Розробка та застосування характеристик титанових сплавів для аерокосмічної промисловості

З моменту промислового виробництва титану в 1940-х роках він широко використовувався в аерокосмічній, військовій промисловості, морі завдяки своїй високій міцності, хорошій корозійній стійкості, немагнітності, хорошим зварювальним характеристикам та іншим перевагам, а також надпровідності, пам’яті та інші переваги. У галузях розробки, нафтохімічної промисловості, виробництва електроенергії, надпровідності тощо, він має репутацію «Всемогутнього металу», «Морського металу», «Третого металу», «Сучасного металу» тощо. Завдяки безперервному дослідженню чудових властивостей титану сфера його застосування все ще розширюється, і він стане третім конструкційним металом після сталі та алюмінію. З огляду на важливу роль титану в національній обороні, авіації, високих технологій та інших галузях, він високо оцінений Сполученими Штатами, Росією, Великобританією, Францією та іншими військовими державами, а також Японією та іншими країнами, і внесений до списку ключовий конструкційний метал, який має стратегічне значення в 21 столітті. Розвиток титанової науки і техніки, у тому числі нових сплавів, нових технологій плавки та технологій застосування, зазнає швидких змін. Титанова промисловість Китаю переживала злети і падіння протягом майже 40 років. За підтримки держави вона досягла великих успіхів і створила власну незалежну систему титанової промисловості. У 2000 році в Китаї було вироблено 1751 тонну титанової губки і 2206 тонн оброблених титанових матеріалів. У 2008 році Китай виробив 49 632 тонни титанової губки, що в 27,3 рази більше за 8 років. У 2008 році Китай виробив 27 737 тонн титанових матеріалів, що в 11,6 раза більше. разів.

Через високу вартість сировини з титанових сплавів 70 відсотків -80 відсотків титанових матеріалів за кордоном використовується в авіаційній та аерокосмічній промисловості. Попит на титанові сплави в авіаційній та космічній сферах моєї країни також особливо великий. На даний момент частка титанових сплавів, що використовуються в передових літаках, які розробляються в моїй країні, становить близько 10 відсотків -12 відсотків, частка титану, що використовується у військових літаках, вища, близько 20 відсотків -30 відсотків, і частка титану, що використовується у двигунах військових літаків, становить понад 30 відсотків. . Збільшується також кількість титану, що використовується в нових ракетах.

Ця стаття в основному підсумовує прогрес у дослідженнях та застосуванні титану в авіації та космічній галузях у Сполучених Штатах, Росії, Великобританії, Японії та Китаї, що може служити довідником щодо застосування та розвитку титанової промисловості моєї країни в авіації. та аерокосмічні галузі.

Оскільки концепція конструкції літака поступово змінюється від чисто статичної міцності в минулому до безпечного{0}}тривалості служби,{1}}безпеки, і до сучасної концепції стійкості до пошкоджень, передові матеріали з титанового сплаву поступово рухаються до високої міцність на руйнування і низьке поширення тріщин. Показник стійких до пошкоджень титанових сплавів. В даний час зарубіжні розвинені країни займають лідируючі позиції в розробці нових стійких до пошкоджень матеріалів із титанових сплавів та їх застосуванні в сучасних літаках, особливо таких як Ti-6Al-4VELI і високої - міцність Ti-6-222s тощо. Він успішно використовується в літаках нового покоління, таких як американські F-22, F-35 і C-17. Значно підвищити термін служби і боєздатність літака. З розвитком концепцій дизайну літаків у моїй країні також почали привертати увагу ідеї дизайну стійкості до пошкоджень конструкцій з титанового сплаву. Після «десятої п’ятирічки» моя країна самостійно розробила TC4-DT середньоміцний та високоміцний титановий сплав, стійкий до пошкоджень та високоміцний та високоміцний титановий сплав TC21, стійкий до пошкоджень, і встановлено механічну обробку стійкого до пошкоджень титанового сплаву. технології, яка заклала основу технології застосування матеріалів для розробки нових літаків у моїй країні. Щоб задовольнити потреби в розробці титанових сплавів для авіаційних та аерокосмічних конструкцій, моя країна самостійно розробила низькоміцні та високоміцні титанові сплави (NiTi) і трубні сплави (TA18), 1300 МПа-2000МПа серії ультра -високоміцні титанові сплави (TB8, TB9, TB20) та ін., спочатку сформовано нову систему матеріалів титанового сплаву з китайськими характеристиками для конструкцій літаків, створено нове покоління титанових сплавів для авіаційних і космічних конструкцій. Конкретні показники показані в таблиці 1

Основні технічні показники типових конструкційних титанових сплавів

Ti-6Al-4V (TC4) — це титановий сплав середньої міцності, розроблений на початку 1960-х років. Він має чудові комплексні властивості і відомий як універсальний сплав. Це найперший і найбільш широко використовуваний сплав загального призначення для авіаційних і космічних конструкцій. Титанові сплави, включаючи пластини, прутки та поковки тощо. Сплав має хороші властивості зварювання та оброблюваності, а дрібнозернистий сплав має надпластичність, і складні компоненти можуть бути виготовлені комбінованим процесом надпластичного формування/дифузійного з’єднання (SPF/DB ). Високоміцні структурні титанові сплави зазвичай відносяться до сплавів з міцністю на розрив більше 1000 МПа. В даний час високоміцні титанові сплави, які представляють міжнародний передовий рівень і практично використовуються в літаках, в основному включають метастабільні сплави типу Ti-15-3, 21S, сплави близького типу Ti-1023 і {{16 }}Тип двофазний титановий сплав ВТ22. Використання високоміцного конструкційного титанового сплаву для заміни високоміцної конструкційної сталі 30CrMnSiA, яка зазвичай використовується в конструкції літаків, може зменшити вагу більш ніж на 20 відсотків.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) – це високоміцний, високоміцний, стійкий до пошкоджень двофазний титановий сплав розроблений в 1970-х роках. Після термомеханічної обробки сплав має переваги високої міцності, хорошої стійкості до пошкоджень і відмінної стійкості до зростання втомних тріщин, а також підходить для виготовлення високоміцних і високоміцних несучих компонентів. Додаючи елемент Si, сплав підтримує високу міцність при середній температурі, що краще, ніж Ti-6Al-4V. Лист сплаву може бути надпластично сформований при кімнатній температурі.

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) — це високоміцний, високоміцний титановий сплав, що наближається до бета-версії, розроблений наприкінці 1970-х років. Сплав має переваги високої питомої міцності, гарної міцності на руйнування, великої площі затвердіння, малої анізотропії, гарних показників кування та сильної корозійної стійкості, а також має багато переваг метастабільного титанового сплаву без втрат - титанового сплаву. Характеристики твердого розчину можуть відповідати вимогам конструкції стійкості до пошкоджень і високої конструктивної ефективності, високої надійності та низької вартості. Максимальна робоча температура становить 320 градусів. Основною продукцією цього сплаву є прутки, поковки, товсті плити та профілі. Завдяки термічній обробці розчину та старінню можна досягти хорошого збігу міцності, пластичності та в’язкості до руйнування, і він підходить для виготовлення деталей конструкції з високими вимогами до міцності та в’язкості руйнування. Відмінну в'язкість і низьку швидкість росту тріщин можна отримати за допомогою термомеханічної обробки, яка підходить для конструкцій з високими вимогами до в'язкості руйнування.