Med tanke på den viktiga roll titan spelar inom 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 är listat som en strategisk strukturell metall med strategisk betydelse under 2000-talet. Utvecklingen av titanvetenskap och teknik, inklusive nya legeringar, ny smältteknik, ny T-teknik och applikationsteknik, genomgår snabba förändringar. Kinas titanindustri har upplevt nästan 40 år av upp- och nedgångar, med stöd av staten, har gjort stora framsteg och etablerat sitt eget oberoende titanindustrisystem. Baserat på produktionen av 1751 ton titansvamp och 2206 ton titanbearbetade material i Kina år 2000, var produktionen av titansvamp i Kina 49632 år 2008, en ökning med 27,3 gånger på 8 år; Under 2008 producerade Kina 27737 ton titanstötmaterial, en ökning med 11,6 gånger.
På grund av de höga kostnaderna för titanlegeringsråmaterial används 70% till 80% av utländska titanmaterial inom flyg- och rymdindustrin. Efterfrågan på titanlegeringar inom Kinas flyg- och rymdområden är också särskilt stor. För närvarande är andelen titanlegering som används i avancerade flygplan i Kina cirka 10% till 12%, och andelen titan som används i militära flygplan är högre, cirka 20% till 30%, och andelen titan som används i militära flygplan motorer är mer än 30%. Mängden titan som används i nya raketer och missiler ökar också.
Utveckling och tillämpning av strukturella titanlegeringar
Med den gradvisa förändringen av flygplansdesignkoncept från enkel statisk styrka i det förflutna till säkerhet - liv, skada - säkerhet, tills det moderna designkonceptet för skadetolerans. Avancerade titanlegeringsmaterial utvecklas också gradvis till riktning mot skadetolerans titanlegeringar med hög brottseghet och låg spricktillväxthastighet. För närvarande har utländska utvecklade länder legat i framkant när det gäller utvecklingen av nya titanlegeringsmaterial med skadetolerans och användningen av avancerade flygplan, särskilt som medelhållfasta Ti-6Al-4V ELI och hög -styrka Ti-6-2222S, som har tillämpats framgångsrikt i USA F-22, F-35 och C-17 och andra flygplan av den nya generationen. Flygplanets livslängd och stridseffektivitet förbättras avsevärt. Med utvecklingen av flygplansdesignkonceptet har designidén med skadetolerans för titanlegeringsstrukturer också börjat få uppmärksamhet i Kina. Sedan den "tionde femårsplanen" har Kina självständigt utvecklat TC4-DT medelhållfast och hög seghet skadetolerans titanlegering och TC21 höghållfast och hög seghet skadetolerans titanlegering, och etablerat bearbetningen teknologi för skadetolerans titanlegering, som har lagt grunden för materialapplikationsteknologi för utvecklingen av nya flygplan i Kina. För att möta utvecklingsbehoven av titanlegeringar för flyg- och rymdstrukturer har Kina självständigt utvecklat låghållfasta och hög seghet trådtitaniumlegeringar (NbTi) och rörlegeringar (TAl8), 1300 MPa till 2000 MPa serie ultrahöghållfasthet titanlegeringar (TB8, TBl9, TB20), etc. En ny typ av titanlegeringsmaterialsystem för flygplansstrukturer med kinesiska särdrag har initialt bildats, och en ny generation av titanlegeringsapplikationsramstrukturer för flyg- och rymdstrukturer har lagts.
Ti-6Al-4V(TC4) är en medelhållfast titanlegering utvecklad i början av 1960-talet, med utmärkta omfattande egenskaper, känd som universallegering, TC4 titanlegering är den tidigaste och mest använda i luftfart, rymdstruktur av den allmänna titanlegeringen, inklusive plåt, stång och smide och gjutning. Legeringen har goda svets- och bearbetningsegenskaper, och den finkorniga legeringen har superplasticitet, och komplexa komponenter kan tillverkas genom en kombinationsprocess för superplastisk formning/diffusionsanslutning (SPF/DB).
Höghållfasta strukturella titanlegeringar avser generellt legeringar med draghållfasthet över 1000 MPa, som för närvarande representerar den internationella avancerade nivån och får praktiska tillämpningar i flygplan, huvudsakligen metastabil typ legering Ti-15-3, 321s, nästan-typ legering Ti{ {6}} och - -typ tvåfas titanlegeringar BT22. Att ersätta det 30CrMnSiA höghållfasta strukturstålet som vanligtvis används i flygplanskonstruktioner med höghållfast strukturell titanlegering kan minska vikten med mer än 20 %.
Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo(TC21) är ett slags tvåfas titan med hög hållfasthet, hög seghet och skadetolerans legering utvecklad på 1970-talet. Legeringen har fördelarna med hög hållfasthet, god skadetolerans och utmärkt sprickförökningsförmåga mot utmattning efter termisk-mekanisk behandling, vilket är lämpligt för tillverkning av höghållfasta och hög seghet lastbärande komponenter. Genom att lägga till Si-element bibehåller legeringen högre hållfasthet vid medeltemperatur, vilket är bättre än Ti-6AI-4V. Legeringsplåten kan vara superplastisk formad vid rumstemperatur.
Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) är en titanlegering med hög hållfasthet och hög seghet nära typ som utvecklades i slutet av 1970-talet. Legeringen har fördelarna med hög specifik hållfasthet, bra brottseghet, stor härdarea, liten anisotropi, god smidesprestanda och stark korrosionsbeständighet, och har många fördelar med metastabil titanlegering utan förlust (IT-B titanlegerings fast lösningsegenskaper, kan möta behoven av skadetolerans design och höga strukturella fördelar, hög tillförlitlighet och låg kostnadskrav, den maximala driftstemperaturen på 320 grader brottseghet kan uppnås genom lösnings- och åldringsvärmebehandling, vilket är lämpligt 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 som kräver hög brottseghet. seghet.
Utveckling och applicering av högtemperatur titanlegeringar
Termisk styrka och hög specifik styrka har använts i stor utsträckning i flygmotorer. Högtemperatur titanlegering används huvudsakligen i fläktar och kompressorer av flygmotorer, såsom kompressorskivor, blad, navigatorer, anslutningsringar och så vidare. Användningen av titanlegering istället för den ursprungliga nickelbaserade superlegeringen kan minska kompressorns vikt med 30 % till 35 %. Andelen titanförbrukning i utländska avancerade flygmotorer har nått 25 ~ 39%, till exempel titanlegeringsförbrukningen för F100-motorn står för 25% av motorns totala vikt, V2500-motorn är 31%, F119-motorn är 39%. Utvecklingsbehoven för högpresterande flygmotorer driver utvecklingen av högtemperatur titanlegering, användningen av temperatur ökade gradvis från 1950-talet till Ti-6Al-4V-legeringen representerad av 400 grader till IMl834-legeringen representeras av 600 grader. Över 600 grader är den kraftiga minskningen av krypmotstånd och oxidationsmotstånd vid hög temperatur de två huvudsakliga hindren som begränsar utvecklingen av titanlegeringar till högre temperaturer. Därför anses 600 grader C vara den "termiska barriärtemperaturen" för utveckling av titanlegeringar.
Under årens lopp, för att möta behoven hos högpresterande flygmotorer, har Europa, USA, Ryssland och andra utvecklade länder inom flygindustrin fäst stor vikt vid forskning och utveckling av högtemperatur titanlegering, har utvecklat en hög temperatur titanlegering som används i 350 ~ 600 grader. Det före detta Sovjetunionen utvecklade BT6, BT3-l, BT8, BT9 och andra typer av titanlegeringar i slutet av 1950-talet, och BTl8- och BT25-legeringar utvecklades på 1960- och 1970-talen. Sedan dess har BTl8y, BT25y, BT8M, BT8-1 och BT8M-1 och andra kvaliteter av högtemperatur titanlegeringar förbättrats för att förbättra prestanda och livslängd för högtemperatur titanlegeringar på basis av de ursprungliga legeringarna.
Under de senaste åren har BT36 titanlegering utvecklats för respektive HK8, IIC90A och andra motorer. På samma sätt kommer USA också att använda Ti64, Ti811, Ti6242 och andra titanlegeringar i JT90, F-110 och andra avancerade motorer. De viktigaste tekniska indikatorerna för typiska högtemperatur titanlegeringar visas i tabell 2.
Rysslands utveckling av högtemperatur titanlegering är mycket perfekt och mogen och bildar en komplett uppsättning av titanlegeringssystem. Det finns två eller tre valfria titanlegeringskvaliteter med hög temperatur vid en viss temperaturnivå, till exempel de legeringar som kan användas vid 500 grader är BT8, BT9 och BT8-1, 550 grader är BT25 och BT25y och 600 grader är BTl8y och BT36. Ryssland rekommenderar BT25y för rouletteskivorna och rotorbladen som används vid 450-550 grader C i högtryckskompressorer med flygmotorer, och BTl8y för rouletteskivorna som används vid 550-600 't3. Även om BT36 har utvecklats verkar den inte ha fått motsvarande uppmärksamhet. Kina har introducerat den ryska produktionen av BT36-legeringsplattor och -stänger, efter analys finns det mycket komponentsegregering på legeringsplattorna och -stängerna, problemet med sammansättningens enhetlighet har inte lösts väl och dess höga temperaturprestanda har inte nått nivå av IML834 legering.
Storbritanniens högtemperatur titanlegering har utvecklat den mest mogna, med sitt eget oberoende system, som bildar en titanlegeringsserie som används vid olika temperaturer. Hittills är IMl685-legeringen den mest använda och det största antalet titanlegeringar med hög temperatur i Storbritannien, såsom motorn i RB211-serien, RBl99-motorn, Adour-motorn och M53-motorn. IML829-legeringen används i högtryckskompressorn i RB211-535C-motorn. Den bakre 3-stageskivan, trumman och bakaxeln är integrerade med elektronstrålesvetsning, som ersätter det nickelbaserade legeringsmaterialet på RB211-535C, vilket minskar rotorns vikt med 30 %. Den framgångsrika utvecklingen av IMl834-legering har gett solid teknisk support för vissa högpresterande motorer, även om utvecklingstiden inte är lång, men den har testats och applicerats på en mängd olika motorer, såsom Boeing 777-flygplansvalet av civila stora motorer Trent700(Turbulens), Alla hjul, trummor och bakre axlar på högtryckskompressorn är gjorda av IMl834-legering och är sammansvetsade genom elektronstrålesvetsning. Trent700 har blivit den första nya civila motorn som använder högtryckskompressorrotor helt i titan, vilket avsevärt minskar motorns vikt, och högtryckskompressorrotorn i EJ200-motorn använder också IMl834-legering. IMl834 används också på Pratt & Whitney PW350-motorn.
Utvecklingen av högtemperatur titanlegeringar i USA är också relativt mogen, och de största legeringarna som används i motorn är främst Ti-6Al-4V och Ti-6242S.
Ti-1100-legeringen är baserad på sammansättningen av Ti-6242S-legeringen, genom att justera innehållet av Al-, Sn-, Mo- och Si-element, höjs den maximala användningstemperaturen för legeringen till 600 grader. Det är underförstått att Ti-1 100-legeringen har använts vid tillverkning av högtryckskompressorskivor och lågtrycksturbinblad av Lycomings T55-712-modifierade motor.
Utvecklingen av titanlegeringar i Kina är huvudsakligen att ta imitationsvägen, såsom TC11-legering motsvarande BT9-legering, TA11, TA19, TC17, motsvarande den amerikanska kvaliteten är Ti-811, Ti-6242 S och Ti-17. Under de senaste 20 åren har Kina börjat följa vägen för självutveckling samtidigt som den imiterar, såsom högtemperatur titanlegering TA12(Ti-55), med tillsats av sällsynta jordartsmetaller Nd; På basis av TAL2-legering ökas halten av Al, Sn och Si på lämpligt sätt i Ti-60-legeringen, vilket ytterligare förbättrar legeringens krypegenskaper och styrka vid hög temperatur och gör att legeringstemperaturen når 600 grader. En 550 graders hög temperatur titanlegering Ti-633G framställdes genom att tillsätta sällsynta jordartsmetaller Gd på basis av IMl829-legering från Storbritannien. Nyligen, på basis av Ti-1100-legering, lades cirka 0,1Y till och fick namnet Ti-600.
Utveckling och applicering av lågtemperatur titanlegering
Strukturdelar som används vid låga temperaturer kräver god plasticitet, låg värmeledningsförmåga och utmärkta bearbetningsegenskaper samtidigt som en viss hållfasthet bibehålls. Lågtemperaturkonstruktionsmaterial hemma och utomlands är huvudsakligen rostfritt stål, aluminiumlegering, titanlegering och nickelbaserad legering. Titanlegering har goda omfattande egenskaper vid låga temperaturer och har värderats av länder runt om i världen i många år. Vid låg temperatur ökar sträckgränsen för titanlegering avsevärt, vilket är cirka 3 till 6 gånger högre än för austenitiskt rostfritt stål. Brottsegheten minskar dock med temperatursänkningen, cirka 0.25 till 0.5 av austenitiskt rostfritt stål. Eftersom densiteten hos titanlegeringen är mycket mindre än den för rostfritt stål, och vid låga temperaturer, är värmeledningsförmågan låg, expansionskoefficienten liten och den icke-magnetiska, används den som ett viktigt lågtemperaturtekniskt material. inom områdena flyg och supraledning.
titanlegering med bistruktur vid låga temperaturer och andra kroppscentrerade kubiska metaller, dess plastspröda övergångstemperatur (TPR) är hög, eftersom temperaturen sjunker, minskar den plastiska segheten, kan i allmänhet inte användas vid låga temperaturer. TPR för och nästan titanlegeringar är generellt sett mycket låga och det finns god plasticitet vid låga temperaturer, så några av de internationellt erkända lågtemperatur titanlegeringarna tillhör i princip och nästan titanlegeringar. Bland titanlegeringar kan titanlegeringar som innehåller mindre, såsom Ti-6Al-4V ELI, även användas väl vid temperaturer för flytande väte (22 K). Rent titanlegeringar och -titaniumlegeringar som Ti-5Al-2.5Sn ELl är idealiska lågtemperaturstrukturmaterial vid flytande heliumtemperaturer (4,2 K), men andra föroreningar än legeringssammansättningen måste kontrolleras, särskilt innehållet av syre och järn. Ökningen av järn- och syrekomponenter gör titanmaterialet sprött vid låg temperatur, och ökningen av fasstabila element som järn och mangan leder lätt till skårsprödhet.
Det forna Sovjetunionen har varit världens ledande nivå inom utveckling och tillämpning av lågtemperatur titanlegeringar, och dess tidiga utveckling av -titanium legeringar OT4, OT4-L, BT5-1KT, TT{ {5}}BKT och andra legeringar har använts i stor utsträckning i rymdraketutrustning. Styrkan hos dessa legeringar ökade till 1400 MPa vid 2 K, medan töjningen förblev över 10 %. De lågtemperatur titanlegeringar som utvecklats och används i USA inkluderar huvudsakligen Ti-5Al-2.5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti -6Al-3Nb-2Zr och andra lågtemperatur titanlegeringar.
Kina i utveckling och tillämpning av låg temperatur titanlegering än USA och Ryssland började senare, har Kina genomfört den befintliga TA7, TC1, TC4 titanlegering låg temperatur prestanda test och tillämpning forskning, i den "nionde femårsplanen "period utvecklad lämplig för lågtemperaturrörledningssystem av titanlegeringar, legeringssystem är Ti-Al-Zr, Ti-A1-Zr-Mo. Ti-AIL-Sn-Mo, Ti-Al-Zr-Sn-Mo, etc.
Utveckling och applicering av titan bordsguld för täta delar
Tillämpningen av fästelement av titanlegering utomlands har varit mycket vanligt, och olika nya fästelement fortsätter att dyka upp. Höga civila kostnader för enkel titanlegering uppgår till hundratusentals bitar. Under samma hållfasthetsindex är fästelementen i titan 70 % lättare än stålets massa, och titanlegeringsutmattningshållfastheten och känsligheten för spänningskoncentration är bättre än liknande användningar av stål, i en mängd olika väderremsor med hög korrosionsstabilitet, så applikationen av titantäta ringar för flygutrustning är mycket viktigt.
Fästelement titanlegering utveckling
Titanlegeringsfästen används huvudsakligen i tre typer av material: den första typen är låg Mo-ekvivalent - typ tvåfaslegering, såsom Ti-6Al-4V; Den andra kategorin är metastabila legeringar, inklusive III, Ti-44.5Nb, Ti-15-3 i USA och TB2, TB3 och TB8 i Kina; Den tredje klassen är den subkritiska sammansättningen av - typ tvåfaslegeringar, såsom Rysslands BT16l. Följande tabell visar egenskaperna hos fästmaterial av titanlegering.
Ti{{0}}Al-4V är en låg Mo-ekvivalent - tvåfaslegering med den lägsta stabilitetskoefficienten (endast 0,27) och den högsta aluminiumekvivalenten (upp till 6) av de tre legeringarna . Så betafasinnehållet i glödgat tillstånd är endast 7% (volymfraktion). Dess fördelar är den lägsta densiteten, den bästa styrkan och utmattningsprestandan, den enklaste sammansättningen och den lägsta kostnaden för halvfabrikat. Men eftersom rumstemperaturens plasticitet inte är tillräckligt hög är det nödvändigt att använda induktion vid bearbetning av fästelement
