Kas titaan on supersulam?
tutvustada
Kaasaegsed tootmisstandardid on väga nõudlikud. Inseneridel ja disaineritel palutakse pidevalt täita tööstuse nõudeid jõudluse, pikaealisuse, jätkusuutlikkuse ja kulude optimeerimise osas. Tööstuslik tootmine on pidevas arengus. Uued disainipõhimõtted, tootmismeetodid ja materjalid on innovatsiooni jaoks hädavajalikud.
Mõned tööstusharud võivad olla eriti nõudlikud, näiteks lennundustööstus. Lennundus- ja kosmosetooted puutuvad oma kasutusea jooksul kokku äärmuslike tingimustega. Traditsioonilistest meetoditest ja materjalidest tööstusstandarditele vastamiseks ei piisa: seepärast kasutavad kosmoseinsenerid selliseid materjale nagu supersulamid.
Mis on kõrge temperatuuriga sulamid?
Sisuliselt on supersulamid materjalid, millel on äärmuslik jõudlusstatistika. Supersulamite põhiomadused on kõrge vastupidavus, ülikõrge mehaaniline tugevus, termoelastsus ja pikk kasutusiga. Supersulamite kõige olulisem omadus on nende võime töötada kõrgel sulamistemperatuuril. Kõik ülaltoodud omadused muudavad supersulamid kosmosetööstuse jaoks elutähtsaks.
Algne idee töötada välja ekstreemsetes tingimustes töötamiseks sobivad materjalid tulenes soovist disainida lennukeid, mis viiksid meid kõrgemale ja kiiremini. Supersulamite areng on tihedalt seotud lennunduse ja kosmosetööstuse kiire laienemisega pärast II maailmasõda.
Kõrge temperatuuriga sulamite tüübid
Lennundustööstuses kasutatakse mitut tüüpi kõrge temperatuuriga sulameid. Üks enamkasutatavaid variante on titaanil põhinev supersulam. Puhtal titaanil on suhteliselt madal tihedus, kõrge tugevus ja kõrge korrosioonikindlus. Lisaks on titaan ainus element, mis põleb lämmastikuga. Titaan on sama tugev kui teras, kuid kaalub peaaegu poole vähem. Ainuüksi need omadused muudavad selle ideaalseks materjaliks kosmosetööstuses, kus kaalu ja tugevuse suhe on kriitiline. Titaani segatakse kindlas vahekorras teiste elementidega, et veelgi tugevdada selle niigi suurepäraseid omadusi.
Üks kõige sagedamini kasutatavaid titaanipõhiseid sulameid on Ti-6Al-4V sulam. Lisaks titaanile sisaldab see ka alumiiniumi ja vanaadiumi ning seda kasutatakse peamiselt kommertslennukite kokpiti raamides, tiivakarpides ja kinnituskonstruktsioonides. Sulamil on hea tasakaal selliste omaduste vahel nagu tugevus, plastilisus, purunemiskindlus, tugevus kõrgel temperatuuril, roomamisomadused, keevitatavus, töödeldavus ja kuumtöödeldavus. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo sulam on kuumuskindel sulam, mis töötati välja 1960. aastate teisel poolel. Selle kuumuskindluse temperatuur on umbes 450 kraadi. Seda sulamit kasutatakse tavaliselt kompressori ketastes, kus temperatuuri ülempiir on 500 kraadi. Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo sulam, mida mõnikord nimetatakse ka "Ti17" sulamiks, on sulam, mis on välja töötatud Ameerika Ühendriikides. 1970ndatel, millel on kõrge tugevus ja suurepärane purunemiskindlus. Selle kuumuskindluse temperatuur on umbes 350 kraadi. Kommertslennukite mootorites on ventilaator ja võll valmistatud ühes tükis, et vähendada mootori kaalu. Ti-10V-2Fe-3Al-sulamil on suurepärane karastatavus, kõrge tugevus ja suur väsimustugevus ning seda kasutatakse peamiselt telikuna.
Lisaks titaanipõhistele sulamitele on ferrosulamid veel üks sulamiklass, mida tavaliselt kasutatakse erinevates tööstusharudes, sealhulgas lennunduses ja sõjanduses. Põhimõtteliselt on ferrosulamid sulamid, mis koosnevad peamiselt rauast. Mõned kõige sagedamini kasutatavad rauapõhised sulamid on roostevaba teras, malm ja kõrge süsinikusisaldusega teras. Rauasulamitel on üldiselt hea omaduste tasakaal, sealhulgas kuumus- ja korrosioonikindlus, vastupidavus, tugevus ja termoelastsus. Kuigi neil ei ole titaanil põhinevate supersulamite või muude kõrge temperatuuriga sulamite äärmuslikke omadusi, muudab nende sünteesimise lihtsus ja kulutõhusus need hindamatuks.
Teine oluline lennundus- ja sõjatööstuse sulamiklass on alumiiniumisulamid. Tooralumiiniumi kaalu ja tugevuse suhe on juba iseenesest muljetavaldav. Legeerivate elementide, nagu vask, magneesium, mangaan, räni, tina, nikkel ja tsink, lisamine suurendab neid omadusi, muutes alumiiniumisulamid ideaalseks sõjaliseks ja kosmoserakenduseks. 7xxx seeria alumiiniumsulameid kasutatakse kosmoserakendustes kõige sagedamini. 7xxx-seeria peamiseks legeerivaks elemendiks on tsink, mis teeb sellest klassist tugevaima alumiiniumisulami. 7xxx-seeria sulamite voolavuspiir on üle 500 MPa. Levinumad 7xxx sulamid on Al-Zn-Mg-Cu ja Al-Li-Cu-Mg.
