Titano lydinių charakteristikų kūrimas ir taikymas aviacijai

Nuo pramoninės titano gamybos 1940-aisiais jis buvo plačiai naudojamas kosminėje erdvėje, karinėje pramonėje, jūrų pramonėje dėl didelio stiprumo, gero atsparumo korozijai, nemagnetinio, gero suvirinimo našumo ir kitų privalumų, taip pat superlaidumo, atminties ir kitų privalumų. Plėtros, naftos chemijos, energijos gamybos, superlaidumo ir kt. Srityse jis turi "Visagalio metalo", "Jūrų metalo", "Trečiojo metalo", "Šiuolaikinio metalo" ir pan. Nuolat tyrinėjant puikias titano savybes, jo taikymo sritis vis dar plečiasi ir taps trečiuoju konstrukciniu metalu po plieno ir aliuminio. Atsižvelgiant į svarbų titano vaidmenį nacionalinės gynybos, aviacijos, aukštųjų technologijų ir kitose srityse, jis buvo labai vertinamas JAV, Rusijos, Didžiosios Britanijos, Prancūzijos ir kitų karinių galių bei Japonijos ir kitų šalių ir įtrauktas į pagrindinį struktūrinį metalą, turintį strateginę reikšmę 21-ajame amžiuje. Titano mokslo ir technologijų plėtra, įskaitant naujus lydinius, naujas lydymosi technologijas ir taikymo technologijas, sparčiai keičiasi. Kinijos titano pramonė jau beveik 40 metų patiria pakilimų ir nuosmukių. Su valstybės parama ji padarė didelę pažangą ir sukūrė savo nepriklausomą titano pramonės sistemą. 2000 metais Kinija pagamino 1751 toną titano kempinės ir 2206 tonas titano perdirbtų medžiagų. 2008 metais Kinija pagamino 49 632 tonas titano kempinės, t. y. 27,3 karto daugiau nei per aštuonerius metus. 2008 metais Kinija pagamino 27 737 tonas perdirbtų titano medžiagų, t. y. 11,6 karto daugiau. Kartus.

Dėl didelių titano lydinio žaliavų kainų 70–80% titano medžiagų užsienyje naudojamos aviacijos ir kosmoso pramonėje. Titano lydinių paklausa mano šalies aviacijos ir kosmoso srityse taip pat yra ypač didelė. Šiuo metu titano lydinių, naudojamų mano šalyje kuriamuose pažangiuose orlaiviuose, dalis yra apie 10–12%, kariniuose orlaiviuose naudojamo titano dalis yra didesnė, apie 20%-30%, o titano dalis, naudojama kariniuose orlaivių varikliuose, yra daugiau nei 30%. . Titano, naudojamo naujose raketose ir raketose, kiekis taip pat didėja.

Šiame straipsnyje daugiausia apibendrinama titano mokslinių tyrimų ir taikymo pažanga jav, Rusijos, Didžiosios Britanijos, Japonijos ir Kinijos aviacijos ir kosmoso srityse, o tai gali būti nuoroda į mano šalies titano pramonės taikymą ir plėtrą aviacijos ir kosmoso srityse.

Kadangi orlaivio dizaino koncepcija palaipsniui keičiasi nuo gryno statinio stiprumo praeityje iki saugos---gyvenimiškumo, žalos--- saugumo ir iki šiuolaikinės žalos tolerancijos dizaino koncepcijos, pažangios titano lydinio medžiagos palaipsniui pereina prie didelio lūžio kietumo ir mažo įtrūkimų plitimo. Žalai atsparių titano lydinių greitis. Šiuo metu užsienio išsivysčiusios šalys buvo pirmaujančios kuriant naujas žaloms atsparias titano lydinio medžiagas ir jų taikymą pažangiuose orlaiviuose, ypač tokiuose kaip vidutinio stiprumo Ti-6Al-4VELI ir didelio stiprumo Ti-6-222 ir kt. Jis buvo sėkmingai naudojamas naujos kartos orlaiviuose, tokiuose kaip amerikiečių F-22, F-35 ir C-17. Labai pagerina orlaivio tarnavimo laiką ir kovos su efektyvumu. Plėtojant orlaivių projektavimo koncepcijas, titano lydinio konstrukcijų žalos tolerancijos dizaino idėjos taip pat pradėjo atkreipti dėmesį į mano šalį. Nuo "Dešimtojo penkerių metų plano" mano šalis savarankiškai sukūrė TC4-DT vidutinio stiprumo ir didelio kietumo pažeidimams atsparų titano lydinį ir TC21 didelio stiprumo ir didelio kietumo pažeidimams atsparų titano lydinio apdirbimą ir nustatė β pažeidimams atsparaus titano lydinio apdirbimą. technologija, kuri padėjo pamatus medžiagų taikymo technologijai kuriant naujus orlaivius mano šalyje. Siekiant patenkinti titano lydinių aviacijos ir kosmoso konstrukcijoms plėtros poreikius, mano šalis savarankiškai sukūrė mažo stiprumo ir didelio kietumo vielos titano lydinius (NiTi) ir vamzdžių lydinius (TA18), 1300MPa-2000Mpa serijos itin didelio stiprumo titano lydinius (TB8, TB9, TB20) ir kt., Iš pradžių buvo suformuota nauja titano lydinio medžiagų sistema su Kinijos savybėmis orlaivių konstrukcijoms, ir buvo sukurta naujos kartos titano lydiniai aviacijos ir kosmoso struktūroms. Konkretus našumas parodytas 1 lentelėje

Pagrindiniai tipinių konstrukcinių titano lydinių techniniai rodikliai

Ti-6Al-4V (TC4) yra vidutinio stiprumo α β titano lydinys, sukurtas 1960-ųjų pradžioje. Jis turi puikias išsamias savybes ir yra žinomas kaip universalus lydinys. Tai ankstyviausias ir plačiausiai naudojamas bendrosios paskirties lydinys aviacijos ir kosmoso struktūroms. Titano lydiniai, įskaitant plokštes, strypus ir kalimo kalves ir kt. Lydinys pasižymi geromis suvirinimo ir apdirbimo savybėmis, o smulkiagrūdis lydinys turi superplastiškumą, o sudėtingus komponentus galima pagaminti kombinuotu superplastiko formavimo / difuzijos klijavimo procesu (SPF / DB). Didelio stiprumo struktūriniai titano lydiniai paprastai reiškia lydinius, kurių tempimo stiprumas yra didesnis nei 1000 MPa. Šiuo metu didelio stiprumo titano lydiniai, atstovaujantys tarptautiniam pažengusiam lygiui ir praktiškai naudojami orlaiviuose, daugiausia apima metastazavusius β tipo lydinius Ti-15-3, β21S, netoli β tipo lydinio Ti-1023 ir α-β tipo dviejų fazių titano lydinio BT22. Naudojant didelio stiprumo konstrukcinį titano lydinį, kad būtų pakeistas 30CrMnSiA didelio stiprumo konstrukcinis plienas, paprastai naudojamas orlaivių konstrukcijose, svoris gali sumažėti daugiau nei 20%.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) yra didelio stiprumo, didelio kietumo, žalos atsparus dviejų fazių titano lydinys, sukurtas 1970-aisiais. Po termomechaninio apdorojimo lydinys turi didelio stiprumo, geros žalos tolerancijos ir puikaus atsparumo nuovargio įtrūkimų augimui privalumų ir tinka gaminti didelio stiprumo ir didelio kietumo laikančius komponentus. Pridedant Si elementą, lydinys išlaiko didelį stiprumą vidutinėje temperatūroje, o tai yra geriau nei Ti-6Al-4V. Lydinio lakštas gali būti superplastiškai suformuotas kambario temperatūroje.

Ti-10V-2Fe-3Al (TB6) yra didelio stiprumo, didelio kietumo beveik beta titano lydinys, sukurtas 1970-ųjų pabaigoje. Lydinys turi didelį specifinį stiprumą, gerą lūžių kietumą, didelį kietėjimo plotą, mažą anizotropiją, gerą kalimo našumą ir stiprų atsparumą korozijai, ir turi daug metastazavusio β titano lydinio privalumų, neprarandant α β titano lydinio. Kieto tirpalo charakteristikos gali atitikti žalos tolerancijos konstrukcijos ir didelio struktūrinio efektyvumo, didelio patikimumo ir mažų sąnaudų reikalavimus. Maksimali darbinė temperatūra yra 320 °C. Pagrindiniai šio lydinio produktai yra strypai, kalimo, storos plokštės ir profiliai. Per tirpalą ir senėjimo terminį apdorojimą galima pasiekti gerą stiprumo, plastiškumo ir lūžių kietumo derinį, ir jis tinka gaminti konstrukcines dalis, turinčias aukštus stiprumo ir lūžių kietumo reikalavimus. Puikų kietumą ir mažą įtrūkimų augimo greitį galima gauti termomechaniniu apdorojimu, kuris tinka konstrukcijoms, turinčioms didelių lūžių kietumo reikalavimų.