Utveckling och tillämpning av egenskaper hos titanlegeringar för flyg- och rymdindustrin

Sedan den industrialiserade produktionen av titan på 1940-talet har det använts i stor utsträckning inom flyg-, militärindustri, marin på grund av dess höga hållfasthet, goda korrosionsbeständighet, icke-magnetiska, goda svetsprestanda och andra fördelar, såväl som supraledning, minne och andra fördelar. andra fördelar. Inom områdena utveckling, petrokemi, kraftgenerering, supraledning, etc., har den ryktet om "Almighty Metal", "Marine Metal", "Third Metal", "Modern Metal" och så vidare. Med den kontinuerliga utforskningen av titanets utmärkta egenskaper, expanderar dess tillämpningsområde fortfarande, och det kommer att bli den tredje strukturella metallen efter stål och aluminium. Med tanke på den viktiga roll titan spelar inom nationellt försvar, flyg, högteknologi och andra områden, har det värderats högt av USA, Ryssland, Storbritannien, Frankrike och andra militära makter och Japan och andra länder, och listat som en viktig strukturell metall med strategisk betydelse under 2000-talet. Utvecklingen av titanvetenskap och teknik, inklusive nya legeringar, ny smältteknik och applikationsteknik, genomgår snabba förändringar. Kinas titanindustri har upplevt upp- och nedgångar i nästan 40 år. Med stöd av staten har den gjort stora framsteg och etablerat ett eget oberoende titanindustrisystem. År 2000 producerade Kina 1 751 ton titansvamp och 2 206 ton titanbearbetade material. 2008 producerade Kina 49 632 ton titansvamp, en ökning med 27,3 gånger på 8 år. Under 2008 producerade Kina 27 737 ton titanbearbetade material, en ökning med 11,6 gånger. gånger.

På grund av de höga kostnaderna för titanlegeringsråmaterial används 70 procent -80 procent av titanlegeringsmaterial utomlands inom flyg- och flygindustrin. Efterfrågan på titanlegeringar inom mitt lands flyg- och rymdområden är också särskilt stor. För närvarande är andelen titanlegeringar som används i avancerade flygplan under utveckling i mitt land cirka 10 procent -12 procent, andelen titan som används i militära flygplan är högre, cirka 20 procent -30 procent, och andelen titan som används i militära flygmotorer är mer än 30 procent. . Mängden titan som används i nya raketer och missiler ökar också.

Denna artikel sammanfattar huvudsakligen framstegen inom forskning och tillämpning av titan inom flyg- och rymdområdet i USA, Ryssland, Storbritannien, Japan och Kina, vilket kan fungera som en referens för tillämpningen och utvecklingen av mitt lands titanindustri inom flyget och flygfält.

Eftersom designkonceptet för flygplan gradvis förändras från ren statisk styrka tidigare till säkerhets---livstid, skade---säkerhet, och fram till det moderna designkonceptet för skadetolerans, går avancerade titanlegeringsmaterial gradvis mot hög brottseghet och låg sprickutbredning. Graden av skadetoleranta titanlegeringar. För närvarande har utländska utvecklade länder legat i framkant när det gäller utvecklingen av nya skadetoleranta titanlegeringsmaterial och deras tillämpning i avancerade flygplan, särskilt som medelhållfast Ti-6Al-4VELI och hög -styrka Ti-6-222s, etc. Den har framgångsrikt använts i nya generationens flygplan som amerikanska F-22, F-35 och C-17. Förbättra flygplanets livslängd och stridseffektivitet avsevärt. Med utvecklingen av flygplansdesignkoncept har designidéerna för skadetolerans av titanlegeringsstrukturer också börjat uppmärksammas i mitt land. Sedan den "tionde femårsplanen" har mitt land självständigt utvecklat TC4-DT medelhållfast och hög seghet skadetolerant titanlegering och TC21 höghållfast och hög seghet skadetolerant titanlegering, och etablerat bearbetning av skadetolerant titanlegering. teknologi, som har lagt grunden för materialapplikationsteknologi för utveckling av nya flygplan i mitt land. För att möta utvecklingsbehoven för titanlegeringar för flyg- och rymdstrukturer har mitt land självständigt utvecklat låghållfasta och hög seghet trådtianlegeringar (NiTi) och rörlegeringar (TA18), 1300MPa-2000Mpa-serien ultra -höghållfasta titanlegeringar (TB8, TB9, TB20), etc., ett nytt materialsystem av titanlegering med kinesiska egenskaper för flygplansstrukturer har initialt bildats, och en ny generation titanlegeringar för flyg- och rymdkonstruktioner har etablerats. Den specifika prestandan visas i tabell 1

Huvudsakliga tekniska indikatorer för typiska strukturella titanlegeringar

Ti-6Al-4V (TC4) är en medelhållfast titanlegering som utvecklades i början av 1960-talet. Den har utmärkta omfattande egenskaper och är känd som en universallegering. Det är den tidigaste och mest använda generella legeringen för flyg- och rymdstrukturer. Titanlegeringar, inklusive plåtar, stänger och smide, etc. Legeringen har goda svets- och bearbetningsegenskaper, och den finkorniga legeringen har superplasticitet, och komplexa komponenter kan tillverkas genom den kombinerade processen av superplastisk formning/diffusionsbindning (SPF/DB) ). Höghållfasta strukturella titanlegeringar avser generellt legeringar med en draghållfasthet på mer än 1000 MPa. För närvarande inkluderar höghållfasta titanlegeringar som representerar den internationella avancerade nivån och som praktiskt har använts i flygplan huvudsakligen metastabila legeringar Ti-15-3, 21S, nästan-typ legering Ti-1023 och {{16 }}typ tvåfas titanlegering BT22. Att använda höghållfast strukturell titanlegering för att ersätta det 30CrMnSiA höghållfasta strukturella stålet som vanligtvis används i flygplanskonstruktioner kan minska vikten med mer än 20 procent.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) är en höghållfast, hög seghet, skadetolerant tvåfas titanlegering utvecklad på 1970-talet. Efter termomekanisk behandling har legeringen fördelarna med hög hållfasthet, god skadetolerans och utmärkt motståndskraft mot tillväxt av utmattningssprickor, och är lämplig för tillverkning av höghållfasta och hög seghet lastbärande komponenter. Genom att lägga till Si-element bibehåller legeringen hög hållfasthet vid medeltemperatur, vilket är bättre än Ti-6Al-4V. Legeringsplåten kan formas superplastiskt vid rumstemperatur.

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) är en höghållfast, hög seghet nära-beta titanlegering utvecklad i slutet av 1970-talet. Legeringen har fördelarna med hög specifik hållfasthet, bra brottseghet, stor härdningsarea, liten anisotropi, bra smidesprestanda och stark korrosionsbeständighet, och har många fördelar med en metastabil titanlegering utan att förlora - titanlegering. Den solida lösningens egenskaper kan uppfylla kraven på skadetoleransdesign och hög strukturell effektivitet, hög tillförlitlighet och låg kostnad. Den maximala arbetstemperaturen är 320 grader. Huvudprodukterna av denna legering är stänger, smide, tjocka plattor och profiler. Genom lösning och åldrande värmebehandling kan en bra matchning av hållfasthet, plasticitet och brottseghet uppnås och den är lämplig för tillverkning av konstruktionsdelar med höga krav på hållfasthet och brottseghet. Utmärkt seghet och låg spricktillväxthastighet kan erhållas genom termomekanisk behandling, som är lämplig för strukturer med höga brottseghetskrav.