Noten und Anwendungen von Titan- und Titanlegierungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie

1.α-Legierungen umfassen kommerziell reines Titan (CP) und Titanlegierungen, die nur α-stabile Elemente und/oder neutrale Elemente enthalten.

1.1 Industrial Pure Titanium

Industrial Pure Titanium besteht hauptsächlich aus eng gepackten hexagonalen Kristallen (HCP) α-Phase, während aufgrund von verbleibenden Verunreinigungen durch Schwamm-Titan-Rohstoffe oder durch künstliche Zugabe von Fe-Elementen auch industrielles reines Titanium eine kleine Menge von (<5% enthält (<5%) enthält (<5% ) β-Phase entsprechend der Zugfestigkeit gemäß 240-550 mPa, die in 4 Klassen unterteilt sind (G1, G2, G3 und G4 in ASTM-Standards), desto höher ist die Sauerstoffkonzentration, die eine intermittierende Feststoffverstärkung spielen kann Je höher die Stärke. Luft- und Raumfahrttitan

CP Titanium wird hauptsächlich in Bereichen verwendet, die eine gute Korrosionsbeständigkeit und Schweißeigenschaften erfordern, aber keine hohen Anforderungen an die Stärke haben. Im Luftfahrtfeld wird CP Titanium hauptsächlich in Luftheizrohre für Flügel -Hauptdeisensysteme, Kabinenumweltkontrollsystemrohre, Hydraulikrohre und verschiedene Klemm- und Unterstützungsgeräte verwendet.

1,2 Titanlegierung Ti-5al-2.5Sneli

Eine weitere Klasse von Titanlegierungen vom α-Typ enthält das α-stabile Element AL und das neutrale Legierungselement SN, um eine höhere Stärke als CP zu erhalten. Zu den häufigsten Titanlegierungen vom α-Typ im Luftfahrtbereich gehören Ti-5al-2.5SN-ELI (extra niedriger interstitialer, ultra-niedriger Intervall), entwickelt von Russland und den Vereinigten Staaten, und die russische Marke ist BT5-1. Basierend auf der gemeinsamen Titanlegierung Ti-5al-2.5SN verbessert die Legierung ihre Stärke und Zähigkeit bei extrem niedrigen Temperaturen erheblich, indem sie den Gehalt an intermittierenden Elementen verringert und immer noch eine gute Zähigkeit und eine geringe thermische Leitfähigkeit bei 20 K (-250 ℃) niedriger Treemtemperatur aufweist Bedingungen, die hauptsächlich in Lowperaturgefäßen, Low-Temperatur-Rohrleitungen und Flüssigkeits-Raketen-Turbinen-Pumpen-Laufrad verwendet werden.

2 Nahe Alpha-Titan-Legierung und ihre Anwendung

Diese Legierungen enthalten hauptsächlich Al, SN und Zr und kleine Mengen (nicht mehr als 2% nach Gewicht) von niedrig diffusen β-stabilen Elementen wie MO oder NB, V und SI (nicht mehr als 0,5%). Die Zugabe von MO oder NB kann eine kleine Menge der zurückgehaltenen β -Phase bei Raumtemperatur stabilisieren, um eine bestimmte Stärkung der Rolle zu spielen.

Nahe Alpha-Titanlegierungen sind bei Raumtemperatur nicht so stark wie α+β- oder β-Legierungen, haben jedoch eine überlegene Resistenz gegen hohe Temperaturkriechen, was für Hochtemperaturanwendungen besonders wichtig ist, da sie bei hohen Temperaturen eine ausreichende Festigkeit aufrechterhalten können.

Die Hauptqualität von Nah-Alpha-Titanlegierungen, die am häufigsten in der Luft- und Raumfahrtanwendungs- und Luftfahrtindustrie verwendet werden, umfassen Ti-3-2.5, Ti-6-2-4-2s, Ti-1100, IMI834 und BT-36.

(1) Ti-3al-2.5V (Ti-3-2.5). Ti-3Al-2.5V ist eine in den USA entwickelte Titanlegierung vom Typ Titan, das bei Raumtemperatur und hoher Temperatur 20% bis 50% stärker ist als rein . Bei Boeing wird der Ti-3-2.5 für alle hydraulischen Rohrleitungen im Flugzeug verwendet, mit Ausnahme der hydraulischen Rohrleitungen, die das Hauptfahrwerk ansteigt. Eine große Anzahl von Öldruckrohrleitungen am Weltraum-Shuttle ist mit Ti-3Al-2.5-V-nahtlosen Legierungsrohren ausgestattet, wodurch das Gewicht der Rohrleitungen um 40%verringert werden kann.

(2) Ti-6Al-2SN-4ZR-2MO-0.08SI (TI-6-2-4-2S). Aufgrund der hohen Temperaturkriegerfestigkeit einer Titanlegierung vom Typ α -Typ ist besser als α+β -Legierung. In modernen Motoren verwendet Kompressorblätter zwei in Flugzeugen verwendete Titanmaterial. Die Gastemperatur vorderen Blatt ist niedriger als 300 ℃, das Material ist ti. -6-4, der Rest des Endstadienmaterials, ist eine hohe Kriechstärke-Legierung Titan 6242 und Titan 6246, kann mit bis zu 540 ℃ verwendet werden. In den 1970er Jahren entwickelte die US RMI (Reactive Metals Inc) eine Ti-6242S-Legierung mit einer Temperatur von mehr als 500 ° C, indem SI-Elemente hinzugefügt wurden. Durch die Verfeinerung von β -Körnern zur Kontrolle der Akikularstruktur werden sowohl die Ermüdungsstärke als auch die Kriechstärke der Legierung erreicht, so dass sie eine hohe Festigkeit, eine hohe Steifheit, eine Kriechwiderstand und eine gute thermische Stabilität bei 565 ℃ aufweist und in Turbinenmotorkomponenten weit verbreitet ist . Abbildung 2 zeigt den 3-9-Grad-Titan-Kompressorrotor.

(3) Ti-1100 (Ti-6Al-2.75 SN-4ZR-0,4MO-0.45SI-0,7O2-0.2FE). Ti-1100 fast α High Temperatur Titanium Legierung ist der Zeitplan, um den Bedürfnissen neuer Aero-Motoren für Hochtemperatur-Titan-Legierung mit hoher Kriechwiderstand und hoher Frakturbeschwerde zu erfüllen und in den 1980er Jahren entwickelt. Die Verwendung der Verwendung von Temperatur kann 593 ℃ erreichen, sie wird derzeit im Lycoming T55-712-Motor verwendet.

(4) Ti-5.8 AL-4SN-3,5ZR-0,5MO-0,7NB-0.35SI-0,06C (IMI834). IMI834 ist ein von Rolls-Royce (der größter Aero-Motorenunternehmen in Europa) entwickelter Motor Superalloy, und die Arbeitstemperatur kann derzeit 600 ° C erreichen. Derzeit wird es im Allgemeinen als die höchste Temperatur in der Nähe von Alpha-Titan-Legierung angesehen, die gezogen wurde in die industrielle Produktion. 834 Legierung wird hauptsächlich in Aero -Motorringen, Kompressorscheiben und Klingen verwendet.

(5) Ti-6.2Al-2SN-3.6ZR-0,7 MO-0,1Y-5.0 W-0,15 Si (BT36). BT36 ist eine Titanlegierung mit einer Temperatur von 600-650 ℃, die 1992 in Russland erfolgreich entwickelt wurde. Die Legierung ersetzt 1% NB durch 5% hohen Schmelzpunkt W auf der Grundlage von BT18Y. Die Zugabe von W verbessert die Stärke, Kriechen und Haltbarkeit der Legierung bei Raumtemperatur erheblich und verbessert die thermische Stabilität der Legierung.

3α +β -Legierung und ihre Anwendung

α+β -Legierung ist bei weitem die am weitesten verbreitete Titanlegierung. Es hat einen höheren Gehalt an (4-6%) Beta-Elementen, sodass es einen höheren Beta-Phasengehalt hat als nahe Alpha-Titan-Legierungen und kann durch Wärmebehandlung eine höhere Festigkeit erzielen. Zu den Hauptverstärkungsmechanismen gehören die Aufbewahrung der metastabilen β -Phase bei Raumtemperatur und die Bildung von Martensit aus der ursprünglichen β -Phase, indem sie auf Raumtemperatur löscht. Durch Alterung einer Legierung, die eine metastabile β -Phase enthält, kann in dieser Region ein schuppiges α erzeugt werden, was die Festigkeit mit einem so geringen plastischen Verlust wie möglich erhöhen kann.

Die am häufigsten verwendete α+β-Legierung ist Ti-6Al-4V (Ti-6-4), andere α+β-Legierungen für die Luftfahrt umfassen Ti-6Al-6V-2SN (Ti-662), Ti-6AL-2SN-2ZR -2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2-2s), 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 (6-2-2-2s), 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 ist das am häufigsten verwendete Titanlegierungsmaterial mit guten umfassenden Eigenschaften, die häufig im getemperten Zustand verwendet werden, der niedrigsten Zugfestigkeit von 896 MPa (130KSI). Ti-6-4 ist eine hitzebehandelbare, verstärkte Titanlegierung mit guter Schweißbarkeit, Formbarkeit und Schmiedeneigenschaften. Es ist die wichtigste Titanlegierung, die in Rumpfstrukturteilen verwendet wird, und wird auch bei der Herstellung von Strahlmotor -Kompressorblättern, Ankörnen, Fahrwerk und Strukturteilen, Befestigungselementen, Klammern, Flugzeugzubehör, Rahmen, Stringerstrukturen und Rohrleitungen verwendet.

(2) Ti-6Al-6V-2SN (Ti-662). Die Zugfestigkeit von Ti-662 beträgt 1030 mPa, die Streckgrenze beträgt 970 mPa, die Stärke ist höher als Ti-6-4, eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Schweiß- und Verarbeitungsleistung ist mittel, in Flugzeugrumpf, Rocketmotor, Kernreaktorkomponenten, Komponenten, Komponenten, Komponenten, Komponenten, Komponenten, Komponenten, Komponenten, Komponenten, Kernreaktorkomponenten, verwendet. In den letzten Jahren nahm die Anwendung von Ölbohrungen zu.

(3) Ti-6Al-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2-2s). In den 1970er Jahren wurde von RMI entwickelt. Wird für Rumpf, Flügel, Motorstruktur verwendet. Die Legierung hat eine hohe Stärke, die Stärke von 1068 mPa im getemperten Zustand, nach der Stärkung und Alterung von Lösungen kann die maximale Stärke von 1241 mPa erreichen und eine große Schadenstoleranz aufweist und in Kampfflugzeugen wie dem Vereint häufig eingesetzt wird Staaten Luftwaffe F-22 Raptor Fighter.

(3) Ti-4Al-2SN-4MO-0.5SI (IMI550). Der von der British Imperial Metal Company (IMI) entwickelte IMI550 hat eine Zugfestigkeit von 1100 mPa, eine Streckgrenze von 940 mPa und eine Betriebstemperatur von 400 ° C für Rumpf- und Motorstrukturteile. Zuerst als kriechende Legierung in Rolls Royce Pegasus und Olympusmotoren verwendet, wurde es später in europäischen Rumpf wie Jaguar, Tornado und Airbus eingesetzt.