Оценки и применение титановых и титановых сплавов в аэрокосмической промышленности

4.β сплав и его применение

Бета -сплав - самая высокая сила титановых сплавов, прочность на растяжение до 1240 МПа. После быстрого охлаждения 100% метастабильной β -фазы можно сохранить при комнатной температуре. Используя различную температуру и время старения, можно контролировать размер и доля осаждения α -фазы в матрице сплава β температура и время старения.

За некоторыми исключениями, бета-сплавы не используются для высокотемпературных применений, потому что, в целом, бета-сплавы снижаются в силе быстрее, чем сплавы в ближней альфа и α+ с повышенной температурой и не имеют одинакового сопротивления ползучести альфа -сплавы.

Бета -сплав в основном используется для конструктивных деталей с высокими требованиями, такими как авиационное снаряжение, начиная с Boeing 777, и применяется в ряде новых крупных коммерческих самолетов. Другие компоненты, используемые в бета -сплаве, на 777 и 787, включают в себя рельсы с клапанами, пружины, стойки APU, пожарные резервуары, зажимы и кронштейны и выхлопные трубы.

Бета-сплавы, используемые в авиации, включают Ti-10V-2FE-3AL, TI-5AL-5MO-5V-3CR, TI-15V-3CR-3AL-3SN, TI-6AL-2SN-4ZR-6MO, TI-5AL-2SN -2ZR-4MO-4CR, TI-3AL-8V-6CR-4MO-4ZR, TI-35V-15CR и TI-15MO-2,7NB-3AL-0.2SI.

(1) TI-10V-2FE-3AL (TI-10-2-3). Сплава TI-10V-2FE-3AL (TI-10-2-3) является высокой силой возле бета-сплава, совместно разработанной американской компанией Timet Company, Boeing Company и Wyman-Gordon в 1970-х годах. Он был успешно применен к ключевым конструкционным частям, таким как основной подшипник, крыло и вал шасси с самолетами. После испытаний на Boeing 757 сплав был официально одобрен для использования в шасси Boeing 777, как показано на рисунке 3. С тех пор Airbus также использовал TI-10-2-3 в качестве шасси на своем A380 самолет.

(2) TI-5AL-5MO-5V-3CR (TI-5553). Сплав TI-5553-это новый высокопрочный и высокий рост вблизи β-титанового сплава, совместно разработанного российским верхним сарда (VSMPO) и европейской компанией Airbus, его номинальная состав-TI-5AL-5MO-5V-3CR-1ZR, который является немного выше, чем прочность сплава Ti-10-2-3 (около 1240 МПа). После термической обработки прочность на растяжение может превышать 1500 МПа, с определенными преимуществами производительности обработки и лучшей устойчивостью. Он особенно подходит для изготовления крупных компонентов подшипника, таких как штуки крыла/вешалки, шасси/шарнирные соединения и части шасси. Сплав TI-5553 используется для большинства частей шасси нового самолета Boeing 787, а также используется для частей шасси Airbus A350-1000.

(3) TI-15V-3CR-3SN-3AL (TI-15-3-3-3). TI-15-3-3-3-это метастабильный титановый сплав β-типа, разработанный в Соединенных Штатах в 1970-х годах. После обработки при 800 ℃ 30minac+540 ℃ 8hac прочность на растяжение при комнатной температуре достигла 1100 МПа, а удлинение все еще превышало 9%. Сплав обладает отличной пластичностью сжатия, холодной формируемости и сварщиками и является идеальным материалом для авиационных компонентов. В основном он используется в качестве структурных деталей фюзеляжа и авиационных крепеж, а также может использоваться для изготовления пружин, как показано на рисунке 4. Использование бета -титана вместо стальных пружин может достичь снижения веса на 70%.

(4) TI-6AL-2SN-4ZR-6MO (TI-6-2-4-6). Titanium 6246 - это высокий температурный сплав с высокой температурой, разработанный Time в 1960 -х годах, с высокой температурной сопротивлением (с использованием температуры при 420 ° C), хорошей прочности, коррозионной стойкостью, сварки и обработки. Сила усталости с низким циклом сплава после старения раствора или двойного отжига, очевидно, выше, чем у соответствующего сплава Ti-6AL-4V, и имеет более высокую прочность на ползучесть и мгновенную прочность на сплаве титана, которую можно использовать для производства Компрессорные диски турбинного двигателя и лезвия.

(5) TI-5AL-2SN-2ZR-4MO-4CR (TI-17). TI-17 является компанией General Electric в США в начале 1970-х годов начала исследовать и разработать сплав β-типа, высокую прочность, хорошую прочность, при комнатной температурной силе 1137 ~ 1166 МПа, прочность на растяжение 1196 ~ 1235 МПа, удлинение более 8%. В то же время он имеет хороший рост трещин/устойчивость к усталости и вязкость переломов. В основном он используется для некоторого недавно разработанного диска вентилятора с большим самолетом и диска давления воздуха с высокими требованиями. Компания США General Electric и Wyman Gordon Company использовала сплав TI-17 для изготовления двигателя диска и стержня-зажима вертолета. Япония Kobe Steel также начала развивать сплав и используется при изготовлении дисков двигателя.

(6) TI-3AL-8V-6CR-4MO-4ZR (β-C). β-C-это метастабильный сплав с β-титанием, разработанный RMI в 1969 году. Сплав содержит более твердый раствор, прочность на растяжение может достигать 1240 МПа из-за высокой прочности, его пластикового и допуска по утратам (прочность на перелом и скорость роста трещин усталости)). ниже, чем α+β-сплав, поэтому он обычно не используется в критических компонентах с нагрузкой, обычно используемыми в качестве авиационных пружин, крепежных элементов, разъемов и ракетных компонентов.

Исследование показывает, что добавление небольшого количества C (0,1%) к β-C и проведение определенной холодной деформации перед старением может ускорить осаждение α-фазы во время старения, уменьшить образование границы зерна α (GB-α) и и и Содействовать уточнению зерна и поддерживайте хорошую пластичность при получении прочности до 1500 МПа.

(7) TI-35V-15CR (сплав C). Существует только один настоящий (стабильный) бета-сплав с ограниченным коммерческим применением, сплав C, номинально TI-35V-15CR-0,05C, изготовленная Pratt and Whitney, Inc., одной из двух крупнейших компаний по производству авиационных двигателей в Соединенных Штатах) развитый. Из-за высокого содержания β-стабилизированного сплава сплав C не разлагает β-фазу в α+β-фазу при температуре обслуживания, как это делают нормальные β-сплавы. Сплава имеет растягивающее свойство 1071 МПа при комнатной температуре, прочность урожая 1023 МПа, удлинение 14,7 и температуру ползучей Свойства защиты (не снятие). Другие титановые сплавы будут гореть при высокой скорости массового потока (например, воздушный поток реактивного двигателя), а «топливо» для сгорания - это титан и алюминий, которые необходимы практически во всех титановых сплавах.

(8) T I-1 5 M O-2,7 N B-3 Al-0,2 S I (β-21 1 с). β-21S (TI-15MO-2,7NB-3AL-0,2SI) представляет собой новую ультра-высокую силу β-сплав, разработанный TIMET. Сплава имеет высокую прочность и хорошую пластичность, а благодаря термической обработке, старению до очень высокого уровня прочности (прочность на растяжение> 1450 МПа), пластичность все еще поддерживается на уровне TI-1023. β-21s обладает значительными антиоксидантными свойствами во время обработки и использования, что делает его более подходящим для обработки в тонкие листы. β-21 могут выдерживать более высокие температуры, чем другие β-сплавы, а долгосрочная рабочая температура может достигать 540 ℃.

Из-за лучшей устойчивости к высоким температурам этот сплав может использоваться в качестве аэро-двигателя хвостовых позвонков, как показано на рисунке 5, где сопло подвергается воздействию выхлопа двигателя. Замена сплава на основе никеля β-21 может значительно снизить вес сопла и хвостовых позвонков.

Перерация

Анализ американских и европейских аэрокосмических титановых и титановых сплавов показывает, что в последние годы высокотемпературный титановый сплав, низкотемпература титанового сплава, высокая прочность и высокая вязкость β -титановые сплавы, пламя титанового сплава и толерант на ущерб широко использовался в аэрокосмической области, представляющая направление развития высокопроизводительных материалов титанового сплава.

(1) Высокий титановый сплав. Высокотемпературные титановые сплавы, разработанные в 1950-х годах, представлены сплавом TI-6AL-4V, разработанным в Соединенных Штатах, который адаптирован к температуре 300-350 ° С. Тип α, представленная TI-6-2-4-2S и TI-1100, разработанным в Соединенных Штатах, IMI834, разработанный в Соединенном Королевстве, и BT-36, разработанный в России, а температура достигает 600 ℃. Высокие температурные титановые сплавы широко использовались в аэро -двигателях из -за их превосходной тепловой прочности и высокой удельной прочности. Другим тенденцией развития высокотемпературных титановых сплавов является титановый алюминиевый сплав, то есть интерметаллические соединения Ti3Al (α2) и Tial (ϒ), основанные на титановом и алюминиевом, из которых ϒ сплав обладает высокой температурной устойчивостью 725 ℃. Титановый алюминиевый сплав стал наиболее конкурентоспособным материалом для будущих авиационных двигателей и структурных деталей самолетов.

(2) Низкий температурный титановый сплав. Некоторые титановые и титановые сплавы могут сохранить свои оригинальные механические свойства при низких и сверхнизких температурах. Исследования низкотемпературных титановых сплавов в Соединенных Штатах в основном сосредоточены на α-типа Ti-5AL-2,5SN ELI и α+β-типа TI-6AL-4V ELI. Сокращая содержание прерывистых элементов, два титановых сплавов сохраняют хорошую силу и прочность при чрезвычайно низкой температуре 20 тысяч. Используется в криогенных сосудах, криогенных трубах и ракетном двигателе.

(3) Высокий титановый сплав. Высокие титановые сплавы обычно относятся к титановым сплавам с прочностью растяжения выше 1000 МПа, а иностранные высокопрочные титановые сплавы в основном развиваются в Соединенных Штатах и ​​России. Бета-сплав является самым сильным титановым сплавом, в настоящее время представляющий международный усовершенствованный уровень и в области авиации для получения практического применения высокопрочного титанового сплава в основном β-типа TI-15-3-3-3 и β-21S, Россия TI-5-5-5-3-1 и т. Д. Он используется в основном для конструктивных деталей с высокими прочностными требованиями, такими как авиационные шасси и детали фюзеляжа.

(4) Пламенный сплав титана. Чтобы решить проблему «сжигания титана» титановых сплавных материалов для авиационных двигателей, чтобы удовлетворить потребности двигателей с высоким уровнем отношения к весу, Соединенные Штаты и Россия выполнили разработку пламенных сплавов титана с 1970-х годов. Огнометирующий титановый сплав в основном включает в себя две системы сплавов: сплав системы Ti-V-C-CR в Соединенных Штатах C (T-35V-15CR); Русская серия Ti-Cu-Al-BTT-1 и BTT-3. [3] Сплав C-это стабильный титановый сплав титана с высокой комнатой и высокой силой, хорошей прочностью ползучести, отличной силой усталости и образованием холода, который был успешно применен к корпусу компрессора высокого давления, направляющем лезвии и векторе. Хвостовая насадка двигателя F119.

Уход за ущерб титаново сплав. Чтобы соответствовать требованиям нового самолета в отношении конкретной силы материала, устойчивости к усталости, роста трещин, выносливости перелома, стоимости жизненного цикла и других комплексных свойств, сплава титана с устойчивостью к повреждению с высокой вязкостью перелома и низкой скоростью роста трещин были разработаны за границей. Он представлен α+β-сплавами TI-6AL-4V ELI и TI-6-2-2-2-2S, разработанными в Соединенных Штатах. ELI TI-6AL-4V-это титановый сплав в средней силе, а TI-6-2-2-2-2-2S-это титановый сплав с высокой силой, который широко использовался в истребителях F-22 в Jets в Соединенные Штаты.