Desenvolupament i aplicació de característiques dels aliatges de titani per a l'aeronàutica

Des de la producció industrialitzada de titani a la dècada de 1940, s'ha utilitzat àmpliament a la indústria aeroespacial, militar, marina a causa de la seva alta resistència, bona resistència a la corrosió, no magnètic, bon rendiment de soldadura i altres avantatges, així com superconductivitat, memòria i altres avantatges. En els camps del desenvolupament, petroquímica, generació d'energia, superconductivitat, etc., té la reputació de "metall totpoderós", "metall marí", "tercer metall", "metall modern" i així successivament. Amb l'exploració contínua de les excel·lents propietats del titani, el seu àmbit d'aplicació encara s'està expandint i es convertirà en el tercer metall estructural després de l'acer i l'alumini. Tenint en compte l'important paper del titani en la defensa nacional, l'aviació, l'alta tecnologia i altres camps, ha estat molt valorat pels Estats Units, Rússia, Gran Bretanya, França i altres potències militars i el Japó i altres països, i figura com a metall estructural clau amb importància estratègica al segle XXI. El desenvolupament de la ciència i la tecnologia del titani, inclosos nous aliatges, noves tecnologies de fusió i tecnologies d'aplicació, està experimentant canvis ràpids. La indústria del titani de la Xina ha experimentat alts i baixos durant gairebé 40 anys. Amb el suport de l'estat, ha avançat molt i ha establert el seu propi sistema independent de la indústria del titani. L'any 2000, la Xina va produir 1.751 tones d'esponja de titani i 2.206 tones de materials processats de titani. El 2008, la Xina va produir 49.632 tones d'esponja de titani, un augment de 27,3 vegades en 8 anys. El 2008, la Xina va produir 27.737 tones de materials processats amb titani, un augment d'11,6 vegades. vegades.

A causa de l'alt cost de les matèries primeres d'aliatge de titani, el 70% -80% dels materials de titani a l'estranger s'utilitzen a les indústries de l'aviació i l'aeroespacial. La demanda d'aliatges de titani en els camps de l'aviació i aeroespacial del meu país també és especialment gran. Actualment, la proporció d'aliatges de titani utilitzats en avions avançats en desenvolupament al meu país és d'un 10 per cent -12 per cent, la proporció de titani utilitzat en avions militars és més alta, al voltant d'un 20 per cent -30 per cent i la proporció de titani utilitzat en motors d'avions militars és superior al 30 per cent. . La quantitat de titani utilitzat en nous coets i míssils també està augmentant.

Aquest article resumeix principalment el progrés de la investigació i aplicació del titani en els camps de l'aviació i l'aeroespacial als Estats Units, Rússia, Gran Bretanya, Japó i la Xina, que pot servir de referència per a l'aplicació i desenvolupament de la indústria del titani del meu país en l'aviació. i camps aeroespacials.

A mesura que el concepte de disseny de l'aeronau canvia gradualment de la força estàtica pura en el passat a la seguretat---durada de la vida, danys---seguretat, i fins al concepte de disseny modern de tolerància a danys, els materials d'aliatge de titani avançats s'estan avançant gradualment cap a un alt nivell. tenacitat a la fractura i baixa propagació d'esquerdes. Taxa d'aliatges de titani tolerants a danys. Actualment, els països desenvolupats estrangers han estat a l'avantguarda en el desenvolupament de nous materials d'aliatge de titani tolerants a danys i la seva aplicació en avions avançats, especialment com ara Ti-6Al-4VELI de resistència mitjana i alta -strength Ti-6-222s, etc. S'ha utilitzat amb èxit en avions de nova generació com els americans F-22, F{-35 i C-17. Millora molt la vida útil i l'eficàcia de combat de l'avió. Amb el desenvolupament dels conceptes de disseny d'avions, les idees de disseny de tolerància a danys de les estructures d'aliatge de titani també han començat a rebre atenció al meu país. Des del "Desè Pla quinquennal", el meu país ha desenvolupat de manera independent TC4-DT aliatge de titani tolerant a danys de resistència mitjana i alta tenacitat i aliatge de titani tolerant a danys d'alta resistència i alta tenacitat TC21, i va establir el mecanitzat d'aliatge de titani tolerant a danys. tecnologia, que ha establert les bases de la tecnologia d'aplicació de materials per al desenvolupament de nous avions al meu país. Per tal de satisfer les necessitats de desenvolupament d'aliatges de titani per a estructures aeronàutiques i aeroespacials, el meu país ha desenvolupat de manera independent aliatges de titani de filferro de baixa resistència i alta tenacitat (NiTi) i aliatges de canonades (TA18), 1300MPa-2000Mpa sèrie ultra -aliatges de titani d'alta resistència (TB8, TB9, TB20), etc., s'ha format inicialment un nou sistema de material d'aliatge de titani amb característiques xineses per a estructures d'avions i s'ha establert una nova generació d'aliatges de titani per a estructures d'aviació i aeroespacial. El rendiment específic es mostra a la taula 1

Principals indicadors tècnics dels aliatges estructurals típics de titani

Ti-6Al-4V (TC4) és un aliatge de titani de resistència mitjana desenvolupat a principis dels anys 60. Té excel·lents propietats integrals i es coneix com un aliatge universal. És l'aliatge de propòsit general més primerenc i més utilitzat per a estructures aeronàutiques i aeroespacials. Aliatges de titani, incloses plaques, barres i forja, etc. L'aliatge té bones propietats de soldadura i mecanització, i l'aliatge de gra fi té superplasticitat i es poden fabricar components complexos mitjançant el procés combinat de formació/difusió de superplàstics (SPF/DB). ). Els aliatges estructurals de titani d'alta resistència es refereixen generalment a aliatges amb una resistència a la tracció de més de 1000 MPa. Actualment, els aliatges de titani d'alta resistència que representen el nivell avançat internacional i que s'han utilitzat pràcticament en aeronaus inclouen principalment aliatges de tipus metaestables Ti-15-3, 21S, aliatges de tipus proper Ti-1023 i {{16 }}Tipus d'aliatge de titani bifàsic BT22. L'ús d'un aliatge de titani estructural d'alta resistència per substituir l'acer estructural d'alta resistència 30CrMnSiA que s'utilitza habitualment en estructures d'avions pot reduir el pes en més d'un 20 per cent.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) és un bifàsic d'alta resistència, alta tenacitat i tolerant a danys. aliatge de titani desenvolupat a la dècada de 1970. Després del tractament termomecànic, l'aliatge té els avantatges d'una alta resistència, una bona tolerància al dany i una excel·lent resistència al creixement de les esquerdes per fatiga, i és adequat per a la fabricació de components de suport de càrrega d'alta resistència i alta tenacitat. En afegir l'element Si, l'aliatge manté una alta resistència a temperatura mitjana, que és millor que Ti-6Al{-4V. La làmina d'aliatge es pot formar superplàsticament a temperatura ambient.

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) és un aliatge de titani gairebé beta d'alta resistència i alta tenacitat desenvolupat a finals de la dècada de 1970. L'aliatge té els avantatges d'una alta resistència específica, una bona tenacitat a la fractura, una gran àrea d'enduriment, una petita anisotropia, un bon rendiment de forja i una forta resistència a la corrosió, i té molts avantatges de l'aliatge de titani metaestable sense perdre - aliatge de titani. Les característiques de la solució sòlida poden complir els requisits de disseny de tolerància a danys i alta eficiència estructural, alta fiabilitat i baix cost. La temperatura màxima de treball és de 320 graus. Els principals productes d'aquest aliatge són barres, forja, plaques gruixudes i perfils. Mitjançant la solució i el tractament tèrmic d'envelliment, es pot aconseguir una bona combinació de resistència, plasticitat i resistència a la fractura, i és adequat per a la fabricació de peces estructurals amb alts requisits de resistència i tenacitat a la fractura. Es pot obtenir una resistència excel·lent i una baixa taxa de creixement d'esquerdes mitjançant un tractament termomecànic, que és adequat per a estructures amb requisits elevats de tenacitat a la fractura.