Mengapa Paduan Titanium Diperlukan Untuk Material Dirgantara?
Mar 18, 2024
Titanium dan penerbangan memiliki hubungan yang tidak dapat dipatahkan. 1953, penggunaan titanium pada pod mesin dan firewall pesawat DC-T yang diproduksi oleh US Douglas Company, sehingga membuka sejarah penerapan titanium dirgantara. Sejak itu, titanium telah digunakan dalam penerbangan selama lebih dari setengah abad. Titanium dapat digunakan secara luas dalam penerbangan karena memiliki banyak sifat berharga yang cocok untuk aplikasi pesawat terbang. Hari ini kita akan membahas mengapa material penerbangan harus menggunakan paduan titanium.
Pertama, pengenalan titanium
Pada tahun 1948, DuPont Amerika Serikat hanya menggunakan metode magnesium untuk memproduksi banyak spons titanium - ini menandai dimulainya produksi industri spons titanium yaitu titanium. Paduan titanium banyak digunakan di berbagai bidang karena kekuatannya yang tinggi, ketahanan korosi yang baik, tahan panas dan karakteristik lainnya.
Titanium melimpah di kerak bumi, menempati peringkat kesembilan dalam kandungannya, jauh lebih tinggi daripada tembaga, seng, timah, dan logam umum lainnya. Titanium banyak ditemukan di banyak batuan, terutama di pasir dan tanah liat.
Kedua, karakteristik titanium
Kekuatan tinggi: 1,3 kali lipat dari paduan aluminium, 1,6 kali lipat dari paduan magnesium, 3,5 kali lipat dari baja tahan karat, bahan logam.
Kekuatan termal yang tinggi: penggunaan suhu beberapa ratus derajat lebih tinggi dari paduan aluminium, dapat bekerja pada suhu 450 ~ 500 derajat dalam jangka panjang.
Ketahanan korosi yang baik: ketahanan korosi asam, alkali dan atmosfer, terutama ketahanan yang kuat terhadap korosi pitting dan tegangan.
Performa suhu rendah yang baik: paduan titanium TA7 dengan elemen interstisial yang sangat rendah dapat mempertahankan tingkat plastisitas tertentu pada derajat -253 .
Aktivitas kimia tinggi: aktivitas kimia tinggi pada suhu tinggi, mudah bereaksi secara kimia dengan hidrogen, oksigen, dan pengotor gas lainnya di udara untuk menghasilkan lapisan yang mengeras.
Konduktivitas termal kecil, modulus elastisitas kecil: konduktivitas termal sekitar 1/4 nikel, 1/5 besi, 1/14 aluminium, dan berbagai paduan titanium memiliki konduktivitas termal sekitar 50% lebih rendah dibandingkan titanium. Modulus elastisitas paduan titanium adalah sekitar 1/2 baja.
Ketiga, klasifikasi dan penggunaan paduan titanium
Paduan titanium dapat dibagi menjadi: paduan tahan panas, paduan kekuatan tinggi, paduan tahan korosi (titanium - molibdenum, titanium - paladium, dll.), paduan suhu rendah, serta paduan fungsional khusus (titanium - besi bahan penyimpanan hidrogen dan titanium - paduan memori nikel) dan sebagainya.
Meskipun titanium dan paduannya sudah lama tidak digunakan, mereka telah dianugerahi beberapa gelar kehormatan karena kinerjanya yang luar biasa. Yang pertama adalah "logam luar angkasa". Bobotnya yang ringan, kekuatan tinggi, dan ketahanan suhu tinggi membuatnya sangat cocok untuk pembuatan pesawat terbang dan berbagai pesawat ruang angkasa. Saat ini, sekitar tiga perempat dari titanium dan paduan titanium yang diproduksi di dunia digunakan dalam industri dirgantara. Banyak bagian paduan aluminium asli, telah diubah menjadi paduan titanium.
Keempat, aplikasi penerbangan dari paduan titanium
Paduan titanium terutama digunakan untuk bahan pembuatan pesawat terbang dan mesin, seperti kipas titanium tempa, cakram dan bilah udara bertekanan, penutup mesin, perangkat pembuangan dan bagian lainnya, serta rangka balok besar pesawat dan bagian rangka struktural lainnya. Pesawat ruang angkasa terutama menggunakan paduan titanium dengan kekuatan tinggi, ketahanan korosi, dan ketahanan suhu rendah untuk memproduksi berbagai bejana bertekanan, tangki penyimpanan bahan bakar, pengencang, tali instrumen, rangka, dan cangkang roket. Satelit Bumi buatan, modul bulan, pesawat ruang angkasa berawak, dan pesawat ulang-alik juga menggunakan pengelasan pelat paduan titanium.
Pada tahun 1950, Amerika Serikat pada pesawat pembom tempur F-84 menggunakan pelindung panas badan pesawat belakang, pelindung angin, penutup ekor, dan komponen non-penahan beban lainnya. Tahun 60-an awal penggunaan paduan titanium dari badan pesawat belakang hingga badan pesawat tengah, sebagian sebagai pengganti rangka spacer pembuatan baja struktural, balok, penutup, rel geser, dan komponen penahan beban penting lainnya. Tahun 70-an, pesawat sipil mulai menggunakan paduan titanium dalam jumlah besar, misalnya jumlah titanium pada pesawat penumpang Boeing 747 berjumlah 3640 kilogram titanium. Lebih dari 28% berat mesin. Dengan berkembangnya teknologi pemrosesan, sejumlah besar paduan titanium juga digunakan pada roket, satelit, dan pesawat ruang angkasa.
Semakin banyak pesawat, semakin banyak titanium yang digunakan. US F-14Pesawat tempur yang menggunakan paduan titanium, yang beratnya sekitar 25% dari berat mesin; F-15Petarung dengan 25,8%; Pesawat tempur generasi keempat AS dengan jumlah titanium 41%, mesin F119 dengan jumlah titanium 39%, saat ini menggunakan jumlah titanium pada pesawat yang tinggi.
Diterjemahkan dengan www.DeepL.com/Translator (versi gratis)
Titanium dan penerbangan memiliki hubungan yang tidak dapat dipatahkan. 1953, penggunaan titanium pada pod mesin dan firewall pesawat DC-T yang diproduksi oleh US Douglas Company, sehingga membuka sejarah penerapan titanium dirgantara. Sejak itu, titanium telah digunakan dalam penerbangan selama lebih dari setengah abad. Titanium dapat digunakan secara luas dalam penerbangan karena memiliki banyak sifat berharga yang cocok untuk aplikasi pesawat terbang. Hari ini kita akan membahas mengapa material penerbangan harus menggunakan paduan titanium.
Pertama, pengenalan titanium
Pada tahun 1948, DuPont Amerika Serikat hanya menggunakan metode magnesium untuk memproduksi banyak spons titanium - ini menandai dimulainya produksi industri spons titanium yaitu titanium. Paduan titanium banyak digunakan di berbagai bidang karena kekuatannya yang tinggi, ketahanan korosi yang baik, tahan panas dan karakteristik lainnya.
Titanium melimpah di kerak bumi, menempati peringkat kesembilan dalam kandungannya, jauh lebih tinggi daripada tembaga, seng, timah, dan logam umum lainnya. Titanium banyak ditemukan di banyak batuan, terutama di pasir dan tanah liat.
Kedua, karakteristik titanium
Kekuatan tinggi: 1,3 kali lipat dari paduan aluminium, 1,6 kali lipat dari paduan magnesium, 3,5 kali lipat dari baja tahan karat, bahan logam.
Kekuatan termal yang tinggi: penggunaan suhu beberapa ratus derajat lebih tinggi dari paduan aluminium, dapat bekerja pada suhu 450 ~ 500 derajat dalam jangka panjang.
Ketahanan korosi yang baik: ketahanan korosi asam, alkali dan atmosfer, terutama ketahanan yang kuat terhadap korosi pitting dan tegangan.
Performa suhu rendah yang baik: paduan titanium TA7 dengan elemen interstisial yang sangat rendah dapat mempertahankan tingkat plastisitas tertentu pada derajat -253 .
Aktivitas kimia tinggi: aktivitas kimia tinggi pada suhu tinggi, mudah bereaksi secara kimia dengan hidrogen, oksigen, dan pengotor gas lainnya di udara untuk menghasilkan lapisan yang mengeras.
Konduktivitas termal kecil, modulus elastisitas kecil: konduktivitas termal sekitar 1/4 nikel, 1/5 besi, 1/14 aluminium, dan berbagai paduan titanium memiliki konduktivitas termal sekitar 50% lebih rendah dibandingkan titanium. Modulus elastisitas paduan titanium adalah sekitar 1/2 baja.
Ketiga, klasifikasi dan penggunaan paduan titanium
Paduan titanium dapat dibagi menjadi: paduan tahan panas, paduan kekuatan tinggi, paduan tahan korosi (titanium - molibdenum, titanium - paladium, dll.), paduan suhu rendah, serta paduan fungsional khusus (titanium - besi bahan penyimpanan hidrogen dan titanium - paduan memori nikel) dan sebagainya.
Meskipun titanium dan paduannya sudah lama tidak digunakan, mereka telah dianugerahi beberapa gelar kehormatan karena kinerjanya yang luar biasa. Yang pertama adalah "logam luar angkasa". Bobotnya yang ringan, kekuatan tinggi, dan ketahanan suhu tinggi membuatnya sangat cocok untuk pembuatan pesawat terbang dan berbagai pesawat ruang angkasa. Saat ini, sekitar tiga perempat dari titanium dan paduan titanium yang diproduksi di dunia digunakan dalam industri dirgantara. Banyak bagian paduan aluminium asli, telah diubah menjadi paduan titanium.
Keempat, aplikasi penerbangan dari paduan titanium
Paduan titanium terutama digunakan untuk bahan pembuatan pesawat terbang dan mesin, seperti kipas titanium tempa, cakram dan bilah udara bertekanan, penutup mesin, perangkat pembuangan dan bagian lainnya, serta rangka balok besar pesawat dan bagian rangka struktural lainnya. Pesawat ruang angkasa terutama menggunakan paduan titanium dengan kekuatan tinggi, ketahanan korosi, dan ketahanan suhu rendah untuk memproduksi berbagai bejana bertekanan, tangki penyimpanan bahan bakar, pengencang, tali instrumen, rangka, dan cangkang roket. Satelit Bumi buatan, modul bulan, pesawat ruang angkasa berawak, dan pesawat ulang-alik juga menggunakan pengelasan pelat paduan titanium.
Pada tahun 1950, Amerika Serikat pada pesawat pembom tempur F-84 menggunakan pelindung panas badan pesawat belakang, pelindung angin, penutup ekor, dan komponen non-penahan beban lainnya. Tahun 60-an awal penggunaan paduan titanium dari badan pesawat belakang hingga badan pesawat tengah, sebagian sebagai pengganti rangka spacer pembuatan baja struktural, balok, penutup, rel geser, dan komponen penahan beban penting lainnya. Tahun 70-an, pesawat sipil mulai menggunakan paduan titanium dalam jumlah besar, misalnya jumlah titanium pada pesawat penumpang Boeing 747 berjumlah 3640 kilogram titanium. Lebih dari 28% berat mesin. Dengan berkembangnya teknologi pemrosesan, sejumlah besar paduan titanium juga digunakan pada roket, satelit, dan pesawat ruang angkasa.
Semakin banyak pesawat, semakin banyak titanium yang digunakan. US F-14Pesawat tempur yang menggunakan paduan titanium, yang beratnya sekitar 25% dari berat mesin; F-15Petarung dengan 25,8%; Pesawat tempur generasi keempat AS dengan jumlah titanium 41%, mesin F119 dengan jumlah titanium 39%, saat ini menggunakan jumlah titanium pada pesawat yang tinggi.
V. Paduan titanium dalam penerbangan memiliki banyak alasan untuk diterapkan
Navigasi pesawat modern Kecepatan tinggi telah mencapai 2,7 kali kecepatan suara. Penerbangan supersonik yang begitu cepat, akan membuat pesawat dan udara mengalami gesekan serta menghasilkan banyak panas. Ketika kecepatan terbang mencapai 2,2 kali kecepatan suara, paduan aluminium tidak dapat menahannya. Paduan titanium tahan panas harus digunakan.
Ketika rasio dorong-berat mesin aero dari 4 menjadi 6 meningkat menjadi 8 menjadi 10, suhu saluran keluar gas bertekanan juga meningkat dari 200 menjadi 300 derajat menjadi 500 hingga 600 derajat, cakram dan bilah gas bertekanan rendah yang asli dibuat aluminium harus diubah menjadi paduan titanium.
Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan melakukan penelitian tentang kinerja paduan titanium dan terus membuat kemajuan baru. Komposisi asli titanium, aluminium, paduan titanium vanadium, suhu kerja tinggi 550 derajat ~ 600 derajat, dan paduan titanium aluminium (TiAl) yang baru dikembangkan, suhu kerja tinggi telah meningkat hingga 1040 derajat.
Paduan titanium sebagai pengganti baja tahan karat untuk memproduksi cakram dan bilah kompresor bertekanan tinggi, dapat mengurangi bobot struktural. Pesawat dapat menghemat 4% bahan bakar untuk setiap 10% pengurangan berat. Untuk roket, setiap pengurangan berat 1kg dapat meningkatkan jangkauan 15km.
Enam, analisis karakteristik pemesinan paduan titanium
Pertama-tama, konduktivitas termal yang rendah dari paduan titanium, hanya 1/4 dari baja, aluminium 1/13, tembaga 1/25, karena pembuangan panas yang lambat di zona pemotongan, tidak kondusif bagi keseimbangan termal, dalam proses pemotongan , pembuangan panas dan efek pendinginan sangat buruk, mudah membentuk suhu tinggi di zona pemotongan, deformasi bagian-bagian setelah pemesinan melambung, mengakibatkan peningkatan torsi pada alat pemotong, tepi tepi cepat aus dan berkurangnya daya tahan.
Kedua, konduktivitas termal yang rendah dari paduan titanium, sehingga panas pemotongan yang terakumulasi dalam pisau pemotong di dekat area kecil tidak mudah menyebar, gesekan pada permukaan depan meningkat, tidak mudah terkelupas, panas pemotongan tidak mudah untuk menyebarluaskan, mempercepat keausan alat. Setelah itu, aktivitas kimia paduan titanium tinggi, pengolahan pada suhu tinggi mudah bereaksi dengan bahan perkakas, terbentuknya pembubaran, difusi, mengakibatkan pisau lengket, pisau terbakar, pisau patah dan fenomena lainnya.
Diterjemahkan dengan www.DeepL.com/Translator (versi gratis)
V. Paduan titanium dalam penerbangan memiliki banyak alasan untuk diterapkan
Navigasi pesawat modern Kecepatan tinggi telah mencapai 2,7 kali kecepatan suara. Penerbangan supersonik yang begitu cepat, akan membuat pesawat dan udara mengalami gesekan serta menghasilkan banyak panas. Ketika kecepatan terbang mencapai 2,2 kali kecepatan suara, paduan aluminium tidak dapat menahannya. Paduan titanium tahan panas harus digunakan.
Ketika rasio dorong-berat mesin aero dari 4 menjadi 6 meningkat menjadi 8 menjadi 10, suhu saluran keluar gas bertekanan juga meningkat dari 200 menjadi 300 derajat menjadi 500 hingga 600 derajat, cakram dan bilah gas bertekanan rendah yang asli dibuat aluminium harus diubah menjadi paduan titanium.
Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan melakukan penelitian tentang kinerja paduan titanium dan terus membuat kemajuan baru. Komposisi asli titanium, aluminium, paduan titanium vanadium, suhu kerja tinggi 550 derajat ~ 600 derajat, dan paduan titanium aluminium (TiAl) yang baru dikembangkan, suhu kerja tinggi telah meningkat hingga 1040 derajat.
Paduan titanium sebagai pengganti baja tahan karat untuk memproduksi cakram dan bilah kompresor bertekanan tinggi, dapat mengurangi bobot struktural. Pesawat dapat menghemat 4% bahan bakar untuk setiap 10% pengurangan berat. Untuk roket, setiap pengurangan berat 1kg dapat meningkatkan jangkauan 15km.
Enam, analisis karakteristik pemesinan paduan titanium
Pertama-tama, konduktivitas termal yang rendah dari paduan titanium, hanya 1/4 dari baja, aluminium 1/13, tembaga 1/25, karena pembuangan panas yang lambat di zona pemotongan, tidak kondusif bagi keseimbangan termal, dalam proses pemotongan , pembuangan panas dan efek pendinginan sangat buruk, mudah membentuk suhu tinggi di zona pemotongan, deformasi bagian-bagian setelah pemesinan melambung, mengakibatkan peningkatan torsi pada alat pemotong, tepi tepi cepat aus dan berkurangnya daya tahan.
Kedua, konduktivitas termal yang rendah dari paduan titanium, sehingga panas pemotongan yang terakumulasi dalam pisau pemotong di dekat area kecil tidak mudah menyebar, gesekan pada permukaan depan meningkat, tidak mudah terkelupas, panas pemotongan tidak mudah untuk menyebarluaskan, mempercepat keausan alat. Setelah itu, aktivitas kimia paduan titanium tinggi, pengolahan pada suhu tinggi mudah bereaksi dengan bahan perkakas, terbentuknya pembubaran, difusi, mengakibatkan pisau lengket, pisau terbakar, pisau patah dan fenomena lainnya.