Sejarah aplikasi titanium dalam penerbangan dimulai pada tahun 1953 dengan penggunaan pertama titanium di pod mesin dan firewall DC-T yang diproduksi oleh Douglas di Amerika Serikat. Sejak saat itu, titanium telah digunakan di pesawat selama hampir 50 tahun. Karena memiliki banyak manfaat yang sesuai untuk aplikasi pesawat terbang, titanium banyak digunakan dalam penerbangan. Kebutuhan titanium akan kita bahas pada pembahasan material pesawat hari ini.
1.Titanium pengenalan
Manufaktur industri pertama spons titanium, atau titanium, baru dimulai pada tahun 1948 ketika Perusahaan DuPont AS memproduksi berton-ton spons titanium menggunakan proses magnesium. Karena kekuatan spesifiknya yang tinggi, ketahanan korosi yang sangat baik, dan ketahanan panas yang tinggi, paduan titanium digunakan secara luas di berbagai industri. Titanium menempati urutan kesepuluh dalam hal kelimpahan di kerak bumi, jauh lebih besar dari logam biasa seperti tembaga, seng, dan timah. Pasir dan tanah liat adalah dua jenis batuan di mana titanium sangat melimpah.
2. karakteristik titanium
Kekuatan tinggi: 1,3 kali dari paduan aluminium, 1,6 kali dari paduan magnesium dan 3,5 kali dari baja tahan karat, juara di antara bahan logam.
Kekuatan panas tinggi: suhu penggunaan beberapa ratus derajat lebih tinggi dari pada paduan aluminium, dan dapat bekerja untuk waktu yang lama pada suhu 450 hingga 500 derajat.
Ketahanan korosi yang baik: tahan terhadap korosi asam, alkali dan atmosfir, terutama ketahanan yang kuat terhadap korosi lubang dan tegangan.
Sifat suhu rendah yang baik: paduan titanium TA7 dengan elemen interstitial yang sangat rendah dapat mempertahankan tingkat plastisitas tertentu pada -253 derajat .
Aktivitas kimia tinggi: aktivitas kimia tinggi pada suhu tinggi, mudah bereaksi secara kimiawi dengan pengotor gas seperti hidrogen dan oksigen di udara untuk menghasilkan lapisan yang mengeras.
Konduktivitas termal kecil, modulus elastisitas kecil: konduktivitas termal sekitar 1/4 nikel, 1/5 besi, dan 1/14 aluminium, sedangkan konduktivitas termal berbagai paduan titanium sekitar 50 persen lebih rendah daripada titanium. Modulus elastisitas paduan titanium sekitar 1/2 dari baja.
3. Klasifikasi dan penggunaan paduan titanium
Paduan tahan panas, paduan kekuatan tinggi, paduan tahan korosi (paduan titanium-molibdenum, paduan titanium-paladium, dll.), Paduan suhu rendah, dan paduan fungsional unik adalah beberapa kategori untuk paduan titanium berdasarkan tujuan penggunaannya ( bahan penyimpanan titanium-besi hidrogen dan paduan memori titanium-nikel). Terlepas dari kenyataan bahwa titanium dan paduannya sudah lama tidak digunakan, mereka telah menerima banyak penghargaan besar untuk kualitasnya yang luar biasa. Karena kekuatannya, bobotnya yang rendah, dan daya tahannya terhadap suhu tinggi, sangat cocok untuk pembuatan berbagai pesawat luar angkasa dan pesawat terbang. Sektor kedirgantaraan saat ini menggunakan sekitar 75 persen titanium dan paduan titanium yang diproduksi di seluruh dunia. Ada beberapa komponen yang sebelumnya dibuat dari paduan titanium tetapi awalnya dibuat dari paduan aluminium.
4. paduan titanium aplikasi penerbangan
Paduan titanium terutama digunakan dalam bahan pembuatan pesawat dan mesin, seperti kipas titanium penempaan, cakram dan bilah kompresor, penutup mesin, perangkat pembuangan dan bagian lain, serta spacer balok pesawat dan bagian kerangka struktural lainnya. Satelit bumi buatan, modul bulan, pesawat ruang angkasa berawak, dan pesawat ulang-alik juga menggunakan bagian las pelat paduan titanium.
Pada tahun 1950 Amerika Serikat untuk pertama kalinya dalam pembom tempur F-84 sebagai pelindung panas badan pesawat belakang, pelindung angin, penutup ekor, dan komponen non-bantalan beban lainnya. 60-an mulai menggunakan bagian paduan titanium dari badan pesawat belakang ke badan pesawat, sebagian sebagai pengganti spacer manufaktur baja struktural, balok, penutup geser dan komponen penahan beban penting lainnya. Tahun 70-an, pesawat sipil mulai menggunakan paduan titanium dalam jumlah besar, seperti pesawat penumpang Boeing 747 dengan titanium berjumlah 3640 lebih dari 28 persen bobot pesawat. Dengan perkembangan teknologi pemrosesan, dalam roket, satelit buatan, dan pesawat ruang angkasa, juga digunakan sejumlah besar paduan titanium.
Semakin canggih pesawat, semakin banyak titanium yang digunakan. US F-14Sebuah pesawat tempur menggunakan paduan titanium, terhitung sekitar 25 persen dari berat pesawat; F-15Pesawat tempur sebesar 25,8 persen ; generasi keempat pesawat tempur AS dengan 41 persen jumlah titanium, mesin F119-nya dengan 39 persen jumlah titanium, saat ini merupakan jumlah tertinggi pesawat titanium.
5. Alasan mengapa paduan titanium digunakan dalam jumlah besar dalam penerbangan
Kecepatan maksimum pelayaran pesawat modern telah mencapai lebih dari 2,7 kali kecepatan suara. Penerbangan supersonik yang begitu cepat akan menyebabkan pesawat bergesekan dengan udara dan menghasilkan banyak panas. Ketika kecepatan terbang mencapai 2,2 kali kecepatan suara, paduan aluminium tidak dapat lagi menahannya. Paduan titanium tahan suhu tinggi harus digunakan.
Ketika rasio dorong-ke-berat dari mesin pesawat dinaikkan dari 4-6 ke 8-10, suhu keluaran kompresor juga dinaikkan dari 200-300 derajat ke 500-600 derajat , cakram dan bilah kompresor tekanan rendah asli yang terbuat dari aluminium harus diubah menjadi paduan titanium.
Dalam beberapa tahun terakhir para ilmuwan pada pekerjaan penelitian kinerja paduan titanium, terus membuat kemajuan baru. Paduan titanium asli terdiri dari titanium, aluminium, vanadium, suhu kerja tertinggi 550 derajat ~ 600 derajat, dan paduan titanium aluminium (TiAl) yang baru dikembangkan, suhu kerja tertinggi telah ditingkatkan menjadi 1040 derajat.
Penggunaan paduan titanium sebagai pengganti baja tahan karat untuk memproduksi cakram dan bilah kompresor bertekanan tinggi dapat mengurangi bobot struktur. Untuk setiap pengurangan berat 10 persen dalam pesawat terbang, penghematan bahan bakar sebesar 4 persen dapat dicapai. Untuk roket, setiap penurunan berat 1kg dapat meningkatkan jangkauan hingga 15km.
6. analisis karakteristik mesin paduan titanium
Pertama-tama, konduktivitas termal paduan titanium rendah, hanya 1/4 baja, aluminium 1/13, tembaga 1/25. karena pembuangan panas yang lambat di area pemotongan, tidak kondusif untuk keseimbangan termal, dalam proses pemotongan, pembuangan panas dan efek pendinginan sangat buruk, mudah untuk membentuk suhu tinggi di area pemotongan, setelah memproses deformasi bagian rebound, menghasilkan pada alat pemotong torsi yang meningkat, tepi cepat aus, daya tahan berkurang.
Kedua, konduktivitas termal paduan titanium rendah, sehingga panas pemotongan terakumulasi di area kecil di dekat alat pemotong tidak mudah menyebar, gesekan permukaan alat depan meningkat, tidak mudah pecah, panas pemotongan tidak mudah menyebar, mempercepat keausan alat. Akhirnya, aktivitas kimia paduan titanium tinggi, pemrosesan pada suhu tinggi mudah bereaksi dengan bahan alat, pembentukan larut, difusi, menghasilkan pisau lengket, pisau terbakar, pisau patah dan fenomena lainnya.
