Titánötvözetek jellemzőinek fejlesztése és alkalmazása repülési célokra

A titán 1940-es évekbeli ipari gyártása óta széles körben alkalmazzák a repülőgépiparban, a hadiiparban, a tengerészetben nagy szilárdsága, jó korrózióállósága, nem mágneses, jó hegesztési teljesítménye és egyéb előnyei, valamint szupravezető képessége, memória és egyéb előnyök. A fejlesztés, a petrolkémia, az energiatermelés, a szupravezetés stb. területén a "Mindenható fém", a "Marine Metal", a "Third Metal", a "Modern Metal" és így tovább a hírneve. A titán kiváló tulajdonságainak folyamatos feltárásával alkalmazási köre továbbra is bővül, és az acél és az alumínium után a harmadik szerkezeti fém lesz. Tekintettel a titánnak a honvédelemben, a repülésben, a csúcstechnológiában és más területeken betöltött fontos szerepére, az Egyesült Államok, Oroszország, Nagy-Britannia, Franciaország és más katonai hatalmak, valamint Japán és más országok nagyra értékelték, és a listán is szerepel. század stratégiai jelentőségű kulcsfontosságú szerkezeti fémje. A titán tudományának és technológiájának fejlődése, beleértve az új ötvözetek, új olvasztási technológiák és alkalmazási technológiák fejlesztését, gyors változásokon megy keresztül. A kínai titánipar közel 40 éve hullámvölgyön megy keresztül. Az állam támogatásával nagy előrelépést tett, és létrehozta saját független titánipari rendszerét. 2000-ben Kína 1751 tonna titánszivacsot és 2206 tonna titán feldolgozott anyagot állított elő. 2008-ban Kína 49 632 tonna titánszivacsot állított elő, ami 8 év alatt 27,3-szoros növekedést jelent. 2008-ban Kína 27 737 tonna titán feldolgozott anyagot állított elő, ami 11,6-szoros növekedést jelent. alkalommal.

A titánötvözet alapanyagok magas ára miatt a külföldön lévő titánanyagok 70 százalékát -80 százalékát a repülési és űripari iparban használják fel. A titánötvözetek iránti kereslet hazám repülési és űrrepülési területén is különösen nagy. Jelenleg az én hazámban a fejlesztés alatt álló fejlett repülőgépekben használt titánötvözetek aránya körülbelül 10 százalék -12 százalék , a katonai repülőgépekben használt titán aránya magasabb, körülbelül 20 százalék -30 százalék, és a katonai repülőgép-hajtóművekben használt titán aránya meghaladja a 30 százalékot. . Az új rakétákban és rakétákban felhasznált titán mennyisége is növekszik.

Ez a cikk elsősorban a titán kutatásának és alkalmazásának előrehaladását foglalja össze a légiközlekedés és az űrkutatás területén az Egyesült Államokban, Oroszországban, Nagy-Britanniában, Japánban és Kínában, amely referenciaként szolgálhat hazám titániparának alkalmazásához és fejlesztéséhez a légi közlekedésben. és repülési területeken.

Ahogy a repülőgépek tervezési koncepciója fokozatosan változik a múltban a pusztán statikus szilárdságról a biztonságos ---élettartam, sérülés---biztonságra, és egészen a modern sérüléstűrő tervezési koncepcióig, a fejlett titánötvözet anyagok fokozatosan a magas fokú felé haladnak. törési szívósság és alacsony repedésterjedés. Sérüléstűrő titánötvözetek aránya. Jelenleg a külföldi fejlett országok élen járnak az új sérüléstűrő titánötvözet anyagok kifejlesztésében és fejlett repülőgépekben való alkalmazásában, különösen, mint a közepes szilárdságú Ti-6Al-4VELI és a magas -szilárdságú Ti-6-222s stb. Sikeresen alkalmazták új generációs repülőgépeken, mint például az amerikai F-22, F-35 és C-17. Nagymértékben javítja a repülőgép élettartamát és harci hatékonyságát. A repülőgép-tervezési koncepciók fejlődésével a titánötvözet szerkezetek sérüléstűrő tervezési ötletei is figyelmet kaptak hazámban. A "tizedik ötéves terv" óta országom önállóan fejlesztette ki a TC4-DT közepes szilárdságú és nagy szilárdságú, sérüléstűrő titánötvözetet és a TC21 nagy szilárdságú és nagy szilárdságú, sérüléstűrő titánötvözetet, és megalapozta a sérüléstűrő titánötvözet megmunkálását. technológiát, amely lefektette az anyagfelhasználási technológia alapjait az új repülőgépek fejlesztéséhez hazámban. A repülési és űrrepülési szerkezetek titánötvözeteinek fejlesztési igényeinek kielégítése érdekében országom önállóan fejlesztett kis szilárdságú és nagy szilárdságú huzal-titánötvözetek (NiTi) és csőötvözetek (TA18), 1300 MPa-2000Mpa sorozatú ultra -nagyszilárdságú titánötvözetek (TB8, TB9, TB20) stb., kezdetben új, kínai jellemzőkkel rendelkező titánötvözet-anyagrendszert alakítottak ki repülőgép-szerkezetekhez, valamint létrejött a titánötvözetek új generációja a légi és űrhajózási szerkezetekhez. A konkrét teljesítményt az 1. táblázat mutatja

A tipikus szerkezeti titánötvözetek főbb műszaki mutatói

A Ti-6Al-4V (TC4) egy közepes szilárdságú titánötvözet, amelyet az 1960-as évek elején fejlesztettek ki. Kiváló átfogó tulajdonságokkal rendelkezik, és univerzális ötvözetként ismert. Ez a legkorábbi és legszélesebb körben használt általános célú ötvözet a repülési és űrhajózási szerkezetekhez. Titánötvözetek, beleértve a lemezeket, rudakat és kovácsolt anyagokat stb. Az ötvözet jó hegesztési és megmunkálhatósági tulajdonságokkal rendelkezik, a finomszemcsés ötvözet pedig szuperplasztikus, és összetett alkatrészek állíthatók elő szuperplasztikus alakítás/diffúziós kötés (SPF/DB) kombinált eljárásával ). A nagy szilárdságú szerkezeti titánötvözetek általában 1000 MPa-nál nagyobb szakítószilárdságú ötvözeteket jelentenek. Jelenleg a nemzetközi haladó szintet képviselő nagyszilárdságú titánötvözetek, amelyeket gyakorlatilag repülőgépekben használtak, főként a metastabil típusú Ti-15-3, 21S, a közel típusú Ti-1023 és {{16 }}típusú kétfázisú titánötvözet BT22. Ha nagy szilárdságú szerkezeti titánötvözetet használnak a repülőgép-szerkezetekben általánosan használt 30CrMnSiA nagy szilárdságú szerkezeti acél helyett, a tömeg több mint 20 százalékkal csökkenthető.

A Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) egy nagy szilárdságú, nagy szilárdságú, sérüléstűrő kétfázisú. az 1970-es években kifejlesztett titánötvözet. A termomechanikus kezelést követően az ötvözet előnyei a nagy szilárdság, a jó sérüléstűrés és a kifáradásos repedések növekedésével szembeni kiváló ellenállás, valamint nagy szilárdságú és nagy szilárdságú teherhordó alkatrészek gyártására alkalmas. Si elem hozzáadásával az ötvözet nagy szilárdságot tart fenn közepes hőmérsékleten, ami jobb, mint a Ti-6Al-4V. Az ötvözetlemez szobahőmérsékleten szuperplasztikusan alakítható ki.

A Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) egy nagy szilárdságú, nagy szilárdságú, közel béta-titánötvözet, amelyet az 1970-es évek végén fejlesztettek ki. Az ötvözet előnye a nagy fajlagos szilárdság, a jó törési szilárdság, a nagy keményedési terület, a kis anizotrópia, a jó kovácsolási teljesítmény és az erős korrózióállóság, valamint számos előnye van a veszteség nélkül metastabil titánötvözetnek - titánötvözet. A szilárd megoldás jellemzői megfelelnek a sérüléstűrő tervezés és a magas szerkezeti hatékonyság, a nagy megbízhatóság és az alacsony költség követelményeinek. A maximális üzemi hőmérséklet 320 fok. Ennek az ötvözetnek a fő termékei a rudak, kovácsolt anyagok, vastag lemezek és profilok. Oldatosítással és öregítési hőkezeléssel a szilárdság, a plaszticitás és a törési szívósság jó párosítása érhető el, és alkalmas magas szilárdsági és törési szilárdsági követelményeket támasztó szerkezeti elemek gyártására. Kiváló szívósság és alacsony repedésnövekedési sebesség érhető el termomechanikus kezeléssel, amely alkalmas a magas törési szívósságigényű szerkezetekhez.