Gdzie stosuje się stopy tytanu w samolotach i statkach kosmicznych?

Tytan jest jednym z głównych materiałów konstrukcyjnych stosowanych w samolotach, zwłaszcza w wentylatorach silników, tarczach sprężarek i łopatkach. Dzięki połączeniu wytrzymałości, odporności na wysoką temperaturę, niskiej masy i niezawodności znajduje on również zastosowanie w rakietach nośnych, stacjach orbitalnych, statkach kosmicznych, pociskach i innych systemach o wysokich wymaganiach.

Stopy stosowane w konstrukcjach płatowców zazwyczaj pracują w temperaturach poniżej 350°C i muszą charakteryzować się wysoką wytrzymałością właściwą, twardością, odpornością na zmęczenie materiału oraz spawalnością. Typowe elementy to podwozie, ramy, belki, poszycie i osłony termiczne. Zastosowania w silnikach obejmują tarcze sprężarek, łopatki, bębny, wirniki i obudowy. W samolocie Ił-76 zastosowano tytan BT22 o wysokiej wytrzymałości do budowy podwozia i belek nośnych; w samolocie F-22 zastosowano cienkościenne konstrukcje tytanowe wokół gorącej tylnej części kadłuba. Tytan stanowi około 20% masy konstrukcji samolotu J-20. Tytanowe elementy złączne obejmują nity, śruby, śruby zabezpieczające, nity tytanowo-niobowe oraz nakrętki klejone.

Dlaczego projektanci z branży lotniczej i kosmicznej wybierają tytan

1. Mniejsze obciążenie konstrukcyjne: Gęstość tytanu jest niska, a jego wytrzymałość zbliża się do wytrzymałości stali o średniej wytrzymałości. Dzięki wysokiej wytrzymałości właściwej konstruktorzy mogą zastępować stal w podwoziach lotniczych, belkach i innych konstrukcjach.
2. Odporność na podwyższoną temperaturę: Ti-6Al-4V może pracować przez dłuższy czas w temperaturze około 350°C, natomiast Ti-6,5Al-3,5Mo-1,5Zr-0,3Si może pracować w temperaturze około 500°C w elementach sprężarki. W miarę wzrostu temperatury spowodowanej oporem aerodynamicznym tytan zachowuje wytrzymałość lepiej niż magnez i aluminium.
3. Zgodność z materiałami kompozytowymi: Podobne właściwości konstrukcyjne pod względem sztywności i wytrzymałości oraz stosunkowo zbliżony potencjał elektrochemiczny sprzyjają zmniejszeniu masy i ograniczają ryzyko korozji galwanicznej.
4. Odporność na korozję i trwałość: Wysoka wytrzymałość zmęczeniowa i odporność na korozję zapewniają długą żywotność oraz wysoką niezawodność samolotów i silników.

Typowe zastosowania