I. Persyaratan utama bahan di bidang kedirgantaraan: ringan, kekuatan tinggi dan kemampuan beradaptasi dengan lingkungan
Desain peralatan aerospace mengikuti prinsip "berat adalah biaya":
Persyaratan pengurangan berat: Setiap pengurangan berat 1 kg pesawat dapat mengurangi konsumsi bahan bakar sekitar 5-10 kg (mengambil pesawat penumpang komersial sebagai contoh),mengurangi biaya operasi dan emisi karbon secara langsung.
Tantangan lingkungan ekstrim:
Korosi atmosfer di ketinggian tinggi (ozone, sinar ultraviolet, suhu bergantian);
Komponen mesin menghadapi suhu tinggi di atas 800 °C dan korosi gas;
Pesawat ruang angkasa mengalami kejutan termal dan oksidasi yang parah saat memasuki atmosfer kembali.
II. Keuntungan ketahanan korosi dariTitaniumcastings: sebuah "perisai ruang" yang secara alami tahan korosi
1Mekanisme perbaikan diri film oksida: "perlindungan diri dalam lingkungan korosif"
Titaniumbereaksi dengan oksigen pada suhu kamar untuk membentuk film oksida TiO2 padat (kekandelan sekitar 5-10nm), yang memiliki karakteristik berikut:
Inertitas kimia: hampir tidak ada korosi di air laut, klorin basah, sebagian besar asam organik dan larutan klorida (misalnya tingkat korosi tahunanTitaniumcasting di lingkungan laut kurang dari 0,001 mm);
Kemampuan perbaikan diri: setelah lapisan film rusak,dapat dengan cepat diregenerasi di lingkungan yang mengandung oksigen untuk mempertahankan efek pelindung (dibandingkan dengan paduan aluminium yang membutuhkan lapisan tambahan untuk perlindungan korosi).
2Perbandingan ketahanan korosi dengan bahan tradisional
Paduan aluminium: rentan terhadap lubang di atmosfer lembab, membutuhkan penyemprotan lapisan kromat (beracun dan tidak ramah lingkungan);
Baja: membutuhkan zinc atau paduan nikel-kromium plating, dan korosi elektrokimia masih dapat terjadi di lingkungan laut;
Titanium: tidak memerlukan perawatan anti korosi tambahan, dan biaya pemeliharaan berkurang lebih dari 40% (sumber data: laporan aplikasi komponen titanium Airbus A350).
III. Kelebihan kekuatan dariTitaniumcastings: keseimbangan sempurna antara berat ringan dan keandalan tinggi
1Kekuatan spesifik (kekuatan / kepadatan) adalah yang terbaik di antara bahan logam
Kekuatan spesifik paduan titanium dapat mencapai 15-20×104N·m/kg, jauh melebihi paduan aluminium (7-10×104N·m/kg) dan baja (4-6×104N·m/kg).
TC4 titanium alloy (Ti-6Al-4V): kepadatan 4,5g/cm3, kekuatan tarik ≥895MPa, cocok untuk pembuatan komponen bantalan seperti balok sayap pesawat dan bingkai badan pesawat,dan beratnya lebih dari 40% lebih ringan dari komponen baja.
2Kemampuan menahan kekuatan suhu tinggi: operasi stabil dalam "lingkungan panas"
Paduan titanium masih dapat mempertahankan kekuatan suhu kamar lebih dari 70% dalam kisaran suhu 400-600 °C (kekuatan paduan aluminium menurun secara signifikan di atas 200 °C).Aplikasi khas:
Lembar kompresor mesin pesawat terbang: paduan Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo) digunakan, yang dapat bekerja untuk waktu yang lama pada 500 °C, mengganti paduan berbasis nikel untuk mengurangi berat sebesar 15%;
Nozzles thruster pesawat ruang angkasa: Titanium alloy castings masih dapat mempertahankan integritas struktural di bawah suhu tinggi gas menggosok.
3. ketahanan kelelahan dan ketahanan fraktur: "Ketahanan" untuk mengatasi beban bergantian
Kekuatan kelelahan titanium dapat mencapai 50%-60% dari kekuatan tarik (lega aluminium hanya 30%-40%), dan ketahanan patah (KIC) setinggi 50-100MPa·m1/2,yang cocok untuk bagian yang tahan getaran dan dampak, seperti:
Rumah sistem transmisi helikopter;
Struktur pendukung panel surya satelit.
4. Kasus aplikasi khas dari titanium castings di bidang aerospace
Airbus A380: cetakan titanium digunakan untuk memproduksi konektor kotak sayap tengah, mengurangi berat 1,2 ton dan meningkatkan umur struktural menjadi 60.000 jam penerbangan;
Pesawat tempur F-22 AS: casting titanium menyumbang 41% dari berat struktur badan pesawat, terutama digunakan di bagian-bagian kunci seperti roda pendaratan dan bracket mesin;
SpaceX Starship: Kamar dorongan mesin terbuat daripaduan titaniumcasting investasi, yang dapat menahan suhu gas di atas 3000 °C dan dapat digunakan kembali lebih dari 100 kali.
5. "Titik lain" dari titanium castings: memberdayakan desain aerospace
Kemampuan membentuk struktur kompleks: melalui pengecoran investasi (metode lilin hilang), komponen kompleks dengan rongga dan tulang rusuk tipis (seperti casing mesin integral) dapat diproduksi secara langsung,mengurangi jumlah bagian dan proses perakitan;
Densitas rendah dan kekakuan tinggi hidup berdampingan: modul elastisitas titanium adalah 110GPa, yang berada di antara aluminium (70GPa) dan baja (210GPa), cocok untuk merancang struktur ringan kekakuan tinggi;
Keuntungan kompatibilitas: titanium tidak rentan terhadap korosi elektrokimia ketika bersentuhan dengan bahan komposit (seperti serat karbon),yang memfasilitasi desain terintegrasi multi-bahan dari peralatan aerospace.
VI. Tantangan dan Tren Masa Depan: Biaya dan Inovasi Teknologi Berjalan Bersama
Masalah biaya: peleburan paduan titanium perlu dilakukan di lingkungan vakum, dan investasi dalam peralatan pengecoran tinggi (sebuah tungku cangkang vakum berharga lebih dari 10 juta yuan),menghasilkan harga satuan titanium casting sekitar 5-8 kali lipat dari paduan aluminium;
Terobosan teknologi:
Pencetakan 3D dariTitanium castings(teknologi SLM) dapat mengurangi konsumsi bahan sebesar 30% dan memperpendek siklus pengiriman;
Paduan titanium α+β baru (seperti Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr) lebih meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan proses pengecoran melalui pengoptimalan komposisi.
Kesimpulan:Pembuangan titaniumtelah menjadi bahan yang tak tergantikan di bidang kedirgantaraan dengan keuntungan tiga dimensi mereka "tahan korosi + kekuatan tinggi + ringan".Dari pesawat komersial hingga satelit luar angkasa, kinerjanya tidak hanya memenuhi persyaratan kondisi kerja yang ketat, tetapi juga mempromosikan peningkatan terus-menerus efisiensi pesawat melalui optimalisasi struktural.Dengan pengurangan biaya proses pengecoran dan pengembangan paduan baru, batas aplikasi titanium castings di bidang aerospace akan terus berkembang.
Email: cast@ebcastings.com
I. Persyaratan utama bahan di bidang kedirgantaraan: ringan, kekuatan tinggi dan kemampuan beradaptasi dengan lingkungan
Desain peralatan aerospace mengikuti prinsip "berat adalah biaya":
Persyaratan pengurangan berat: Setiap pengurangan berat 1 kg pesawat dapat mengurangi konsumsi bahan bakar sekitar 5-10 kg (mengambil pesawat penumpang komersial sebagai contoh),mengurangi biaya operasi dan emisi karbon secara langsung.
Tantangan lingkungan ekstrim:
Korosi atmosfer di ketinggian tinggi (ozone, sinar ultraviolet, suhu bergantian);
Komponen mesin menghadapi suhu tinggi di atas 800 °C dan korosi gas;
Pesawat ruang angkasa mengalami kejutan termal dan oksidasi yang parah saat memasuki atmosfer kembali.
II. Keuntungan ketahanan korosi dariTitaniumcastings: sebuah "perisai ruang" yang secara alami tahan korosi
1Mekanisme perbaikan diri film oksida: "perlindungan diri dalam lingkungan korosif"
Titaniumbereaksi dengan oksigen pada suhu kamar untuk membentuk film oksida TiO2 padat (kekandelan sekitar 5-10nm), yang memiliki karakteristik berikut:
Inertitas kimia: hampir tidak ada korosi di air laut, klorin basah, sebagian besar asam organik dan larutan klorida (misalnya tingkat korosi tahunanTitaniumcasting di lingkungan laut kurang dari 0,001 mm);
Kemampuan perbaikan diri: setelah lapisan film rusak,dapat dengan cepat diregenerasi di lingkungan yang mengandung oksigen untuk mempertahankan efek pelindung (dibandingkan dengan paduan aluminium yang membutuhkan lapisan tambahan untuk perlindungan korosi).
2Perbandingan ketahanan korosi dengan bahan tradisional
Paduan aluminium: rentan terhadap lubang di atmosfer lembab, membutuhkan penyemprotan lapisan kromat (beracun dan tidak ramah lingkungan);
Baja: membutuhkan zinc atau paduan nikel-kromium plating, dan korosi elektrokimia masih dapat terjadi di lingkungan laut;
Titanium: tidak memerlukan perawatan anti korosi tambahan, dan biaya pemeliharaan berkurang lebih dari 40% (sumber data: laporan aplikasi komponen titanium Airbus A350).
III. Kelebihan kekuatan dariTitaniumcastings: keseimbangan sempurna antara berat ringan dan keandalan tinggi
1Kekuatan spesifik (kekuatan / kepadatan) adalah yang terbaik di antara bahan logam
Kekuatan spesifik paduan titanium dapat mencapai 15-20×104N·m/kg, jauh melebihi paduan aluminium (7-10×104N·m/kg) dan baja (4-6×104N·m/kg).
TC4 titanium alloy (Ti-6Al-4V): kepadatan 4,5g/cm3, kekuatan tarik ≥895MPa, cocok untuk pembuatan komponen bantalan seperti balok sayap pesawat dan bingkai badan pesawat,dan beratnya lebih dari 40% lebih ringan dari komponen baja.
2Kemampuan menahan kekuatan suhu tinggi: operasi stabil dalam "lingkungan panas"
Paduan titanium masih dapat mempertahankan kekuatan suhu kamar lebih dari 70% dalam kisaran suhu 400-600 °C (kekuatan paduan aluminium menurun secara signifikan di atas 200 °C).Aplikasi khas:
Lembar kompresor mesin pesawat terbang: paduan Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo) digunakan, yang dapat bekerja untuk waktu yang lama pada 500 °C, mengganti paduan berbasis nikel untuk mengurangi berat sebesar 15%;
Nozzles thruster pesawat ruang angkasa: Titanium alloy castings masih dapat mempertahankan integritas struktural di bawah suhu tinggi gas menggosok.
3. ketahanan kelelahan dan ketahanan fraktur: "Ketahanan" untuk mengatasi beban bergantian
Kekuatan kelelahan titanium dapat mencapai 50%-60% dari kekuatan tarik (lega aluminium hanya 30%-40%), dan ketahanan patah (KIC) setinggi 50-100MPa·m1/2,yang cocok untuk bagian yang tahan getaran dan dampak, seperti:
Rumah sistem transmisi helikopter;
Struktur pendukung panel surya satelit.
4. Kasus aplikasi khas dari titanium castings di bidang aerospace
Airbus A380: cetakan titanium digunakan untuk memproduksi konektor kotak sayap tengah, mengurangi berat 1,2 ton dan meningkatkan umur struktural menjadi 60.000 jam penerbangan;
Pesawat tempur F-22 AS: casting titanium menyumbang 41% dari berat struktur badan pesawat, terutama digunakan di bagian-bagian kunci seperti roda pendaratan dan bracket mesin;
SpaceX Starship: Kamar dorongan mesin terbuat daripaduan titaniumcasting investasi, yang dapat menahan suhu gas di atas 3000 °C dan dapat digunakan kembali lebih dari 100 kali.
5. "Titik lain" dari titanium castings: memberdayakan desain aerospace
Kemampuan membentuk struktur kompleks: melalui pengecoran investasi (metode lilin hilang), komponen kompleks dengan rongga dan tulang rusuk tipis (seperti casing mesin integral) dapat diproduksi secara langsung,mengurangi jumlah bagian dan proses perakitan;
Densitas rendah dan kekakuan tinggi hidup berdampingan: modul elastisitas titanium adalah 110GPa, yang berada di antara aluminium (70GPa) dan baja (210GPa), cocok untuk merancang struktur ringan kekakuan tinggi;
Keuntungan kompatibilitas: titanium tidak rentan terhadap korosi elektrokimia ketika bersentuhan dengan bahan komposit (seperti serat karbon),yang memfasilitasi desain terintegrasi multi-bahan dari peralatan aerospace.
VI. Tantangan dan Tren Masa Depan: Biaya dan Inovasi Teknologi Berjalan Bersama
Masalah biaya: peleburan paduan titanium perlu dilakukan di lingkungan vakum, dan investasi dalam peralatan pengecoran tinggi (sebuah tungku cangkang vakum berharga lebih dari 10 juta yuan),menghasilkan harga satuan titanium casting sekitar 5-8 kali lipat dari paduan aluminium;
Terobosan teknologi:
Pencetakan 3D dariTitanium castings(teknologi SLM) dapat mengurangi konsumsi bahan sebesar 30% dan memperpendek siklus pengiriman;
Paduan titanium α+β baru (seperti Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr) lebih meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan proses pengecoran melalui pengoptimalan komposisi.
Kesimpulan:Pembuangan titaniumtelah menjadi bahan yang tak tergantikan di bidang kedirgantaraan dengan keuntungan tiga dimensi mereka "tahan korosi + kekuatan tinggi + ringan".Dari pesawat komersial hingga satelit luar angkasa, kinerjanya tidak hanya memenuhi persyaratan kondisi kerja yang ketat, tetapi juga mempromosikan peningkatan terus-menerus efisiensi pesawat melalui optimalisasi struktural.Dengan pengurangan biaya proses pengecoran dan pengembangan paduan baru, batas aplikasi titanium castings di bidang aerospace akan terus berkembang.
Email: cast@ebcastings.com
