被用于了航空工业。航天飞机最主要的,应用最广泛的主要材料。航空用钛合金的研究一直是航天领域的重要的一个分支。

航空用钛合金的发展以及应用

20世纪50年代,军用飞机进入超音速时代。原有的吕钢结构已经不能满足新的需求,钛合金的工业化发展,非常能够满足作为这个时代需求。钛合金密度小,比强度高,耐腐蚀,耐高温,无磁,使用温度广能够进行各种零件行成。 美国F22第四代机用钛40%(质量分数),其F19发动机用钛含量39%。

中国钛合金航空发动机领域的应用

1964年确立了材料Ti-6Al-4V的研发项目(90%的钛,6%的铝,4%的钒)。 发动机转得很快,一分钟一万多转,离心力很大,还要求优良的疲劳性能。不锈钢重,比重是7.9左右,钛是4.5左右,比强度就高了,离心力也小了。 如果用钛合金的话,可以减少飞机的重量。 我们国家第1个试车的装有钛合金叶片的发动机就是654号涡喷6发动机 。 1979年,国防部决定用歼8II等新型歼击机装备空军。新型机所用的发动机为涡喷13系列,钛合金用量占总结构重量的13%。


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