 |
|
Описание комплекса съемочной аппаратуры микроспутников.
Рассматриваемый в дипломной работе корпус, является одним из основных частей оптоэлектронного прибора, предназначенного для дистанционного наблюдения за поверхностью земли. Корпус представляет собой форму куба, размещенный на микроспутнике. Внешний вид корпуса представлен на рисунке 2.1.1.
Рисунок 2.1.1 – Корпус оснащённый комплексом съёмочной аппаратуры микро спутника.
Упоминаемый выше корпус кубической формы имеет ряд технологических отверстий. На передней стенке имеется два объектива. Для укрепления конструкции используются балки и кронштейны. Инновация дипломного проекта состоит в том, что разрабатывается наиболее устойчивый к деформациям корпус который имеет сразу два объектива с разным принципом действия.
2.2 Свойства титана и титанового сплава
Основные сведения о титане
Титан (Ti) (Titanium) - химический элемент с порядковым номером 22, атомный вес 47,88, легкий серебристо-белый металл. Плотность 4,51 г/см3, tпл.=1668+(-)5°С, tкип.=3260°С. Для технического титана марок ВТ1-00 и ВТ1-0 плотность приблизительно 4,32 г/см3. Титан и титановые сплавы сочетают легкость, прочность, высокую коррозийную стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, возможность работы в широком диапазоне температур.
История открытия титана
Оксид титана TiO2 впервые был обнаружен в 1789 году У. Грегором, который при исследовании магнитного железистого песка выделил окись неизвестного металла, назвав ее менакеновой. Первый образец металлического титана получил в 1825 году Й. Я. Берцелиус.
Свойства титана
В периодической системе элементов Д. И. Менделеева титан расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях он четырехвалентен. По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам. Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668±4°С) и кипит при 3300 °С, скрытая теплота плавления и испарения титана почти в два раза больше, чем у железа.
Известны две аллотропические модификации титана. Низкотемпературная альфа-модификация, существующая до 882,5 ° С и высокотемпературная бетта-модификация, устойчивая от 882,5 °С до температуры плавления.
По плотности и удельной теплоемкости титан занимает промежуточное место между двумя основными конструкционными металлами: алюминием и железом. Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия. Но титан может активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла. С углеродом титан образует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердостью.
Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза - железа. Коэффициент термического расширения при комнатной температуре сравнительно мал, с повышением температуры он возрастает.
Модули упругости титана невелики и обнаруживают существенную анизотропию. С повышеиием температуры до 350°С модули упругости уменьшаются почти по линейному закону. Небольшое значение модулей упругости титана - существенный его недостаток, т.к. в некоторых случаях для получения достаточно жестких конструкций приходится применять большие сечення изделий по сравнению с теми, которые следуют из условий прочности.
Титан имеет довольно высокое удельное электросопротивление, которое в зависимости от содержания примесей колеблется в пределах от 42·10-8 до 80·10-6 Ом·см. При температурах ниже 0,45 К он становится сверхпроводником.
Титан - парамагнитный металл. У парамагнитных веществ магнитная восприимчивость при нагревании обычно уменьшается. Титан составляет исключение из этого правила - его восприимчивость существенно увеличивается с температурой.
Достоинстава / недостатки титана
Достоинства:
малая плотность (4500 кг/м3) способствует уменьшению массы используемого материала;
высокая механическая прочность. Стоит отметить, что при повышенных температурах (250-500 °С) титановые сплавы по прочности превосходят высокопрочные сплавы алюминия и магния;
необычайнао высокая коррозионная стойкость, обусловленная способностью титана образовывать на поверхности тонкие (5-15 мкм) сплошные пленки оксида ТiO2, прочно связанные с массой металла;
удельная прочность (отношение прочности и плотности) лучших титановых сплавов достигает 30-35 и более, что почти вдвое превышает удельную прочность легированных сталей.
Недостатки:
высокая стоимость производства, титан значительно дороже железа, алюминия, меди, магния;
активное взаимодействие при высоких температурах, особенно в жидком состоянии, со всеми газами, составляющими атмосферу, в результате чего титан и его сплавы можно плавить лишь в вакууме или в среде инертных газов;
трудности вовлечения в производство титановых отходов;
плохие антифрикционные свойства, обусловленные налипанием титана на многие материалы, титан в паре с титаном не может работать на трение;
высокая склонность титана и многих его сплавов к водородной хрупкости и солевой коррозии;
плохая обрабатываемость резанием, аналогичная обрабатываемости нержавеющих сталей аустенитного класса;
большая химическая активность, склонность к росту зерна при высокой температуре и фазовые превращения при сварочном цикле вызывают трудности при сварке титана.
Применение титана
Титановые сплавы играют большую роль в авиационной технике, где стремятся получить наиболее легкую конструкцию в сочетании с необходимой прочностью. Титан легок по сравнению с другими металлами, но в то же время может работать при высоких температурах (см. рис.2). Из титановых сплавов изготовляют обшивку, детали крепления, силовой набор, детали шасси, различные агрегаты. Также данные материалы применяются в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Это позволяет уменьшить их массу на 10-25%. Из титановых сплавов производят диски и лопатки компрессора, детали воздухозаборника и направляющего аппарата, крепеж.
Также титан и его сплавы используют в ракетостроении. Ввиду кратковременной работы двигателей и быстрого прохождения плотных слоев атмосферы в ракетостроении в значительной мере снимаются проблемы усталостной прочности, статической выносливости и отчасти ползучести.
Технический титан из-за недостаточно высокой теплопрочности не пригоден для применення в авиации, но благодаря исключительно высокому сопротивлению коррозии в ряде случаев незаменим в химической промышленности и судостроении. Так его применяют при изготовлении компрессоров и насосов для перекачки таких агрессивных сред, как серная и соляная кислота и их соли, трубопроводов, запорной арматуры, автоклав, различного рода емкостей, фильтров и т. п. Только титан обладает коррозионной стойкостью в таких средах, как влажный хлор, водные и кислые растворы хлора, поэтому из данного металла изготовляют оборудование для хлорной промышленности. Из титана делают теплообменникн, работающие в коррозионно активных средах, например в азотной кислоте (не дымящей). В судостоении титан используется для изготовления гребных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д. На титан и его сплавы не налипают ракушки, которые резко повышают сопротивление судна при его движении.
Титановые сплавы перспективны для использования во многих других применениях, но их распространение в технике сдерживается высокой стоимостью и дефицитностью титана.
Соединения титана также получили широкое применение в различных отраслях промышленности. Карбид титана обладает высокой твердостью и применяется в производстве режущих инструментов и абразивных материалов. Белый диоксид титана (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности. Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки. Диборид титана — важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов. Нитрид титана применяется для покрытия инструментов.
Таблица 2.2.1 – Марки и химический состав титана и сплавов
| Стандарт | Марка | Основа % | ДР. % | Средн. содержание примес. и посадок % не более |
| ТИТАН ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ОСТ 1.90013-81 ТИТАН И ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ ГОСТ 19807-91 | ВТ1-00 | Ti осн. | Аl-0,3. Fе-0,15. Si-0,08. С-0,05. N-0,03. Н-0,003. O-0.12 Прочих примесей - 0,10 (включая Ni+Сu-0,10. Ni-0,08. Cr+Mn-0,01) | |
| СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ГОСТ 27265-87 | ВТ1-00св | Ti 99,6 | Аl-0,2. Fe-0,15. Si-0,08. С-0,05. N-0,03. Н-0,003. О-0.12. Прочих примесей - 0,10 | |
| ТИТАН ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ОСТ 1.90013-81 ТИТАН И ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ ГОСТ 19807-91 | ВТ1-0 | Ti осн. | Аl-0,7. Fе-0,25. Si-0,10. С-0,07. N-0,04. 0-0,20. Н-0,010. Прочих примесей-0,30 (включая Ni+Сu-0,10. Ni-0,08. Cr+Mn-0,01.) | |
| ТИТАН И ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ ГОСТ 19807-91 ОСТ1-90013-81 | ВТ3-1 | Ti осн. | Аl 5,5-7,0(для лопаток А1 до 6,8). Мо 2,0-3,0. Сr 0,8-2,0. Si 0,15-0,4. Fе 0,2-0,7. | Zr-0.50. С-0,10. N-0,05. Н-0,015. O-0,15. Прочих примесей - 0,30 |
| ТИТАН И ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ ГОСТ 19807-91 ОСТ1-90013-81 | ВТ5 | Ti осн. | Аl 4,5-6,2. Мо-0,8. V меньше 1,2. Zr-0,30. Fe-0,30. Si-0,12 | C-0,10. N-0,05. H-0,015. O-0,20. Прочих примесей - 0,30 (включая Ni+Cu-0,10. Ni-0,08. Cr+Mn-0,01) |
Таблица 2.2.1 – Содержание в соединениях тугоплавких металлов в %
| Формула | Название соединения | Молекулярный вес | % |
| TiC | Карбид титана | 59,91 | 79,95 |
| TiCl4 | Четыреххлористый титан | 189,73 | 25,25 |
| Ti02 | Двуокись титана (анатаз, рутил) | 79,90 | 59,95 |
Таблица 2.2.1 – Стандарты тугоплавких металлов
| Ti | ГОСТ 27265-87 | СВАРОЧНАЯ ТИТАНОВАЯ ПРОВОЛОКА.ВТсв, ОТсв |
| Ti | ОСТ1 92020-72 | ПРУТКИ ПРЕССОВАННЫЕ ТИТАНОВЫЕ ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6 |
| Ti | ОСТ1 92077-91 | Сплавы титановые. Марки |
| Ti | ОСТ1. 90013-81 | Сплавы титановые. Марки ВТ1-00, ВТ1-0 |
| Ti | ОСТ1. 90015-71 | ПРОВОЛОКА ТИТАНОВАЯВТ1-00 |
| Ti | ОСТ1. 90050-72 | ТРУБЫ ТИТАНОВЫЕ ВТ1-00, ВТ1-0 |
| Ti | ОСТ1. 90173-75 | ПРУТКИ КАТАННЫЕ ТИТАНОВЫЕ ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6 |
| Ti | ОСТ1. 90218-76 | ЛИСТЫ ТИТАНОВЫЕ ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ1-5,ВТ6 |