درجة حرارة منخفضة حالة تطبيق مادة سبائك التيتانيوم

من ناحية أخرى ، يجب أن تتمتع المواد الإنشائية للمركبة الفضائية بالقوة والمتانة الكافية والخصائص الحرارية الممتازة في درجات الحرارة المنخفضة ؛ من ناحية أخرى ، بالنظر إلى مدى تعقيد شكل الأجزاء الهيكلية للمركبة الفضائية ، يجب أن تتمتع المادة بقدرة ميكانيكية جيدة.

      بالمقارنة مع المواد المبردة التقليدية ، تتمتع سبائك التيتانيوم بقوة إنتاجية أعلى في درجات حرارة منخفضة ، أكثر من 3 أضعاف كثافة الفولاذ المقاوم للصدأ ، بينما تبلغ كثافتها 1/4 إلى 1/2 فقط من الفولاذ المقاوم للصدأ. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع سبائك التيتانيوم أيضًا بسلسلة من المزايا مثل الموصلية الحرارية المنخفضة ، ومعامل التمدد المنخفض ، وغير المغناطيسية ، وما إلى ذلك ، لذا فهي مناسبة جدًا كمواد مبردة جديدة للتطبيقات الفضائية.

      في الوقت الحاضر ، تم استخدام سبائك التيتانيوم المبردة مبدئيًا في مجال محركات الصواريخ السائلة ، بشكل أساسي كمواد هيكلية لخزانات تخزين محرك الهيدروجين والأكسجين ، ودفاعات مضخة الهيدروجين ، وما إلى ذلك ، مما أدى إلى تحسن كبير في نسبة الدفع إلى الوزن ، والعمل حياة وموثوقية محركات الصواريخ السائلة. تكمن مشكلة تطبيق سبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة المنخفضة في أن استطالة سبائك التيتانيوم وصلابة كسرها في بيئة درجات الحرارة المنخفضة تتناقص بشكل كبير ، مما يُظهر هشاشة واضحة في درجات الحرارة المنخفضة ، وبالتالي ، كيفية تقليل هشاشة درجات الحرارة المنخفضة لسبائك التيتانيوم وتحسين أصبحت صلابة سبائك التيتانيوم واللدونة في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة أولوية قصوى لأبحاث سبائك التيتانيوم ذات درجات الحرارة المنخفضة.

      أجرى العلماء في الداخل والخارج الكثير من الأبحاث لحل هذه المشكلة ووجدوا أن طريقتين يمكن أن تحسن بشكل فعال خصائص درجات الحرارة المنخفضة لسبائك التيتانيوم عن طريق تقليل محتوى C و H و O والعناصر الخلالية الأخرى ، وتقليل المحتوى من عناصر الألومنيوم. من خلال هاتين الطريقتين ، تم تطوير سلسلة من سبائك التيتانيوم ذات درجات الحرارة المنخفضة الجديدة ذات الأداء الممتاز في الداخل والخارج.

      كان الاتحاد السوفيتي السابق ملتزمًا بتطوير وتطبيق سبائك التيتانيوم منخفضة الحرارة. من خلال تقليل محتوى عناصر الألومنيوم ، طور الاتحاد السوفيتي السابق سلسلة من سبائك التيتانيوم منخفضة الألمنيوم المبردة ، من بينها OT4 و BT5-1 على نطاق واسع. تم استخدام سبيكة OT4 في أجزاء الالتحام المدارية للمركبة الفضائية وأنابيب الصواريخ السائلة والأجزاء الهيكلية لغرفة الاحتراق ؛ تم استخدام سبيكة BT5-1 في صناعة حاويات الهيدروجين السائل. من أجل زيادة تحسين نسبة الدفع النبضي لمحركات الصواريخ السائلة ، أجرى معهد أبحاث روسي بحثًا وتطويرًا لسبائك تيتانيوم منخفضة الحرارة عالية القوة وعالية اللدونة مناسبة لدرجات حرارة منخفضة للغاية تصل إلى -253 درجة مئوية. 

      ركز البحث على سبائك التيتانيوم منخفضة الحرارة في الولايات المتحدة على سبيكة التيتانيوم من النوع ألفا TA7 ELI (بينية منخفضة للغاية) وسبائك التيتانيوم من النوع α + TC4 ELI. TA7 ELI عبارة عن سبيكة تيتانيوم من النوع القريب من α تتميز بصلابة جيدة وموصلية حرارية منخفضة وحساسية من الدرجة عند 20 ك. وقد تم استخدامها بنجاح في الأوعية المبردة والأنابيب المبردة ودفاعات محرك الصاروخ السائل. في برنامج أبولو ، تم استخدام TC4 ELI كمادة رئيسية لأوعية الهيدروجين السائل وقنوات الهيدروجين السائل وحققت نتائج جيدة. بالإضافة إلى ذلك ، أجرى العلماء الأمريكيون أيضًا أبحاثًا أساسية حول آلية الكسر والتقصف الهيدروجين لسبائك التيتانيوم المبردة ، وحصلوا على بيانات حول الخواص الميكانيكية وآلية الكسر لـ TA7 ELI و TC4 ELI وسبائك التيتانيوم المبردة الأخرى ،

      في مجال البحث والتطوير لسبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة المنخفضة ، مقارنةً بالولايات المتحدة وروسيا ودول متقدمة أخرى ، بدأت الصين تكنولوجيا متأخرة ومتخلفة نسبيًا. في السنوات الأخيرة ، مع تطور صناعة الطيران ، بدأت الصين في إجراء أبحاث على سبائك التيتانيوم منخفضة الحرارة. خلال فترة "الخطة الخمسية التاسعة" ، أجرت الصين بحثًا وتطويرًا لـ Ti-2Al-2.5Zr و Ti-3Al-2.5Zr و CT20 وسبائك التيتانيوم الأخرى ذات درجة الحرارة المنخفضة ، وأداء يتم عرض سبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة المطورة في الصين في الشكل 3. سبيكة CT20 هي سبيكة تيتانيوم منخفضة الحرارة مع جميع حقوق الملكية الخاصة بنا ، والتي يمكن استخدامها عند درجة حرارة منخفضة جدًا تبلغ 20 كلفن ، وتتمتع السبيكة بخصائص ميكانيكية جيدة في درجات حرارة منخفضة ، بقوة أكبر من 1100 ميجا باسكال واستطالة أكبر من 10٪ عند 20 كلفن ، تتميز السبيكة أيضًا بخصائص تشكيل ممتازة ويمكن معالجتها في قضبان وألواح وأنابيب وأسلاك. حتى الآن ، تم استخدام سبيكة CT20 بنجاح في الأنابيب المبردة للمركبة الفضائية. في الوقت نفسه ، تم التحقيق في تأثير العناصر الخلالية على الخصائص الميكانيكية ذات درجة الحرارة المنخفضة لسبائك CT20 لتوفير مرجع لمزيد من التحسين في أداء سبائك التيتانيوم CT20.

Chat with us