Разработка и применение характеристик титановых сплавов для аэрокосмической промышленности

Начиная с промышленного производства титана в 1940-х годах, он широко используется в аэрокосмической, военной промышленности, морской промышленности благодаря своей высокой прочности, хорошей коррозионной стойкости, немагнитности, хорошим сварочным характеристикам и другим преимуществам, а также сверхпроводимости, памяти и другим преимуществам. В сферах развития, нефтехимии, энергетики, сверхпроводимости и т.д. он имеет репутацию «Всемогущего Металла», «Морского Металла», «Третьего Металла», «Современного Металла» и так далее. С непрерывным исследованием превосходных свойств титана сфера его применения все еще расширяется, и он станет третьим конструкционным металлом после стали и алюминия. Учитывая важную роль титана в национальной обороне, авиации, высоких технологиях и других областях, он был высоко оценен Соединенными Штатами, Россией, Великобританией, Францией и другими военными державами, а также Японией и другими странами, и внесен в список ключевых структурных металлов со стратегическим значением в 21 веке. Развитие науки и техники титана, включая новые сплавы, новые технологии плавки и технологии применения, претерпевает стремительные изменения. Титановая промышленность Китая переживает взлеты и падения в течение почти 40 лет. При поддержке государства она добилась больших успехов и создала собственную независимую систему титановой промышленности. В 2000 году Китай произвел 1 751 тонну титановой губки и 2 206 тонн титановых обработанных материалов. В 2008 году Китай произвел 49 632 тонны титановой губки, увеличившись в 27,3 раза за 8 лет. В 2008 году Китай произвел 27 737 тонн титановых обработанных материалов, увеличившись в 11,6 раза. раз.

Из-за высокой стоимости сырья из титановых сплавов 70%-80% титановых материалов за рубежом используются в авиационной и аэрокосмической промышленности. Спрос на титановые сплавы в авиационной и аэрокосмической областях моей страны также особенно велик. В настоящее время доля титановых сплавов, используемых в перспективных летательных аппаратах, разрабатываемых в моей стране, составляет около 10%-12%, доля титана, используемого в военной авиации, выше, около 20%-30%, а доля титана, используемого в военных авиационных двигателях, составляет более 30%. . Количество титана, используемого в новых ракетах и ракетах, также увеличивается.

В настоящем документе в основном обобщается прогресс исследований и применения титана в авиационной и аэрокосмической областях в Соединенных Штатах, России, Великобритании, Японии и Китае, что может служить ориентиром для применения и развития титановой промышленности моей страны в авиационной и аэрокосмической областях.

По мере того, как концепция конструкции самолета постепенно меняется от чистой статической прочности в прошлом к безопасности--- срок службы, повреждению---безопасности, и до современной концепции конструкции устойчивости к повреждениям, передовые материалы титанового сплава постепенно движутся к высокой ударной вязкости и низкому распространению трещин. Норма отказоустойчивых титановых сплавов. В настоящее время зарубежные развитые страны находятся на переднем крае разработки новых отказоустойчивых материалов из титановых сплавов и их применения в современных летательных аппаратах, особенно таких, как среднепрочные Ti-6Al-4VELI и высокопрочные Ti-6-222 и др. Он успешно используется в самолетах нового поколения, таких как американские F-22, F-35 и C-17. Значительно улучшают срок службы и боевую эффективность самолета. С развитием концепций проектирования самолетов в моей стране также начали привлекать внимание к конструктивным идеям устойчивости к повреждениям конструкций из титановых сплавов. Начиная с «Десятого пятилетнего плана», моя страна самостоятельно разработала среднепрочный и высокопрочный титановый сплав TC4-DT и высокоустойчивый к повреждениям титановый сплав TC21 и титановый сплав с высокой устойчивостью к повреждениям и установил β обработки устойчивого к повреждениям титанового сплава. технология, которая заложила основу технологии применения материалов для разработки новых летательных аппаратов в моей стране. В целях удовлетворения потребностей в разработке титановых сплавов для авиационных и аэрокосмических конструкций моя страна самостоятельно разработала низкопрочные и высокопрочные проволочные титановые сплавы (NiTi) и трубные сплавы (TA18), сверхвысокопрочные титановые сплавы серии 1300MPa-2000Mpa (TB8, TB9, TB20) и т.д., первоначально была сформирована новая система материалов из титановых сплавов с китайскими характеристиками для авиационных конструкций, создано новое поколение титановых сплавов для авиационных и аэрокосмических конструкций. Конкретные показатели показаны в таблице 1

Основные технические показатели типичных конструкционных титановых сплавов

Ti-6Al-4V (TC4) - это среднепрочный α-β титановый сплав, разработанный в начале 1960-х годов. Он обладает отличными комплексными свойствами и известен как универсальный сплав. Это самый ранний и наиболее широко используемый сплав общего назначения для авиационных и аэрокосмических сооружений. Титановые сплавы, включая пластины, прутки и поковки и т.д. Сплав обладает хорошими сварочными и обрабатываемыми свойствами, а мелкозернистый сплав обладает сверхпластичностью, а сложные компоненты могут быть изготовлены комбинированным процессом сверхпластичного формования/диффузионного связывания (SPF/DB). Высокопрочные структурные титановые сплавы обычно относятся к сплавам с прочностью на растяжение более 1000 МПа. В настоящее время к высокопрочным титановым сплавам, которые представляют собой международный передовой уровень и практически используются в авиации, в основном относятся метастабильные сплавы β типа Ti-15-3, β21S, сплав типа β Ti-1023 и двухфазный титановый сплав типа α-β BT22. Использование высокопрочного конструкционного титанового сплава для замены высокопрочной конструкционной стали 30CrMnSiA, обычно используемой в авиационных конструкциях, может снизить вес более чем на 20%.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) - это высокопрочный, высокопрочный, устойчивый к повреждениям двухфазный титановый сплав, разработанный в 1970-х годах. После термомеханической обработки сплав обладает преимуществами высокой прочности, хорошей устойчивости к повреждениям и отличной устойчивости к усталостному росту трещин, а также подходит для изготовления высокопрочных и высокопрочных несущих компонентов. Добавляя Элемент Si, сплав сохраняет высокую прочность при температуре среды, что лучше, чем Ti-6Al-4V. Лист сплава может быть сверхпластически сформирован при комнатной температуре.

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) - это высокопрочный, высокопрочный почти бета-титановый сплав, разработанный в конце 1970-х годов. Сплав имеет преимущества высокой удельной прочности, хорошей ударной вязкости, большой площади упрочнения, малой анизотропии, хорошей ковочной способности и сильной коррозионной стойкости, а также имеет много преимуществ метастабильного β титанового сплава без потери α-β титанового сплава. Характеристики твердотельного решения могут соответствовать требованиям устойчивости к повреждениям конструкции и высокой структурной эффективности, высокой надежности и низкой стоимости. Максимальная рабочая температура составляет 320 °С. Основными изделиями из этого сплава являются прутки, поковки, толстые плиты и профили. Благодаря термической обработке раствора и старения может быть достигнуто хорошее соответствие прочности, пластичности и ударной вязкости на разрыв, и оно подходит для изготовления конструкционных деталей с высокими требованиями к прочности и ударной вязкости. Отличная ударная вязкость и низкая скорость роста трещин могут быть получены термомеханической обработкой, которая подходит для конструкций с высокими требованиями к прочности на разрушение.