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

4.β -Legierung und ihre Anwendung

Beta -Legierung ist die höchste Stärke von Titanlegierungen, Zugfestigkeit von bis zu 1240 mPa. Nach der schnellen Abkühlung können 100% der metastabilen β -Phase bei Raumtemperatur beibehalten werden. Durch die Verwendung unterschiedlicher Alterungstemperatur und -zeit können die Größe und der Anteil der α -Phasenausfällung in der β -Phasenmatrix einer Legierung kontrolliert werden, um eine höhere Festigkeit als α+β -Legierung zu erhalten, und verschiedene Eigenschaften können erhalten werden Alterungstemperatur und Zeit.

Mit wenigen Ausnahmen werden Beta-Legierungen für Hochtemperaturanwendungen nicht verwendet, da im Allgemeinen Beta-Legierungen die Stärke schneller abnehmen Alpha -Legierungen.

Die Beta -Legierung wird hauptsächlich für Strukturteile mit hohen Festigkeitsbedürfnissen wie Flugzeugfahrwerksgeräten verwendet, beginnend mit dem Boeing 777, und in einer Reihe neuer großer kommerzieller Flugzeuge angewendet. Weitere Komponenten, die in Beta -Legierung auf der 777 und 787 verwendet werden, sind Klappenschienen, Federn, APU -Streben, Feuertanks, Klemmen und Klammern und Auspuffrohre.

Die in der Luftfahrt verwendeten Beta-Legierungen umfassen 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 und TI-15MO-2.7NB-3Al-0.2SI.

(1) TI-10V-2FE-3Al (TI-10-2-3). Die TI-10V-2Fe-3al (TI-10-2-3) Legierung ist in den 1970er Jahren eine hohe Stärke in der Nähe der Beta-Legierung, die von der American Timet Company, der Boeing Company und Wyman-Gordon gemeinsam entwickelt wurde. Es wurde erfolgreich auf wichtige Strukturteile wie den Hauptlagerstrahl, den Flügel und die Schacht des Flugzeugfahrwerks angewendet. Nach Versuchen über die Boeing 757 wurde die Legierung offiziell für den Einsatz im Fahrwerk des Boeing 777 zugelassen, wie in Abbildung 3 gezeigt. Seitdem hat Airbus den TI-10-2-3 auch als Fahrwerk auf seinem A380 verwendet Flugzeug.

(2) Ti-5Al-5MO-5V-3CR (TI-5553). Die Ti-5553-Legierung ist eine neue hochfeste und hohe Hochtätigkeit in der Nähe der β-Titan-Legierung, die gemeinsam von Russlands oberem Sarda (VSMPO) und European Airbus Company entwickelt wurde. etwas höher als TI-10-2-3 Legierungsstärke (ca. 1240 mPa). Nach der Wärmebehandlung kann die Zugfestigkeit 1500 MPa überschreiten, mit bestimmten Vorteilen für Verarbeitungsleistung und besserer Härtbarkeit. Es eignet sich besonders für die Herstellung großer Lagerkomponenten wie Flügel-/Kleiderbahnen, Fahrwerks-/Flügelverbindungen und Fahrwerksteile. Die Ti-5553-Legierung wird für die meisten Teile des Fahrwerks von Boeings neuen 787-Flugzeugen verwendet und auch für die Fahrwerkteile von Airbus A350-1000 verwendet.

(3) TI-15V-3CR-3SN-3Al (TI-15-3-3-3). TI-15-3-3-3 ist eine metastabile Titanlegierung vom Typ β in den 1970er Jahren, die in den USA entwickelt wurde. Nach der Behandlung bei 800 ℃ 30 minaz+540 ℃ 8HAC erreichte die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur 1100 MPa und die Dehnung lag immer noch über 9%. Die Legierung verfügt über eine hervorragende Kompressions Duktilität, Erkältungsformbarkeit und Schweißeigenschaften und ist ein ideales Material für Luftfahrtkomponenten. Es wird hauptsächlich als Rumpfstruktur und Luftfahrtbefestigungen verwendet und kann auch zur Herstellung von Federn verwendet werden, wie in Abbildung 4 gezeigt. Unter Verwendung von Beta -Titan anstelle von Stahlfedern kann eine Gewichtsreduzierung von 70% erzielt werden.

(4) Ti-6Al-2SN-4ZR-6MO (TI-6-2-4-6). Titan 6246 ist eine Hochtemperatur mit hoher Titanlegierung mit hoher MO -Gehalt, die in den 1960er Jahren vom Zeitpunkt entwickelt wurde, mit hoher Temperaturbeständigkeit (unter Verwendung der Temperatur bei 420 ° C), einer guten Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schweiß- und Verarbeitungseigenschaften. Die Ermüdungsfestigkeit der Niedrigzyklus der Legierung nach dem Altern oder der doppelten Glühen der Lösung ist offensichtlich höher als die der entsprechenden Ti-6Al-4V Turbinenmotor -Kompressorscheiben und Klingen.

(5) Ti-5al-2SN-2ZR-4MO-4CR (TI-17). TI-17 ist die US-amerikanische General Electric Company in den frühen 1970er Jahren begann zu erforschen und zu entwickeln mehr als 8%. Gleichzeitig hat es ein gutes Crack -Wachstum/Müdigkeitsbeständigkeit und Frakturzähigkeit. Es wird hauptsächlich für eine neu entwickelte große Lüfterscheibe und Luftdruckmotorscheibe mit hohem Festigkeitsanforderungen verwendet. Die United States General Electric Company und Wyman Gordon Company nutzte die TI-17-Legierung, um Motorscheiben und Hubschrauber-Rotor-Klemmwelle herzustellen. Japans Kobe Steel begann auch mit der Entwicklung der Legierung und der Herstellung von Motorscheiben.

(6) Ti-3Al-8V-6CR-4MO-4ZR (β-C). β-C ist eine metastabile β-Titan-Legierung, die 1969 von RMI entwickelt wurde. Die Legierung enthält eine festere Lösung, die Zugfestigkeit kann 1240 MPa aufgrund hoher Festigkeit, ihrer Kunststoff- und Verlusttoleranzeigenschaften (Frakturstärke und Ermüdungsrisswachstumsrate) erreichen niedriger als α+β-Legierung, daher wird sie nicht üblicherweise in kritischen tragenden Komponenten verwendet, die normalerweise als Flugzeugfedern, Befestigungselemente, Anschlüsse und Raketenkomponenten verwendet werden.

Die Untersuchung zeigt, dass die Zugabe einer geringen Menge an C (0,1%) zu β-C und der Durchführung einer bestimmten Kaltverformung vor dem Altern den Ausfällung der α-Phase während des Alterns beschleunigen kann, die Bildung der Korngrenze α (GB-α) und die Bildung der Korngrenze verringern und Fördern Sie die Verfeinerung der Getreide und erhalten Sie eine gute Duktilität, während Sie eine Stärke von bis zu 1500 mPa erhalten.

(7) Ti-35V-15cr (Legierung C). Es gibt nur eine echte (stabile) Beta-Legierung mit begrenzter kommerzieller Anwendung, Legierung C, Nominal Ti-35V-15CR-0,05C, hergestellt von Pratt und Whitney, Inc. Eines der beiden größten Flugzeugmotoren-Produktionsunternehmen in den USA) entwickelt. Aufgrund des hohen Gehalts der β-stabilisierten Legierung zersetzt Legierung C die β-Phase nicht in die α+β-Phase bei Servicetemperatur, wie es normale β-Legierungen tun. Die Legierung hat eine Zugeigenschaft von 1071 mPa bei Raumtemperatur, eine Streckgrenze von 1023 MPa, eine Dehnung von 14,7 und eine Kriechtemperatur von 540 ° C und wird von Pratt & Whitney als Abgassystem für Militärmotoren aufgrund seines Feuers verwendet Schutz (Nicht-Verbrennung) Eigenschaften. Andere Titanlegierungen verbrennen bei hohen Massenströmungsraten (wie Strahlmotorenluftstrom), und der "Kraftstoff" für die Verbrennung ist Titan und Aluminium, die in fast allen Titanlegierungen unerlässlich sind.

(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) ist eine neue ultrahoch-hohe Stärke, die vom Zeitpunkt entwickelt wurde. Die Legierung hat eine hohe Festigkeit und eine gute Plastizität, und durch Wärmebehandlung, die auf ein sehr hohes Festigkeit (Zugfestigkeit> 1450 mPa) altert, bleibt die Plastizität immer noch auf dem Niveau von TI-1023 gehalten. β-21s weist während der Verarbeitung und Verwendung signifikante antioxidative Eigenschaften auf, was es für die Verarbeitung in dünne Blätter besser geeignet ist. β-21 können höhere Temperaturen standhalten als andere β-Legierungen, und die langfristige Arbeitstemperatur kann 540 ℃ erreichen.

Aufgrund seines besseren Widerstands gegen hohe Temperaturen kann diese Legierung als Aero-Engine-Schwanzwirbel verwendet werden, wie in Abbildung 5 gezeigt, wo die Düse dem Motorabzug ausgesetzt ist. Das Ersetzen der Nickel-Basis-Legierung durch β-21 kann das Gewicht der Düsen- und Schwanzwirbel erheblich reduzieren.

Peroration

Die Analyse der amerikanischen und europäischen Luft- und Raumfahrttitan- und Titanlegierungen zeigt, dass in den letzten Jahren die Hochtemperatur -Titanlegierung, Titanlegierung mit niedriger Temperatur, hohe Festigkeit und hohe Härte β -Titan -Legierung, Flammhemmungsmittel und Titanlegierung von Titan, die im Ausland entwickelt wurden, im Ausland entwickelt wurden. Wurde im Bereich der Luft- und Raumfahrt weit verbreitet, was die Entwicklungsrichtung von Titan -Legierungsmaterialien der Luft- und Raumfahrt darstellt.

(1) Hochtemperatur -Titanlegierung. Die in den 1950er Jahren entwickelten Hochtemperatur-Titanlegierungen sind durch die in den USA entwickelte Ti-6Al-4V α-Typ, dargestellt durch Ti-6-2-4-2s und Ti-1100, die in den Vereinigten Staaten entwickelt wurden, entwickelten IMI834 in Großbritannien und in Russland entwickeltes BT-36 und die Temperatur beträgt 600 ° C. Titanlegierungen mit hohen Temperaturen wurden in Aero -Motoren aufgrund ihrer hervorragenden Wärmefestigkeit und hoher spezifischer Festigkeit häufig eingesetzt. Ein weiterer Entwicklungstrend zu Titanlegierungen mit hoher Temperatur ist die Titan -Aluminiumlegierung, dh ti3al (α2) und tiale (ϒ) intermetallische Verbindungen auf Titan und Aluminium, von denen ϒ Legierung einen hohen Temperaturwiderstand von 725 ℃ aufweist. Die Titan -Aluminium -Legierung ist zum wettbewerbsfähigsten Material für zukünftige Flugzeugmotoren und Flugzeugstrukturteile geworden.

(2) Titanlegierung mit niedriger Temperatur. Einige Titan- und Titanlegierungen können ihre ursprünglichen mechanischen Eigenschaften bei niedrigen und ultra-niedrigen Temperaturen beibehalten. Studien zu Titanlegierungen mit niedriger Temperaturen in den USA konzentrieren sich hauptsächlich auf α-Typ Ti-5al-2.5SN ELI und α+β-Typ Ti-6Al-4V-ELI. Durch die Reduzierung des Gehalts von intermittierenden Elementen halten die beiden Titanlegierungen eine gute Stärke und Zähigkeit bei extrem niedriger Temperatur von 20.000. Wird in kryogenen Gefäßen, kryogenen Rohren und Flüssigkeitsrocket -Motor -Impander verwendet.

(3) Hochfestige Titanlegierung. Hochfeste Titanlegierungen beziehen sich im Allgemeinen auf Titanlegierungen mit Zugfestigkeit über 1.000 MPa, und in den USA und Russland werden hauptsächlich ausländische Titanlegierungen entwickelt. Beta-Legierung ist die höchste Titanlegierung mit der höchsten Stärke, die derzeit das internationale fortgeschrittene Niveau und auf dem Gebiet der Luftfahrt darstellt, um praktische Anwendungen der hochfesten Titanlegierung zu erhalten, hauptsächlich Titanlegierung vom Typ β-Typ, wie die Vereinigten Staaten TI-10-2-3, TI-15-3-3-3 und β-21s, Russland Ti-5-5-5-3-1 usw. Es wird hauptsächlich für Strukturteile mit hohen Festigkeitsbedürfnissen wie Flugzeugfahrwerk und Rumpfteilen verwendet.

(4) Flammhemmende Titanlegierung. Um das Problem der "Titan-Verbrennung" von Titanlegierungsmaterialien für Flugzeugmotoren zu lösen, um den Bedürfnissen von Hochschub-Gewichts-Verhältnis-Motoren zu erfüllen, haben die Vereinigten Staaten und Russland seit den 1970er Jahren die Entwicklung von flammhemmenden Titanlegierungen durchgeführt. Die Flammschutzmittel-Titanlegierung umfasst hauptsächlich zwei Legierungssysteme: die US-amerikanische Ti-V-CR-Systemlegierung C (T-35V-15CR); Die russische Ti-Cu-Al-Serie ist BTT-1 und BTT-3. [3] Legierung C ist eine stabile β-Flammhemmungs-Titanlegierung mit hoher Raum- und Hochtemperaturfestigkeit, gute Kriechstärke, hervorragende Ermüdungsfestigkeit und Erkältungsformbarkeit, die erfolgreich auf das Hochdruckkompressorgehäuse, die Leitfaden und den Vektor angewendet wurde Schwanzdüse des F119 -Motors.

Schadenstoleranz Titanlegierung. Um die Anforderungen neuer Flugzeuge an materielle spezifische Festigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Risswachstum, Frakturzähigkeit, Lebenszykluskosten und andere umfassende Eigenschaften zu erfüllen, wurden Titanlegierungen der Schadenstoleranz mit hoher Frakturzähigkeit und niedriger Risswachstumsrate im Ausland entwickelt. Es wird durch die in den USA entwickelten α+β-Legierungen Ti-6Al-4V-ELI und TI-6-2-2-2-2-2 dargestellt. Ti-6Al-4V Eli ist eine Titanlegierung mit mittlerer Schädigung der Schädigung, und Ti-6-2-2-2-2s ist eine Titan-Legierung mit hoher Strecke, die in F-22-Kampfflugzeugen in F-22 in großem Umfang verwendet wurde Die Vereinigten Staaten.