Оценки и применение титановых и титановых сплавов в аэрокосмической промышленности

1.α сплавы включают коммерчески чистый титан (CP) и титановые сплавы, содержащие только α-стабильные элементы и/или нейтральные элементы.

1.1 Промышленный чистый титан

Промышленный чистый титан в основном состоит из α-фазы с тесно упакованными гексагональными кристаллами (HCP), в то время как из-за остаточных примесей из губчатого титанового сырья или искусственного добавления элементов Fe, промышленный чистый титан также содержит небольшое количество (<5% ) β-фаза, в соответствии с прочностью растяжения в соответствии с 240-550 МПа, разделенными на 4 класса (G1, G2, G3 и G4 в стандартах ASTM), чем выше степень, тем выше концентрация кислорода, которые могут играть в прерывистое укрепление твердого раствора, поэтому, тем больше Чем выше сила. аэрокосмический титан

Титан CP в основном используется в областях, которые требуют хорошей коррозионной устойчивости и сварки, но не имеют высоких требований. В авиационном поле CP титан используется в основном в пробирках для нагрева воздуха для систем Dearing Lead Edge, в трубах системы управления окружающей средой, гидравлических труб и различных устройств зажима и опор.

1.2 Титановый сплав Ti-5Al-2,5Sneli

Другой класс титановых сплавов α-типа содержит α-стабильный элемент Al и элемент нейтрального сплава SN, чтобы получить более высокую силу, чем CP. Наиболее распространенные титановые сплавы α-типа в авиационном поле включают ELI TI-5AL-2,5SN (очень низкий промежуточный интервал, ультра-низкий интервал), разработанный Россией и Соединенными Штатами, а российский бренд-BT5-1. Основываясь на общем сплаве титанового сплава Ti-5Al-2,5SN, сплав значительно улучшает свою силу и прочность при чрезвычайно низких температурах за счет снижения содержания прерывистых элементов и все еще имеет хорошую вязкость и низкую теплопроводность при низкой температуре 20K (-250 ℃). Условия, в основном используемые в низкотемпературных сосудах, низкотемпературных трубопроводах и рабочее колесо турбинного насоса жидкого ракетного двигателя.

2 почти альфа-титановый сплав и его применение

Эти сплавы в основном содержат AL, SN и ZR и небольшие количества (не более 2% по весу) с низким уровнем β-стабильных элементов, таких как MO или NB, V и SI (не более 0,5%). Добавление MO или NB может стабилизировать небольшое количество оставшейся β -фазы при комнатной температуре, чтобы играть определенную укрепляющую роль.

Титановые сплавы почти альфа не так сильны, как α+β или β-сплавы при комнатной температуре, но имеют превосходную устойчивость к высокой температуре, что особенно важно для высокотемпературных применений, поскольку они могут поддерживать достаточную прочность при высоких температурах.

Основные оценки почти альфа-титановых сплавов, наиболее часто используемых в аэрокосмической и авиационной промышленности, включают TI-3-2,5, TI-6-2-4-2S, TI-1100, IMI834 и BT-36.

(1) TI-3AL-2,5V (TI-3-2,5). TI-3AL-2,5V-это титановый сплав титана, почти альфа-типа, разработанный в Соединенных Штатах, который на 20-50% сильнее, чем чистый титан при комнатной температуре и высокой температуре, и подходит для гидравлических и систем топливных трубопроводов для самолетов и двигателей. Полем В Boeing TI-3-2,5 используется для всех гидравлических трубопроводов в самолете, за исключением гидравлических трубопроводов на шасси, который управляет основным шасси. Большое количество трубопроводов давления масла на космическом трансфеле оснащены бесшовными сплавными трубами TI-3AL-2,5 В, которые могут снизить вес трубопроводов на 40%.

(2) TI-6AL-2SN-4ZR-2MO-0,08SI (TI-6-2-4-2S). Из -за высокой прочности ползучести почти α титанового сплава лучше, чем α+β -сплав, в современных двигателях лопасти компрессора используют два титановых материала, используемых в самолетах, температура переднего лезвия ниже 300 ℃, материал - Ti Ti -6-4, остальная часть финальной стадии материала-это сплав с высоким ползуческим сплавом 6242 и титан 6246, можно использовать при 540 ℃. В 1970-х годах US RMI (Reactive Metals Inc) разработал сплав TI-6242S с температурой более 500 ℃, добавив элементы Si. Уточнив β -зерна, чтобы контролировать ацилярную структуру, достигается как усталостная сила, так и прочность на ползучести сплава, так что он обладает высокой прочностью, высокой жесткостью, сопротивлением ползучести и хорошей термостабильностью при 565 ℃ и широко используется в компонентах турбинного двигателя Полем На рисунке 2 показан ротор титанового компрессора 3-9.

(3) TI-1100 (TI-6AL-2,75 SN-4ZR-0.4MO-0.45SI-0.7O2-0.2FE). Ti-1100 почти α высокотемпературная титановый сплав является временем для удовлетворения потребностей новых аэро двигателей для высокотемпературного сплава с сплавом с высокой сопротивлением ползучесть Использование температуры может достигать 593 ℃, в настоящее время она используется в двигателе Lycoming T55-712.

(4) TI-5,8 AL-4SN-3,5ZR-0,5MO-0,7NB-0,35SI-0,06C (IMI834). IMI834-это суперплавление двигателя, разработанное Rolls-Royce (крупнейшая компания Aero Engine Company в Европе), и рабочая температура может достигать 600 ° С. в промышленное производство. 834 Сплав в основном используется в кольцах аэро двигателя, компрессорных дисках и лезвиях.

(5) TI-6.2AL-2SN-3,6ZR-0,7 MO-0.1y-5,0 W-0,15 Si (BT36). BT36-это титановый сплав с температурой 600-650 ℃ Успешно разработан в России в 1992 году. Сплав заменяет 1% NB на 5% высокую температуру плавления W на основе BT18Y. Добавление W значительно улучшает прочность, ползучесть и долговечность сплава при комнатной температуре и улучшает тепловую стабильность сплава.

3α +β -сплав и его применение

α+β -сплав, безусловно, является наиболее широко используемым титановым сплавом. Он имеет более высокое содержание (4-6%) бета-элементов, поэтому он имеет более высокое содержание бета-фазы, чем почти альфа-сплавы, и может получить более высокую прочность за счет термообработки. Основные механизмы укрепления включают удержание метастабильной β -фазы при комнатной температуре и образование мартенсита от исходной β -фазы путем гашения до комнатной температуры. При старении сплава, содержащего метастабильную β -фазу, в этом регионе может быть получена флофильная α, которая может увеличить прочность с максимально небольшим пластиковым потерей.

Наиболее часто используемым α+β-сплавом является Ti-6AL-4V (TI-6-4), другие α+β-сплавы для авиации включают TI-6AL-6V-2SN (TI-662), TI-6AL-2SN-2ZR -2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2-2S), TI-6AL-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2S), TI-6AL-6V-2SN (TI-662), TI-6AL-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2S), TI-6AL-6V-2SN (TI-6V-2SN), TI-6AL-2SN -2ZR-2MO-2CR-0.2SI. IMI550 (TI-4AL-2SN-4MO-0,5SI).

(1) TI-6AL-4V (TI-6-4). Ti-6-4 является наиболее широко используемым материалом титанового сплава, с хорошими комплексными свойствами, часто используемыми в отожженном состоянии, самая низкая прочность на растяжение 896 МПа (130 ккси). Ti-6-4-это теплопроводимый укрепленный титановый сплав с хорошей сварной способностью, формируемостью и коровьим свойствами. Это основной титановый сплав, используемый в структурных частях фюзеляжа, а также используется при изготовлении лопастей компрессора реактивного двигателя, полевых колес, шасси и конструкционных деталей, крепежных элементов, кронштейнов, авиационных аксессуаров, кадров, конструкций стрингера, трубопроводов.

(2) TI-6AL-6V-2SN (TI-662). Прочность на растяжение Ti-662 составляет 1030 млн. МП, прочность урожая составляет 970 МПа, прочность выше, чем Ti-6-4, превосходная коррозионная стойкость, сварка и производительность обработки средней, используется в фюзеляже самолетов, ракетном двигателе, компонентах ядерного реактора, В последние годы применение бурения нефти увеличилось.

(3) TI-6AL-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2-2S). Разработанный RMI в 1970-х годах, 6-2-2-2S обладает превосходной прочностью, вязкостью перелома, высокотемпературными свойствами, а также хорошей обрабатываемостью и сваркой для толстых конструктивных деталей. Используется для фюзеляжа, крыла, структуры двигателя. Сплав имеет высокую прочность, прочность 1068 МПа в отожженном состоянии, после укрепления раствора и старения, он может достигать максимальной прочности 1241 МПа, имеет большую допуск на ущерб и широко используется в истребительных структурных частях, таких как Объединенные Штаты ВВС F-22 Raptor Fighter.

(3) TI-4AL-2SN-4MO-0,5SI (IMI550). IMI550, разработанный Британской имперской металлической компанией (IMI), имеет прочность на растяжение 1100 МПа, прочность доходности 940 МПа и рабочую температуру 400 ℃ для деталей фюзеляжа и структурных конструкций двигателя. Впервые используемый в качестве резистентного сплава в двигателях Rolls Royce Pegasus и Olympus, он позже использовался в европейских гражданских и военных самолетах, таких как Jaguar, Tornado и Airbus.