di mana titanium digunakan di pesawat terbang
PenerapanPenempaan Titanium AMS 6931dalam industri penerbangan dibagi menjadi paduan titanium struktur pesawat dan paduan titanium struktur mesin. Di bidang kedirgantaraan, paduan titanium terutama digunakan sebagai struktur dan wadah untuk roket, rudal, dan pesawat ruang angkasa. Paduan titanium untuk struktur pesawat umumnya harus digunakan pada suhu di bawah 350 derajat, dan harus memiliki kekuatan spesifik yang tinggi, ketangguhan yang baik, ketahanan lelah yang sangat baik, dan kinerja proses pengelasan yang baik. Paduan titanium untuk mesin diharuskan memiliki kekuatan spesifik yang tinggi, stabilitas termal yang baik, ketahanan oksidasi, ketahanan mulur dan sifat lainnya. Selain persyaratan kinerja paduan titanium dirgantara, kendaraan dirgantara juga memerlukan ketahanan suhu tinggi dan ketahanan radiasi.
Bagian aplikasi utama dari bagian struktural paduan titanium pesawat adalah bagian roda pendaratan, rangka, balok, kulit badan pesawat, pelindung panas, dll. Pesawat Il{{0}} Rusia menggunakan paduan titanium BT22 berkekuatan tinggi untuk memproduksi komponen utama seperti roda pendaratan dan balok bantalan. Bahan pancaran transmisi roda pendaratan utama Boeing 747 adalah Ti-6Al-4V. Tempa tersebut berukuran panjang 6,20 meter, lebar 0,95 meter, dan massa 1.545 kilogram. Paduan titanium Ti-62222S berkekuatan tinggi dan ketangguhan tinggi digunakan di bagian penting poros penstabil horizontal pesawat C-17. Area badan pesawat belakang tempat mesin pesawat F-22 berada dan pelindung panas ekor dirancang sebagai struktur paduan titanium berdinding tipis dengan ketahanan suhu yang baik.
Dalam hal mesin aero, bidang aplikasi bahan paduan titanium meliputi cakram kompresor, bilah, drum, rotor kompresor bertekanan tinggi, selubung kompresor, dll. Sekitar 30% dari berat struktural mesin turbin modern terbuat dari paduan titanium. Penerapan paduan titanium mengurangi kualitas bilah kompresor dan bilah kipas, sekaligus memperpanjang umur komponen dan interval pemeriksaan. Tepi depan dan ujung bilah kipas mesin Boeing 747-8GENX dilengkapi dengan selongsong pelindung paduan titanium, yang hanya diganti tiga kali selama periode layanan 10-tahun.
Penempaan paduan titanium penerbangan harus melalui pengecoran ingot, pembuatan billet, penempaan cetakan, pemesinan, dan proses lainnya untuk mendapatkan struktur dan sifat material yang diperlukan, dan sering digunakan untuk memproduksi komponen bantalan utama kerangka pesawat dan rotor mesin. Menurut HB5024-1989, diameter luar tempa besar tidak kurang dari 500 mm. Dengan perkembangan pesawat terbang dan mesin, tempa penerbangan memiliki persyaratan kualitas yang semakin tinggi, ukuran yang lebih besar, dan bentuk yang lebih kompleks. Bentuk bagian struktur pesawat rumit, dan tingkat pemanfaatan material umumnya tidak lebih dari 10%. Bahan dari empat rangka penguat bantalan utama skala besar pesawat F-22 adalah Ti-6Al-4V ELI, dan luas cetakan tempa yang diproyeksikan adalah 4.{{ 8}},67 meter persegi. Dalam beberapa tahun terakhir, peralatan penempaan khusus untuk paduan titanium penerbangan di negara saya telah ditingkatkan secara signifikan, dan sekarang dimungkinkan untuk memproduksi tempa integral paduan titanium seluas 5 meter persegi.
Pesawat ruang angkasa bekerja dalam kondisi ekstrim seperti suhu sangat tinggi, suhu sangat rendah, vakum tinggi, tekanan tinggi, dan korosi yang kuat. Selain membutuhkan teknologi desain struktur yang unggul, hal ini juga bergantung pada karakteristik dan fungsi material yang sangat baik. Paduan titanium biasanya digunakan dalam pembuatan tangki penyimpanan bahan bakar, selubung mesin roket, pemandu nosel roket, dan selubung satelit.
Karena sifat bahan paduan titanium yang sangat baik, beberapa bagian penting pesawat juga terbuat dari bahan paduan titanium. Misalnya, bibir lubang masuk adalah bagian yang terbuat dari bahan paduan titanium dengan pencetakan 3D, yang mewujudkan desain terintegrasi dan pembuatan bagian struktural dan bagian fungsional.
Pengencang paduan titanium yang biasa digunakan dalam industri dirgantara terutama mencakup paku keling, baut, dan pengencang khusus.
Pengencang paduan titanium yang digunakan pada pesawat F-22 di Amerika Serikat meliputi: baut paduan titanium berkekuatan tinggi, paku alur cincin, baut pengunci tinggi lancip batang poles, baut penjepit otomatis, paku keling titanium niobium, dan mur pengikat . Pesawat komersial domestik C919, yang terbang pertama kali di negara saya pada tahun 2014, menggunakan lebih dari 200,000 potongan pengencang paduan titanium untuk satu pesawat. Pengembangan dan penerapan pengencang paduan titanium memberikan kemungkinan pengurangan bobot lebih lanjut pada struktur pesawat. Berat struktural pesawat Boeing 747 berkurang 1.814 kg setelah penggantian baja dengan titanium. Sebuah pesawat Il-96 Rusia menggunakan 142,000 pengencang dan mengganti baja dengan titanium untuk mengurangi bobotnya hingga 600 kilogram.
Paduan titanium memiliki ketahanan korosi yang sangat baik, dan potensi positifnya cocok dengan material komposit serat karbon, yang secara efektif dapat mencegah potensi korosi pada pengencang. Paduan Ti45Nb adalah bahan paku keling yang banyak digunakan dalam industri dirgantara di Amerika Serikat. Bahan tersebut memiliki sifat tarik dan kekuatan geser yang baik dalam keadaan anil, dan dapat menggantikan paku keling titanium murni. Material Ti45Nb juga memiliki plastisitas yang tinggi dan cocok untuk menyambung paku keling pada pembuatan material komposit.
Dalam beberapa tahun terakhir, baut kekuatan tinggi paduan titanium Timeta1555 yang dikembangkan oleh Alcoa memiliki kekuatan tarik lebih dari 1300 MPa setelah penuaan larutan, kekuatan geser ganda lebih dari 745 MPa, dan perpanjangan lebih dari 10%. Untuk mengikuti tren perkembangan pengencang paduan titanium kelas atas internasional, Universitas Xigong Chaojing Co., Ltd. dan Pabrik Suku Cadang Standar Aerospace Xinyang bersama-sama mengembangkan batang dan kabel paduan titanium TB8 untuk pengencang, dan kekuatan tarik baut yang dibuat diantaranya setinggi 1280MPa. Penelitian dan pengembangan pengencang paduan titanium adalah pekerjaan yang sangat kompleks dan berjangka panjang.
Arah pengembangan industri paduan titanium
Permintaan paduan titanium untuk pesawat masa depan harus memiliki kekuatan yang lebih tinggi, ketangguhan yang lebih tinggi, kinerja kerusakan yang lebih tinggi, dan ketahanan suhu tinggi yang lebih tinggi. Arah penerapan dan pengembangan bahan paduan titanium adalah: paduan titanium struktural berkekuatan tinggi baru, paduan titanium tahan kerusakan berkinerja tinggi, paduan titanium tahan lelah berbiaya rendah, paduan titanium struktural suhu tinggi baru, berbasis TiAl canggih bahan, bahan komposit berbasis titanium, dll.
Permintaan akan pengurangan bobot struktural pada pesawat modern semakin mendesak. Selain material paduan titanium, material komposit juga telah banyak digunakan dalam struktur penerbangan. Penggunaan material komposit untuk pesawat Boeing 787 telah mencapai 50%, dan penggunaan material komposit untuk Airbus A380 juga mencapai 25%. Saat ini, material komposit tidak dapat sepenuhnya menggantikan logam, dan material logam masih sangat diperlukan. Modulus elastisitas paduan titanium dan material komposit yang diperkuat serat karbon cocok, dan koefisien muai panasnya serupa; dan memiliki kompatibilitas kimia yang baik dan tidak rentan terhadap potensi korosi. Sambungan badan sayap F-18 "Bumblebee" menggunakan desain ikatan bertahap dari bagian sambungan paduan titanium dan kulit komposit. Setelah beberapa tahun pengujian layanan, keandalan desain telah diverifikasi. Dengan bertambahnya jumlah material komposit, jumlah material paduan titanium akan semakin meningkat.
Terlihat dari informasi open source dalam beberapa tahun terakhir bahwa persyaratan Amerika Serikat untuk material struktur pesawat generasi berikutnya lebih ringan, efisien, dan terjangkau biaya. Menurut nilai mata uang tahun 2006, biaya satu F-22 adalah sekitar 361 juta dolar AS. F-35 awalnya memiliki target biaya sebesar $35 juta, yang kemudian ditingkatkan menjadi $138 juta. Di antara biaya yang besar, tingginya biaya pembuatan paduan titanium merupakan faktor yang tidak dapat diabaikan. Paduan titanium berbiaya rendah menggunakan Fe, O, dan elemen lain untuk menggantikan V, Mo, dan elemen lainnya yang lebih mahal. Perusahaan Timetal Amerika Serikat telah mengembangkan paduan titanium tipe Timetal-LCB berkekuatan tinggi dan berbiaya rendah dengan menambahkan elemen Fe dalam bentuk master alloy Fe-Mo yang murah, bukan elemen V yang mahal. Tujuannya adalah untuk menggantikan paduan Ti- 10V-2Fe-3Al yang lebih mahal.
Pengelasan paduan titanium, pembentukan dekat jaring, pembentukan dingin, dll. juga merupakan cara efektif untuk meningkatkan pemanfaatan material dan mengurangi biaya proses. Teknologi pengelasan canggih seperti pengelasan berkas elektron dan pengelasan laser telah berhasil diterapkan di beberapa model domestik. Sekelompok tim pembentuk laser seperti Universitas Beihang dan Universitas Teknologi Barat telah mencapai hasil yang baik dalam penerapan teknologi paduan titanium baru.
Dalam penelitian paduan titanium suhu tinggi baru, berdasarkan paduan titanium suhu tinggi 550 derajat IMI829 di Inggris dan paduan titanium suhu tinggi Ti-1100 600 derajat di Amerika Serikat, kurang dari 1% unsur tanah jarang, unsur Gd dan Y, ditambahkan masing-masing. Membentuk oksida tanah jarang, memurnikan batas butir, menghaluskan butir, dan meningkatkan kekuatan, mulur, dan daya tahan paduan. TA12 (Ti55) adalah paduan titanium suhu tinggi tipe hampir yang dikembangkan bersama oleh Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Baoti Group, dan Beijing Institute of Aeronautical Materials. Suhu desain adalah 550 derajat. Saat ini, material Ti55 relatif matang, dan kisaran suhu pengoperasian yang stabil adalah 550 derajat hingga 600 derajat. Suhu desain material Ti65 adalah 600 derajat -650 derajat, dan penelitian terkait sedang dilakukan secara tertib.
Dalam beberapa tahun terakhir, penggunaan teknologi metalurgi solidifikasi/serbuk cepat, material komposit yang diperkuat serat atau partikel untuk mengembangkan paduan titanium telah digunakan sebagai arah pengembangan paduan titanium suhu tinggi, sehingga suhu layanan paduan titanium dapat ditingkatkan menjadi di atas 650 derajat. Bahan komposit matriks titanium inti tungsten yang dikembangkan oleh Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences telah diterapkan dalam kisaran tertentu.
