Gradi e applicazioni di leghe di titanio e titanio nell'industria aerospaziale

1. (Le leghe includono leghe di titanio (CP) e titanio commercialmente puro contenenti solo elementi α-stabili e/o elementi neutri.

1.1 Titanio puro industriale

Il titanio puro industriale è composto principalmente da cristalli esagonali raggruppati (HCP) α, mentre a causa delle impurità residue da materie prime in titanio di spugna o aggiunta artificiale di elementi Fe, anche il titanio puro industriale contiene una piccola quantità di (<5% ) fase β, secondo la resistenza alla trazione secondo 240-550MPA divisa in 4 gradi (G1, G2, G3 e G4 negli standard ASTM), maggiore è il grado, maggiore è la concentrazione di ossigeno che può giocare un rafforzamento di soluzione solida intermittente, quindi Maggiore è la forza. titanio aerospaziale

Il titanio CP è utilizzato principalmente in aree che richiedono una buona resistenza alla corrosione e proprietà di saldatura, ma non hanno requisiti elevati di resistenza. Nel campo dell'aviazione, il titanio CP viene utilizzato principalmente nei tubi di riscaldamento dell'aria per i sistemi di deicing del bordo anteriore delle ali, tubi del sistema di controllo ambientale della cabina, tubi idraulici e vari dispositivi di serraggio e supporto.

1.2 in lega di titanio ti-5al-2.5sneli

Un'altra classe di leghe di titanio di tipo α contiene l'elemento α-stabile AL e l'elemento in lega neutra SN al fine di ottenere una resistenza più elevata di CP. Le leghe di titanio di tipo α più comuni nel campo dell'aviazione includono TI-5al-2.5sn Eli (intervallo interstiziale extra basso, ultra-bassa), sviluppato dalla Russia e dagli Stati Uniti, e il marchio russo è BT5-1. Sulla base della lega di titanio comune TI-5al-2.5sn, la lega migliora significativamente la sua resistenza e tenacità a temperature estremamente basse riducendo il contenuto di elementi intermittenti e ha ancora una buona durezza e una bassa conducibilità termica a 20K (-250 ℃) a bassa temperatura Condizioni, utilizzate principalmente in vasi a bassa temperatura, condutture a bassa temperatura e girante per pompa a turbina a motore a razzo liquido.

2 lega di titanio quasi alfa e la sua applicazione

Queste leghe contengono principalmente AL, SN e Zr e piccole quantità (non più del 2% in peso) di elementi β a bassa diffusione come Mo o Nb, V e Si (non più dello 0,5%). L'aggiunta di MO o NB può stabilizzare una piccola quantità di fase β trattenuta a temperatura ambiente per svolgere un certo ruolo di rafforzamento.

Le leghe di titanio quasi alfa non sono forti come le leghe α+β o β a temperatura ambiente, ma hanno una resistenza superiore al creep ad alta temperatura, il che è particolarmente importante per applicazioni ad alta temperatura perché possono mantenere una resistenza sufficiente ad alte temperature.

I principali gradi di leghe di titanio quasi alfa più comunemente usate nell'industria dell'applicazione aerospaziale e dell'aviazione includono TI-3-2.5, TI-6-2-4-2S, TI-1100, IMI834 e BT-36.

(1) Ti-3al-2.5V (TI-3-2.5). TI-3Al-2.5V è una lega di titanio di tipo quasi alfa sviluppata negli Stati Uniti, che è dal 20% al 50% più forte del titanio puro a temperatura ambiente e ad alta temperatura, ed è adatto per i sistemi idraulici e di tubatura idraulica e del carburante del motore . A Boeing, il TI-3-2.5 viene utilizzato per tutte le tubazioni idrauliche nell'aeromobile, ad eccezione delle tubazioni idrauliche della baia del cambio di atterraggio che guida il carrello di atterraggio principale. Un gran numero di condutture di pressione dell'olio sulla navetta dello spazio sono dotate di tubi in lega senza cuciture TI-3Al-2,5 V, che possono ridurre il peso delle condutture del 40%.

(2) Ti-6al-2SN-4ZR-2MO-0.08SI (TI-6-2-4-2S). A causa della resistenza allo scorrimento ad alta temperatura della lega di titanio quasi α è migliore della lega α+β, nei motori moderni, le pale del compressore utilizzano due materiali in titanio utilizzati in aeromobili, la temperatura del gas della lama anteriore è inferiore a 300 ℃, il materiale è TI -6-4, il resto del materiale dello stadio finale è in lega di titanio 6242 e titanio 6246, in lega finale, può essere utilizzato fino a 540 ℃. Negli anni '70, l'RMI USA (Reactive Metals Inc) ha sviluppato la lega TI-6242S con una temperatura di oltre 500 ℃ aggiungendo elementi SI. Raffinando i grani β per controllare la struttura acicolare, si ottengono sia la resistenza alla fatica che la resistenza allo scorrimento della lega, in modo che abbia una resistenza elevata, un'elevata rigidità, una resistenza al creep e una buona stabilità termica a 565 ℃ ed è ampiamente utilizzato nei componenti del motore a turbina . La Figura 2 mostra il rotore del compressore in titanio 3-9 di grado.

; TI-1100 La lega di titanio ad alta temperatura quasi α è un orario per soddisfare le esigenze dei nuovi motori aerodinamici per la lega di titanio ad alta temperatura ad alta resistenza e resistenza alla frattura e sviluppata negli anni '80, la lega è in realtà lo sviluppo di TI-6242SI, è L'uso della temperatura può raggiungere 593 ℃, è attualmente utilizzata nel motore Lycoming T55-712.

(4) TI-5.8 AL-4SN-3.5ZR-0.5MO-0.7NB-0.35SI-0.06C (IMI834). IMI834 è una SuperAlloy del motore sviluppata da Rolls-Royce (la più grande società aerodinamica in Europa) e la temperatura di lavoro può raggiungere i 600 ° C. Attualmente, è generalmente considerata la temperatura più alta vicino alla lega di alfa in titanio che è stato messo nella produzione industriale. 834 La lega è utilizzata principalmente in anelli aerodinamici, dischi compressori e lame.

(5) TI-6.2al-2SN-3.6ZR-0.7 MO-0.1Y-5.0 W-0.15 SI (BT36). BT36 è una lega di titanio con una temperatura di 600-650 ℃ sviluppata con successo in Russia nel 1992. La lega sostituisce l'1% di NB con punto di fusione alto al 5% sulla base di BT18Y. L'aggiunta di W migliora significativamente la forza, il creep e la durata della lega a temperatura ambiente e migliora la stabilità termica della lega.

3α +β in lega e la sua applicazione

La lega α+β è di gran lunga la lega di titanio più utilizzata. Ha un contenuto più elevato di elementi beta (4-6%), quindi ha un contenuto di fase beta più elevato rispetto alle leghe di titanio quasi alfa e può ottenere una resistenza più elevata attraverso il trattamento termico. I principali meccanismi di rafforzamento includono la ritenzione della fase β metastabile a temperatura ambiente e la formazione di martensite dalla fase β originale mediante tempra a temperatura ambiente. Invecchiando una lega contenente una fase β metastabile, in questa regione può essere generato un α traballante, che può aumentare la forza con la minor perdita di plastica possibile.

La lega α+β più comunemente usata è TI-6AL-4V (TI-6-4), altre leghe α+β per l'aviazione includono Ti-6al-6v-2Sn (TI-662), TI-6al-2Sn-2zr -2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2S), TI-6Al-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2S), TI-6AL-6V-2SN (TI-662), TI-6Al-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2S), TI-6AL-6V-2SN (TI-6V-2SN), TI-6al-2SN -2zr-2mo-2cr-0.2si. IMI550 (TI-4Al-2SN-4MO-0.5SI).

(1) Ti-6al-4v (TI-6-4). TI-6-4 è il materiale in lega di titanio più utilizzato, con buone proprietà complete, spesso utilizzate nello stato ricotto, la più bassa resistenza alla trazione di 896 MPA (130ks). TI-6-4 è una lega di titanio rafforzata per il calore con buona saldabilità, formabilità e proprietà di forgiatura. È la lega di titanio principale utilizzata nelle parti strutturali della fusoliera ed è anche utilizzata nella produzione di lame del compressore a motore a getto, giranti, carrelli di atterraggio e parti strutturali, elementi di fissaggio, staffe, accessori aeronautici, cornici, strutture stringhe, tubazioni.

(2) Ti-6al-6v-2sn (TI-662). La resistenza alla trazione di TI-662 è 1030MPa, la resistenza alla snervamento è di 970 MPA, la resistenza è superiore a TI-6-4, eccellenti resistenza alla corrosione, prestazioni di saldatura e lavorazione sono utilizzate in fusoliera di aeromobili, motore a razzo, componenti del reattore nucleare, Negli ultimi anni, l'applicazione della perforazione petrolifera è aumentata.

(3) TI-6Al-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2-2S). Sviluppato da RMI negli anni '70, 6-2-2-2s ha una resistenza eccellente, resistenza alla frattura, proprietà ad alta temperatura, nonché una buona macchinabilità e saldabilità per parti strutturali spesse. Utilizzato per fusoliera, ala, struttura del motore. La lega ha un'alta resistenza, la forza di 1068 MPA nello stato ricotto, dopo il rafforzamento della soluzione e l'invecchiamento, può raggiungere la massima resistenza di 1241 MPA e ha una grande tolleranza al danno ed è ampiamente utilizzato nelle parti strutturali di combattimento, come gli Stati Uniti Fighter Air Force F-22 Raptor.

(3) Ti-4al-2SN-4MO-0.5SI (IMI550). L'IMI550, sviluppato dalla British Imperial Metal Company (IMI), ha una resistenza alla trazione di 1100 MPA, una resistenza alla snervamento di 940 MPA e una temperatura operativa di 400 ℃ per le parti strutturali della fusoliera e del motore. Usato per la prima volta come lega resistente al creep nei motori Rolls Royce Pegasus e Olympus, fu successivamente utilizzato in fuseli di aerei civili e militari europei come Jaguar, Tornado e Airbus.