Titan ist ein Strukturmetall mit hoher Festigkeit, guter Korrosionsbeständigkeit und hoher Hitzebeständigkeit. Es wurde in den 1950er Jahren entwickelt und in den 1950er und 1960er Jahren wurden hauptsächlich Hochtemperatur-Titanlegierungen für Flugzeugtriebwerke und Strukturtitanlegierungen für Flugzeugzellen entwickelt.
In den 1970er Jahren wurden zahlreiche korrosionsbeständige Titanlegierungen entwickelt. Seit den 1980er Jahren wurden korrosionsbeständige und hochfeste Titanlegierungen weiterentwickelt. Titanlegierungen werden hauptsächlich zur Herstellung von Kompressorteilen für Flugzeugtriebwerke verwendet, gefolgt von Raketen, Flugkörpern und Strukturteilen für Hochgeschwindigkeitsflugzeuge.
Es ist erwähnenswert, dass Titanlegierungen durch die Kombination von Titan mit anderen Elementen hergestellt werden. Aufgrund der Einschränkungen der Verarbeitungstechnologie und sogar der Rohstoffe wird die Produktion von Titanlegierungen immer von den professionellsten Herstellern in einigen wenigen Ländern wie Japan, Russland, den Vereinigten Staaten, Frankreich usw. durchgeführt.
Im Vergleich zu anderen Titanmetallprodukten begann die Titanlegierungsindustrie in China erst spät, sodass ihre anfängliche Entwicklung langsam verlief. Mittlerweile ist das Entwicklungstempo jedoch stabil. Dank der kontinuierlichen Bemühungen chinesischer Wissenschaftler wurden bei der Herstellung von Titanlegierungen viele bedeutende Durchbrüche erzielt. Daher kann mit Sicherheit gesagt werden, dass das industrielle Monopol gebrochen zu sein scheint und die chinesischen Betriebe das Stadium der Autarkie erreicht haben.

Die Titanlegierungsindustrie hat die Phase der Massenproduktion erreicht. Angesichts der Fortschritte in dieser Branche wurde die Produktionskapazität für Titanschwamm deutlich verbessert. China hat daher mit dem Bau zahlreicher Produktionslinien für Titanlegierungen begonnen.

1. Anwendung von Titanlegierungen in Flugzeugen

Wird hauptsächlich bei der Herstellung von Flugzeugen und Triebwerken verwendet, z. B. bei geschmiedeten Titanlüftern, Kompressorscheiben und -schaufeln, Hauben, Auspuffanlagen und anderen Strukturkomponenten wie Flugzeugträgern. Raumfahrzeuge nutzen hauptsächlich die hohe spezifische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kältebeständigkeit von Titanlegierungen zur Herstellung verschiedener Druckbehälter, Kraftstofftanks, Befestigungselemente, Instrumentenbänder, Rahmen und Raketenkästen. Geschweißte Teile aus Titanlegierungsblechen werden auch in künstlichen Erdsatelliten, Mondlandefähren, bemannten Raumfahrzeugen und Space Shuttles verwendet.

2. Gründe für die breite Verwendung von Titanlegierungen in der Luftfahrt

Die Höchstgeschwindigkeit moderner Flugzeuge erreicht das 2,7-fache der Schallgeschwindigkeit. Bei einem derart schnellen Überschallflug reibt das Flugzeug an der Luft und erzeugt große Hitze. Wenn die Fluggeschwindigkeit das 2,2-fache der Schallgeschwindigkeit erreicht, ist die Aluminiumlegierung nicht mehr in der Lage, dies auszuhalten. Es müssen hochtemperaturbeständige Titanlegierungen verwendet werden.

Als das Schubverhältnis eines Flugzeugtriebwerks von 4 bis 6 auf 8 bis 10 anstieg und die Kompressorauslasstemperatur von 200 bis 300 °C auf 500 bis 600 °C anstieg, waren die Scheiben und Schaufeln des Niederdruckkompressors ursprünglich aus Aluminium bzw. Titanlegierungen gefertigt.

3. Analyse der Verarbeitungseigenschaften von Titanlegierungen

Erstens ist die Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen sehr gering und beträgt nur 1/4 der von Stahl, 1/13 der von Aluminium und 1/25 der von Kupfer. Aufgrund der langsamen Wärmeableitung im Schneidbereich ist das thermische Gleichgewicht ungünstig. Während des Schneidvorgangs sind die Wärmeableitung und die Kühlwirkung sehr schlecht, und es bilden sich leicht hohe Temperaturen im Schneidbereich. Nach der Bearbeitung verformt sich das Teil stark, was zu einem erhöhten Drehmoment des Schneidwerkzeugs und einem schnellen Verschleiß der Schneide führt. Die Haltbarkeit wird dadurch verringert.

Zweitens erschwert die geringe Wärmeleitfähigkeit der Titanlegierung die Abstrahlung von Schneidwärme in einem kleinen Bereich nahe der Schneidkante, die Reibung an der Spanfläche nimmt zu, das Entfernen von Spänen ist schwierig, die Wärmeabgabe beim Schneiden ist schwierig und der Werkzeugverschleiß wird beschleunigt. Schließlich weisen Titanlegierungen eine hohe chemische Aktivität auf und lassen sich bei hohen Temperaturen leicht mit Werkzeugmaterialien verarbeiten, um Lösungen zu bilden und sich auszubreiten, was zu Verklebungen, Verbrennungen und Schnitten führen kann.

Die Vorteile der Titanlegierungen

Titanlegierungen scheinen viele Vorteile zu haben. Sehen wir uns einige davon an.

Hohe Festigkeit

Vergleicht man diese Legierungen mit Eisen und Stahl, fällt auf, dass sie eine sehr hohe Festigkeit aufweisen. Sie ist auch die bessere Wahl für Bauteile, die sowohl Steifigkeit als auch Festigkeit erfordern. Daher findet sie Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, im Militär und sogar in der Erdölindustrie.

Die thermische Festigkeit

Der nächste Vorteil ist die gute thermische Festigkeit von Titanlegierungen. Selbst bei Temperaturen über fünf Grad Celsius bleibt die Legierung stabil und die spezifische Festigkeit sinkt nicht massiv.

Hohe Härte

Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, dass es sich nicht leicht verformt und einen guten Härtefaktor aufweist. Selbst wenn es mit anderen Metallen kollidiert, wird die Form nicht verformt.

Kältebeständigkeit

Auch bei niedrigen Temperaturen bleiben die mechanischen Eigenschaften der Legierung sehr gut erhalten. Sie sind zäh und die Festigkeit nimmt im Vergleich zur Normaltemperatur zu.

Hohe Korrosionsbeständigkeit

Bei Umgebungstemperatur bildet sich auf der Titanlegierung eine dünne Schicht. Dies trägt zur Korrosionsvorbeugung bei.

Technologische Leistung

Sie verfügen über eine gute Plastizität und auch über eine große elastisch-plastische Fähigkeit. Dies ist natürlich praktisch, wenn es für verschiedene kommerzielle Zwecke eingesetzt wird.

Ausdehnungskoeffizient

Titan hat einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten. Daher können sich die Werkzeuge viel leichter an Temperaturschwankungen anpassen.

Nicht magnetisch

Aufgrund ihrer nichtmagnetischen Natur werden diese Legierungen in einigen der besten militärischen Kampfgeräte verwendet.