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

4.β lega e la sua applicazione

La lega beta è la più alta resistenza delle leghe di titanio, resistenza alla trazione fino a 1240 MPA. Dopo un rapido raffreddamento, il 100% della fase β metastabile può essere trattenuto a temperatura ambiente. Usando la temperatura e il tempo di invecchiamento diverse, è possibile controllare la dimensione e la proporzione della precipitazione della fase α nella matrice di fase β di una lega, in modo da ottenere una resistenza più alta della lega α+β e proprietà diverse possono essere ottenute selezionando l'appropriato Temperatura e tempo di invecchiamento.

Con poche eccezioni, le leghe beta non vengono utilizzate per applicazioni ad alta temperatura perché, in generale, le leghe beta diminuiscono in forza più rapidamente rispetto alle leghe quasi alfa e α+ con una temperatura crescente e non hanno la stessa resistenza di scorrimento della vicina leghe alfa.

La lega beta è utilizzata principalmente per parti strutturali con requisiti elevati di resistenza, come l'atterraggio degli aeromobili, a partire dal Boeing 777 ed è stata applicata in numerosi nuovi grandi aerei commerciali. Altri componenti usati in lega beta sui 777 e 787 includono binari, molle, puntini di fuoco, serbatoi di fuoco, morsetti e staffe e tubi di scarico.

Le leghe beta utilizzate nell'aviazione includono Ti-10v-2fe-3al, TI-5al-5Mo-5v-3Cr, TI-15v-3cr-3al-3sn, TI-6al-2SN-4ZR-6MO, TI-5al-2SN -2zr-4Mo-4Cr, TI-3Al-8v-6Cr-4Mo-4zr, TI-35V-15CR e TI-15MO-2.7NB-3al-0.2SI.

(1) TI-10V-2FE-3al (TI-10-2-3). La lega TI-10V-2FE-3AL (TI-10-2-3) è un'alta forza vicino alla lega beta sviluppata congiuntamente dalla American Timet Company, Boeing Company e Wyman-Gordon negli anni '70. È stato applicato con successo a parti strutturali chiave come raggio di cuscinetti principali, ala e albero dell'atterraggio dell'aereo. Dopo le prove sul Boeing 757, la lega è stata ufficialmente approvata per l'uso nell'ingranaggio di atterraggio del Boeing 777, come mostrato nella Figura 3. Da allora, Airbus ha anche usato il TI-10-2-3 come attrezzatura di atterraggio sulla sua A380 aereo.

(2) TI-5AL-5MO-5V-3CR (TI-5553). La lega TI-5553 è una nuova in lega di titanio ad alta resistenza e elevata vicino a β sviluppata congiuntamente dalla Sarda superiore della Russia (VSMPO) e dalla società europea Airbus Company, la sua composizione nominale è TI-5AL-5MO-5V-3CR-1ZR, che è Leggermente più alto della forza in lega TI-10-2-3 (circa 1240 MPA). Dopo il trattamento termico, la resistenza alla trazione può superare i 1500 MPA, con alcuni vantaggi delle prestazioni di elaborazione e una migliore intensità. È particolarmente adatto per la produzione di grandi componenti di cuscinetti come giunti ala/gancio, giunti di atterraggio/ala e parti del cambio di atterraggio. La lega TI-5553 viene utilizzata per la maggior parte degli attrezzi di atterraggio del nuovo aereo 787 di Boeing, e viene utilizzata anche per le parti del carrello di atterraggio di Airbus A350-1000.

(3) TI-15V-3CR-3SN-3AL (TI-15-3-3-3). TI-15-3-3-3 è una lega di titanio di tipo β metastabile sviluppata negli Stati Uniti negli anni '70. Dopo il trattamento a 800 ℃ 30 Minac+540 ℃ 8HAC, la resistenza alla trazione a temperatura ambiente ha raggiunto 1100 MPA e l'allungamento era ancora superiore al 9%. La lega ha un'eccellente duttilità a compressione, proprietà di formabilità e saldatura a freddo ed è un materiale ideale per i componenti dell'aviazione. È usato principalmente come parti strutturali di fusoliera e dispositivi di fissaggio dell'aviazione e può anche essere utilizzato per realizzare molle, come mostrato nella Figura 4. L'uso del beta titanio anziché le molle in acciaio può ottenere una riduzione del peso del 70%.

(4) Ti-6al-2SN-4ZR-6MO (TI-6-2-4-6). Il titanio 6246 è un alto contenuto di MO in lega di titanio ad alta temperatura sviluppata per orari negli anni '60, con resistenza ad alta temperatura (usando la temperatura a 420 ° C), buona resistenza, resistenza alla corrosione, saldatura e proprietà di elaborazione. La bassa resistenza alla fatica del ciclo della lega dopo l'invecchiamento della soluzione o la doppia ricottura è ovviamente superiore a quella della corrispondente lega Ti-6al-4v e ha una resistenza alla più alta temperatura e resistenza istantanea, aerospaziale in lega di titanio, che può essere utilizzata per produrre dischi e pale del compressore del motore a turbina.

(5) TI-5al-2SN-2ZR-4MO-4CR (TI-17). TI-17 è la società elettrica generale degli Stati Uniti nei primi anni '70, iniziò a ricercare e sviluppare in lega di tipo β, alta resistenza, buona tenacità, a temperatura ambiente di resistenza di 1137 ~ 1166mpa, resistenza alla trazione di 1196 ~ 1235mpa, allungamento di più dell'8%. Allo stesso tempo, ha una buona crescita di crepe/resistenza alla fatica e tenacità della frattura. Viene utilizzato principalmente per alcuni disco della ventola del motore di aeromobili di grandi dimensioni e disco del motore a pressione dell'aria con elevati requisiti di resistenza. La società elettrica generale degli Stati Uniti e la Wyman Gordon Company hanno utilizzato la lega Ti-17 per produrre disco per disco del motore e del rotore di elicotteri. Kobe Steel del Giappone ha anche iniziato a sviluppare la lega e utilizzato nella produzione di dischi del motore.

(6) TI-3AL-8V-6CR-4MO-4ZR (β-C). β-C è una lega β-titanio metastabile sviluppata da RMI nel 1969. La lega contiene una soluzione più solida, la resistenza alla trazione può raggiungere 1240 MPa, a causa dell'elevata resistenza, le sue proprietà di tolleranza in plastica e perdite (resistenza alla frattura e tasso di crescita della crepa da fatica) inferiore a α+β in lega, quindi non è comunemente usato nei componenti critici portanti a carico, solitamente utilizzati come molle aeronautiche, dispositivi di fissaggio, connettori e componenti missilistici.

La ricerca mostra che l'aggiunta di una piccola quantità di C (0,1%) a β-C e la conduzione di una certa deformazione fredda prima che l'invecchiamento può accelerare la precipitazione della fase α durante l'invecchiamento, ridurre la formazione del limite di grano α (GB-α) e Promuovere il perfezionamento del grano e mantenere una buona duttilità, ottenendo una forza fino a 1500 MPA.

(7) TI-35V-15CR (lega C). C'è solo una vera lega beta (stabile) con applicazione commerciale limitata, lega C, nominalmente TI-35V-15CR-0.05C, prodotta da Pratt e Whitney, Inc. una delle due maggiori società manifatturiere degli aeromobili negli Stati Uniti) sviluppato. A causa dell'elevato contenuto della lega stabilizzata β, la lega C non si decompone la fase β nella fase α+β alla temperatura di servizio, come fanno le leghe β normali. La lega ha una proprietà di trazione di 1071 MPA a temperatura ambiente, una resistenza alla snervamento di 1023 MPa, un allungamento di 14,7 e una temperatura di scorrimento di 540 ℃ e viene utilizzata da Pratt & Whitney come sistema di scarico per motori militari a causa del suo incendio Proprietà di protezione (non combustione). Altre leghe di titanio bruceranno a portate di massa elevate (come il flusso d'aria del motore a reazione) e il "carburante" per la combustione è titanio e alluminio, che sono essenziali in quasi tutte le leghe di titanio.

(8) T I-1 5 M O-2.7 N B-3 AL-0.2 S I (β-21 1 s). β-21S (TI-15MO-2.7NB-3Al-0.2SI) è una nuova β-alloa altissima resistenza sviluppata dal tempo. La lega ha un'alta resistenza e una buona plasticità e attraverso il trattamento termico, invecchiando a un livello di resistenza molto elevato (resistenza alla trazione> 1450 MPA), la plasticità è ancora mantenuta a livello di TI-1023. β-21s ha importanti proprietà antiossidanti durante l'elaborazione e l'uso, rendendolo più adatto per l'elaborazione in fogli sottili. I β-21 possono resistere a temperature più elevate rispetto ad altre leghe β e la temperatura di lavoro a lungo termine può raggiungere 540 ℃.

A causa della sua migliore resistenza alle alte temperature, questa lega può essere usata come vertebre di coda aerodinamica, come mostrato nella Figura 5, in cui l'ugello è esposto allo scarico del motore. La sostituzione della lega a base di nichel con β-21 può ridurre notevolmente il peso dell'ugello e delle vertebre di coda.

Perorazione

L'analisi delle leghe di titanio e titanio aerospaziale americano ed europeo mostra che negli ultimi anni la lega di titanio ad alta temperatura, la lega di titanio ad alta temperatura, l'alta resistenza e l'alta tenacia β in lega di titanio, in lega di titanio a fiamma e in lega di tolleranza ai danni sviluppati all'estero è stato ampiamente utilizzato nel campo aerospaziale, che rappresenta la direzione di sviluppo dei materiali in lega di titanio ad alte prestazioni aerospaziale.

(1) lega di titanio ad alta temperatura. Le leghe di titanio ad alta temperatura sviluppate negli anni '50 sono rappresentate dalla lega TI-6Al-4V sviluppata negli Stati Uniti, che è adattata a una temperatura di 300-350 ° C. Le leghe di titanio ad alta temperatura sviluppate in seguito sono principalmente vicino vicino principalmente vicino vicino principalmente vicino principalmente principalmente principalmente principalmente principalmente principalmente per Tipo α, rappresentato da TI-6-2-4-2S e TI-1100 sviluppati negli Stati Uniti, IMI834 sviluppati nel Regno Unito e BT-36 sviluppati in Russia e la temperatura è alta fino a 600 ℃. Le leghe di titanio ad alta temperatura sono state ampiamente utilizzate nei motori aerodinamici a causa della loro eccellente resistenza termica e di elevata resistenza specifica. Un'altra tendenza di sviluppo delle leghe di titanio ad alta temperatura è la lega di alluminio in titanio, cioè i composti intermetallici Ti3al (α2) e TIAL (ϒ) basati su titanio e alluminio, di cui la lega ha una resistenza ad alta temperatura di 725 ℃. La lega di alluminio in titanio è diventato il materiale più competitivo per i futuri motori aeronautici e le parti strutturali degli aeromobili.

(2) lega di titanio a bassa temperatura. Alcune leghe di titanio e titanio possono mantenere le loro proprietà meccaniche originali a temperature basse e ultra-basse. Gli studi sulle leghe di titanio a bassa temperatura negli Stati Uniti si concentrano principalmente sul tipo α TI-5al-2.5SN Eli e α+β TI-6AL-4V Eli. Riducendo il contenuto di elementi intermittenti, le due leghe di titanio mantengono una buona forza e tenacità a temperatura estremamente bassa di 20k. Utilizzato in vasi criogenici, tubi criogenici e giranti per motori a razzo liquido.

(3) lega di titanio ad alta resistenza. Le leghe di titanio ad alta resistenza si riferiscono generalmente a leghe di titanio con resistenza alla trazione superiore a 1.000 MPA e le leghe di titanio ad alta resistenza straniere sono sviluppate principalmente negli Stati Uniti e nella Russia. La lega beta è la più alta lega di titanio, che attualmente rappresenta il livello avanzato internazionale e nel campo dell'aviazione per ottenere applicazioni pratiche in lega di titanio ad alta resistenza principalmente in lega di titanio β, come gli Stati Uniti TI-10-2-3, TI-15-3-3-3 e β-21S, Russia TI-5-5-5-1-1, ecc. È utilizzato principalmente per parti strutturali con elevati requisiti di resistenza, come carrello di atterraggio aeromobili e parti di fusoliera.

(4) lega di titanio ritardante di fiamma. Al fine di risolvere il problema della "combustione del titanio" dei materiali in lega di titanio per i motori dell'aeromobile per soddisfare le esigenze di motori ad alto rapporto spinta-peso, gli Stati Uniti e la Russia hanno effettuato lo sviluppo delle leghe di titanio ritardanti di fiamma dagli anni '70. La lega di titanio ritardante di fiamma comprende principalmente due sistemi in lega: la lega del sistema TI-V-CR degli Stati Uniti (T-35V-15CR); La serie Ti-Cu-Al russa è BTT-1 e BTT-3. [3] La lega C è una lega di titanio ritardante di fiamma β stabile con spazio elevato e resistenza ad alta temperatura, buona resistenza al creep, eccellente resistenza a fatica e formabilità fredda, che è stata applicata con successo all'involucro del compressore ad alta pressione, alla lama di guida e al vettore ugello di coda del motore F119.

Tolleranza ai danni in lega di titanio. Al fine di soddisfare i requisiti di nuovi aerei su resistenza specifica per materiale, resistenza alla fatica, crescita delle crepe, resistenza alla frattura, costi del ciclo di vita e altre proprietà complete, leghe di titanio a tolleranza ai danni con alta tenacità di frattura e basso tasso di crescita delle crepe all'estero. È rappresentato dalle leghe α+β TI-6AL-4V Eli e TI-6-2-2-2-2-2-2-2S sviluppate negli Stati Uniti. TI-6Al-4V Eli è una lega di titanio a tolleranza al danno di media resistenza e TI-6-2-2-2-2S è una lega di titanio a tolleranza al danno ad alta resistenza, che è stata ampiamente utilizzata nei jet da combattimento F-22 in gli Stati Uniti.