Ontwikkeling en toepassing van eigenschappen van titaniumlegeringen voor de lucht- en ruimtevaart

Sinds de geïndustrialiseerde productie van titanium in de jaren 1940, wordt het veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, de militaire industrie, de scheepvaart vanwege de hoge sterkte, goede corrosieweerstand, niet-magnetische, goede lasprestaties en andere voordelen, evenals supergeleiding, geheugen en andere voordelen. Op het gebied van ontwikkeling, petrochemie, energieopwekking, supergeleiding, enz., heeft het de reputatie van "Almachtig metaal", "Marine Metaal", "Third Metal", "Modern Metal" enzovoort. Met de voortdurende verkenning van de uitstekende eigenschappen van titanium, breidt het toepassingsgebied ervan zich nog steeds uit en wordt het het derde structurele metaal na staal en aluminium. Gezien de belangrijke rol van titanium in de nationale defensie, luchtvaart, hightech en andere gebieden, is het zeer gewaardeerd door de Verenigde Staten, Rusland, Groot-Brittannië, Frankrijk en andere militaire machten en Japan en andere landen, en vermeld als een belangrijk structureel metaal met strategische betekenis in de 21e eeuw. De ontwikkeling van titaniumwetenschap en -technologie, inclusief nieuwe legeringen, nieuwe smelttechnologieën en toepassingstechnologieën, ondergaat snelle veranderingen. De Chinese titaniumindustrie kent al bijna 40 jaar ups en downs. Met de steun van de staat heeft het grote vooruitgang geboekt en zijn eigen onafhankelijke titaniumindustriesysteem opgezet. In 2000 produceerde China 1.751 ton titaniumspons en 2.206 ton titanium verwerkte materialen. In 2008 produceerde China 49.632 ton titaniumspons, een stijging van 27,3 keer in 8 jaar. In 2008 produceerde China 27.737 ton aan titanium verwerkte materialen, een toename van 11,6 keer. keer.

Vanwege de hoge kosten van grondstoffen van titaniumlegeringen, wordt 70 procent -80 procent van de titaniummaterialen in het buitenland gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie. De vraag naar titaniumlegeringen in de luchtvaart- en ruimtevaartsector van mijn land is ook bijzonder groot. Op dit moment is het aandeel titaniumlegeringen dat wordt gebruikt in geavanceerde vliegtuigen die in ontwikkeling zijn in mijn land ongeveer 10 procent -12 procent, het aandeel titanium dat in militaire vliegtuigen wordt gebruikt, is hoger, ongeveer 20 procent -30 procent, en het aandeel titanium dat wordt gebruikt in militaire vliegtuigmotoren is meer dan 30 procent. . De hoeveelheid titanium die wordt gebruikt in nieuwe raketten en raketten neemt ook toe.

Dit document vat voornamelijk de voortgang samen van onderzoek en toepassing van titanium in de luchtvaart en ruimtevaart in de Verenigde Staten, Rusland, Groot-Brittannië, Japan en China, dat kan dienen als referentie voor de toepassing en ontwikkeling van de titaniumindustrie van mijn land in de luchtvaart en ruimtevaartvelden.

Naarmate het ontwerpconcept van vliegtuigen geleidelijk verandert van pure statische sterkte in het verleden naar veiligheid---levensduur, schade---veiligheid, en tot het moderne ontwerpconcept voor schadetolerantie, evolueren geavanceerde materialen van titaniumlegering geleidelijk naar hoge breuktaaiheid en lage scheurvoortplanting. Tarief van schadetolerante titaniumlegeringen. Op dit moment lopen buitenlandse ontwikkelde landen voorop bij de ontwikkeling van nieuwe schadebestendige materialen van titaniumlegeringen en hun toepassing in geavanceerde vliegtuigen, met name zoals middelsterke Ti-6Al-4VELI en hoge -sterkte Ti-6-222s, enz. Het is met succes gebruikt in vliegtuigen van de nieuwe generatie, zoals de Amerikaanse F-22, F-35 en C-17. Verbeter de levensduur en gevechtseffectiviteit van het vliegtuig aanzienlijk. Met de ontwikkeling van ontwerpconcepten voor vliegtuigen begonnen de ontwerpideeën voor schadetolerantie van structuren van titaniumlegeringen ook aandacht te krijgen in mijn land. Sinds het "Tiende Vijfjarenplan" heeft mijn land onafhankelijk de schadetolerante titaniumlegering TC4-DT ontwikkeld, en de schadetolerante titaniumlegering TC21 met hoge sterkte en hoge taaiheid, en vestigde de bewerking van schadetolerante titaniumlegering. technologie, die de basis heeft gelegd voor materiaaltoepassingstechnologie voor de ontwikkeling van nieuwe vliegtuigen in mijn land. Om te voldoen aan de ontwikkelingsbehoeften van titaniumlegeringen voor lucht- en ruimtevaartconstructies, heeft mijn land onafhankelijk draadtitaniumlegeringen (NiTi) en pijplegeringen (TA18) met lage sterkte en hoge taaiheid ontwikkeld, 1300 MPa-2000Mpa-serie ultra - titaniumlegeringen met hoge sterkte (TB8, TB9, TB20), enz., Er is aanvankelijk een nieuw materiaalsysteem van titaniumlegering met Chinese kenmerken voor vliegtuigstructuren gevormd en er is een nieuwe generatie titaniumlegeringen voor lucht- en ruimtevaartstructuren tot stand gebracht. De specifieke prestaties worden getoond in Tabel 1

Belangrijkste technische indicatoren van typische structurele titaniumlegeringen

Ti-6Al-4V (TC4) is een titaniumlegering met gemiddelde sterkte die in het begin van de jaren zestig werd ontwikkeld. Het heeft uitstekende uitgebreide eigenschappen en staat bekend als een universele legering. Het is de vroegste en meest gebruikte legering voor algemeen gebruik voor lucht- en ruimtevaartconstructies. Titaniumlegeringen, inclusief platen, staven en smeedstukken, enz. De legering heeft goede las- en bewerkbaarheidseigenschappen, en de fijnkorrelige legering heeft superplasticiteit, en complexe componenten kunnen worden vervaardigd door het gecombineerde proces van superplastische vorming/diffusiebinding (SPF/DB ). Structurele titaniumlegeringen met hoge sterkte verwijzen over het algemeen naar legeringen met een treksterkte van meer dan 1000 MPa. Op dit moment omvatten titaniumlegeringen met een hoge sterkte die het internationale geavanceerde niveau vertegenwoordigen en die praktisch in vliegtuigen zijn gebruikt, voornamelijk metastabiele legeringen Ti-15-3, 21S, bijna-type legering Ti-1023 en {{16 }}type tweefasige titaniumlegering BT22. Het gebruik van een structurele titaniumlegering met een hoge sterkte ter vervanging van het 30CrMnSiA-structurele staal met hoge sterkte dat gewoonlijk in vliegtuigconstructies wordt gebruikt, kan het gewicht met meer dan 20 procent verminderen.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) is een zeer sterke, zeer taaie, schadetolerante tweefasen titaniumlegering ontwikkeld in de jaren 70. Na thermomechanische behandeling heeft de legering de voordelen van hoge sterkte, goede schadetolerantie en uitstekende weerstand tegen vermoeiingsscheurgroei, en is geschikt voor de vervaardiging van dragende componenten met hoge sterkte en hoge taaiheid. Door toevoeging van Si-element behoudt de legering een hoge sterkte bij gemiddelde temperatuur, wat beter is dan Ti-6Al-4V. De legeringsplaat kan bij kamertemperatuur superplastisch worden gevormd.

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) is een zeer sterke, zeer taaie bijna-bèta-titaanlegering die eind jaren 70 werd ontwikkeld. De legering heeft de voordelen van een hoge specifieke sterkte, goede breuktaaiheid, groot uithardingsgebied, kleine anisotropie, goede smeedprestaties en sterke corrosieweerstand, en heeft vele voordelen van metastabiele titaniumlegering zonder verlies - titaniumlegering. De kenmerken van de solide oplossing kunnen voldoen aan de vereisten van ontwerp voor schadetolerantie en hoge structurele efficiëntie, hoge betrouwbaarheid en lage kosten. De maximale werktemperatuur is 320 graden. De belangrijkste producten van deze legering zijn staven, smeedstukken, dikke platen en profielen. Door oplossings- en verouderingswarmtebehandeling kan een goede combinatie van sterkte, plasticiteit en breuktaaiheid worden bereikt, en het is geschikt voor het vervaardigen van structurele onderdelen met hoge eisen aan sterkte en breuktaaiheid. Uitstekende taaiheid en lage scheurgroeisnelheid kunnen worden verkregen door thermomechanische behandeling, die geschikt is voor constructies met hoge eisen aan breuktaaiheid.