Titanium er vidt udbredt, dets indhold overstiger 0,4 procent af massen af jordskorpen, og de globale beviste reserver er omkring 3,4 milliarder tons, rangerende 10. blandt alle grundstoffer (ilt, silicium, aluminium, jern, calcium natrium, kalium, magnesium, hydrogen, titanium).
Amerikanske videnskabsmænd opnåede først metallisk titanium i 1910 ved hjælp af "natriummetoden" (natriumreduktion af TiCl4), men titaniumindustrien udviklede sig ikke umiddelbart med opdagelsen af titanium.
Det var først i 1948 efter Anden Verdenskrig, at "magnesiummetoden" (magnesiumreduktion TiCl4) opfundet af luxembourgske videnskabsmænd blev brugt til produktion i USA, og titaniumindustrien begyndte at tage fart.
Titanium er 40 procent mindre tæt end stål, og dets styrke kan sammenlignes med stålets, hvilket kan forbedre den strukturelle effektivitet. Samtidig har titanium god varmebestandighed, korrosionsbestandighed, elasticitet, elasticitet og formbarhed. På grund af titaniums ovennævnte karakteristika er titanlegeringer blevet brugt i luftfartsindustrien siden titanlegeringernes fremkomst. I 1953 blev titanium brugt for første gang på DC-T-motorens brandvæg og nacelle produceret af Douglas Company i USA, og historien om titanlegeringer brugt i luftfart begyndte.
Rumfærgen er det vigtigste og mest udbredte fly. Titanium er det vigtigste strukturelle materiale i fly, og det er også det foretrukne materiale til vigtige komponenter såsom aero-motor fans, kompressorskiver og blade, og er kendt som "space metal". Jo mere avanceret flyet er, jo mere titanium bruges. For eksempel er titaniumindholdet i fjerde generations fly af US F22 41 procent (massefraktion), og titaniumindholdet i F119-motoren er 39 procent, hvilket i øjeblikket er flyet med det højeste titaniumindhold. Titaniumlegeringsforskning stammer fra luftfarten, og udviklingen af luftfartsindustrien har også fremmet udviklingen af titanlegeringer. Forskningen i titanlegeringer til luftfart har altid været den vigtigste og mest aktive gren inden for titanlegeringer, men dens udvikling er også ekstremt vanskelig.
I dette papir er titanlegeringer klassificeret ud fra perspektivet af legeringsmatrixfasesammensætning. Med flyet som repræsentant for flyet fokuserer dette papir på anvendelsen og forskningen af titanlegeringer i flymotorer, flykroppe og fastgørelsesanordninger til luftfart. Til sidst analyseres de problemer, der eksisterer i udviklingen af titanlegeringer til luftfart.
1 Klassificering af titanlegeringer
Klassificeringen af titanlegeringer i USA, Storbritannien, Rusland, Frankrig, Japan og andre lande bestemmes for det meste af producenterne, og der er mange navne. Nogle virksomheder bruger direkte de kemiske symboler og numre på grundstofferne til at erstatte de tilføjede legeringselementer og deres indhold, såsom Ti-6Al-4V (svarende til TC4 i mit land). I henhold til fasesammensætningen kan titanlegeringer opdeles i: -type titanlegeringer med hexagonal close-packed structure (HCP) (inklusive nær- -type legeringer) - det vil sige husholdningskvaliteter TA og tofaset blandet plus-type titanlegeringer – det vil sige TC og Body-centred cubic (BCC)-type titanlegeringer (herunder næsten{10}}type legeringer) – det vil sige, at det indenlandske mærke er TB.
1.1 -type titanlegering
Den enfasede faste opløsningslegering med -titanium som matrix i udglødet tilstand er en -type titanlegering, som hovedsageligt indeholder elementer som Al og Sn. Al kan øge legeringens træk- og krybestyrke, reducere tætheden af titanlegeringen og forbedre den specifikke styrke og er et vigtigt legeringselement i titanlegeringen. For at maksimere den solide opløsningsstyrkende effekt af aluminium og undgå legeringsskørhed forårsaget af overdreven Al, bør legeringsarbejdet af højtemperatur titanlegeringer følge den tilsvarende empiriske formel foreslået af ROSENBERG. God termisk stabilitet. Disse elementer i alfa-titaniumlegeringer tjener til at stabilisere ved at hæmme eller øge transformationstemperaturen ved transformationstemperaturen. Sammenlignet med -type titanlegeringer har -type legeringer god krybemodstand, styrke, svejsbarhed og sejhed og er de foretrukne legeringer til brug ved høje temperaturer. Samtidig har -type legering ikke kold skørhed, og den er også velegnet til brug i lavtemperaturmiljøer, hvilket udvider dens anvendelsesområde. -type legeringer har dårlig smedbarhed og er tilbøjelige til smedningsfejl. Smedefejl kan kontrolleres ved at reducere forarbejdningshastigheden pr. gennemløb og hyppig varmebehandling. Matrixen er en stabil fase, og for en given sammensætningslegering er ændringen i dens egenskaber hovedsageligt ændringen i kornstørrelse, fordi både flydespænding og krybestyrke er relateret til kornstørrelsen og den energi, der lagres under deformation. Styrken af -type titanlegering kan ikke forbedres ved varmebehandling, og styrken har som udgangspunkt ingen eller ringe ændring efter udglødning. Nogle legeringer indeholder mere Al, Sn, Zr og en lille mængde stabiliserende elementer (generelt mindre end 2 procent). Selvom disse legeringer indeholder -fase, er matrixen hovedsageligt sammensat af -fase, som er meget tæt på -type legeringer med hensyn til varmebehandlingsfølsomhed og bearbejdelighed, og kaldes titanlegeringer af nær- -type. Legeringer af nær- -type blev udviklet på basis af erkendelsen af, at høj krybestyrke kan opnås ved at styrke -matrixen med legeringselementer i fast opløsning. De fleste legeringer af nær- -type er nu blevet titanlegeringer til høje temperaturer på grund af deres gode termiske stabilitet. vigtige legeringstyper. Dens styrkende mekanisme er, at atomer i fasen diffunderer hurtigt og er tilbøjelige til at krybe.
Almindelige titanlegeringer (herunder næsten- -type legeringer) omfatter Ti811 (Ti-8Al-1Mo-1V), Ti-6Al{{7 }}Zr-1Mo-1V, Ti-679 (Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo{ {16}}.25Si), BT18 (Ti-7.7Al-11Zr-0.6Mo-1Nb-0.3Si) og Ti6242S (Ti{ {28}}Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si) osv. Sammensætningerne og egenskaberne er angivet i tabel 2.
1.2 plus type titanlegering
For at forbedre styrken og sejheden af titanlegeringer, har folk udviklet plus titanlegeringer. Sammenlignet med andre titanlegeringer, er plus legeringer tilføjet -stabiliserende elementer og -stabiliserende elementer for at styrke og faserne. plus legering har fremragende omfattende egenskaber. For eksempel er dens stuetemperaturstyrke højere end legeringens. Det har god termisk behandlingsydelse og kan styrkes ved varmebehandling, så det er velegnet til strukturelle dele til rumfart. Den udglødede struktur af plus type titanlegering er plus fase, og indholdet af fase er generelt 5 procent ~ 40 procent. Dens struktur er imidlertid ikke stabil nok, og den maksimale driftstemperatur kan kun nå 500 grader, og dens svejseydelse og varmebestandighed er lavere end titanlegering af typen.
plus type titanlegeringer omfatter hovedsageligt TC4 (Ti-6 Al - 4 V ), TC 6 (Ti - 6 Al - 1.5 C r -2.5Mo{ {9}}.5Fe-0.3Si), TC11 (Ti- 6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si), TC17 ( Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr), TC19 (Ti-6Al-2Sn{{ 31}}Zr-6Mo) og TC21 (Ti-6.2Al-2.8Mo) -2Nb-2Sn-2.1Zr{ {42}}.3Cr) og så videre. Blandt dem er TC11-legering også kendt som nær-beta-legering.
ZHOU foreslog en behandlingsteknologi af TC11-legering. Først varmebehandles legeringen ved 15 grader under -overgangstemperaturen, efterfulgt af hurtig vandkøling, og gennemgår derefter højtemperatur- og lavtemperatur-hærdning og forstærkende varmebehandling for at opnå en ny mikrostruktur. Denne nye mikrostrukturmatrix består af 15 procent ligeaksede korn, 50 procent til 60 procent lagdelte korn og transformerede korn. Forskningsresultaterne viser, at legeringen udviser høj udmattelsesmodstand, lang krybetræthedslevetid, høj sejhed og fremragende serviceydelse ved høje temperaturer uden at reducere plasticitet og termisk stabilitet.
Og det eksperimentelle princip for den nye proces og hærdningsmekanisme diskuteres. Nøgleproblemet i den praktiske anvendelse af denne procesteknologi er den nøjagtige temperaturstyring.
Denne TC11 titanlegeringsbearbejdningsproces er blevet brugt til at producere pålidelige aero-motorkompressorskiver, rotorer og andre komponenter.
1.3 -type titanlegering
Indholdet af -stabiliserende grundstoffer er højt nok, og den legering, der opnås ved hurtigt at afkøle -fasen efter opløsningsbehandling og holde den til stuetemperatur, kaldes -type titanlegering. I henhold til klassificeringen af mikrostruktur i stabil tilstand kan titanlegeringer opdeles i stabile titanlegeringer og metastabile titanlegeringer, som vist i figur 1. I figur 1 er MS den martensitiske transformationstemperaturlinje, C er minimumsindholdet af -stabile grundstoffer i metastabile legeringer, og S er minimumsindholdet af -stabile grundstoffer i stabile legeringer.
Beta-legeringer har god koldformbarhed i opløsningstilstand og er også fremragende i hærdbarhed og varmebehandlingsfølsomhed.
Den almindeligt anvendte varmebehandlingsmetode er først opløsningsbehandling, og derefter ældning ved 450 ~ 650 grader, finfase vil blive udfældet på den oprindelige matrix af legeringen, hvilket danner en anden fase med dispergeret fordeling, som er legeringens forstærkningsmekanisme. Sammenlignet med andre typer titanlegeringer udfælder -titaniumlegering mere fase under ældning og indeholder mere -fasegrænseflade for at hindre bevægelsen af dislokationer, så stuetemperaturstyrken af -titaniumlegering er den højeste.
Et metalmateriales evne til at absorbere energi under deformation og brud kaldes sejhed. Jo mere energi et materiale absorberer, jo bedre sejhed. Brudsejhed er en indikator for et materiales sejhed, hvilket afspejler materialets modstand mod spredning af revner og andre skarpe defekter. Generelt set viser brudsejheden og styrken af titanlegeringer en omvendt tendens, det vil sige, at brudsejheden falder, når styrken øges. For at studere anvendelsen af -titanium-legeringer i rumfartsindustrien er det nødvendigt at designe mikrostrukturer med god styrke og brudsejhed samt procesteknologi og varmebehandlingsregimer. Legeringssammensætning og mikrostruktur er de to hovedfaktorer, der bestemmer brudsejheden af beta-titaniumlegeringer. Legeringssammensætningen bestemmer mængden af betafase i legeringen, samt legeringens type og brudsejhed. Morfologien, mængden og volumen af mikrostrukturen påvirker også legeringens brudsejhed. Fu Yanyan og andre mente, at det -stabiliserende element og det mellemstore element Zr af -titaniumlegering kan forbedre legeringens styrke og reducere brudsejheden. De fine korn kan ikke effektivt forbedre styrken af forældede titanlegeringer og vil reducere brudsejheden af Ti-15-3-legeringer, men har ingen signifikant effekt på brudsejheden af -C- og Ti-1023-legeringer.
Styrken af ældning -titanium legering afhænger hovedsageligt af indholdet og størrelsen af den sekundære fase udfældet ved ældning. I tilfælde af at indeholde den samme primære fase, kan den fine sekundære fase forbedre legeringens styrke betydeligt.
Forgrovningen af den primære fase og omdannelsen af den primære fase fra sfærisk til flaget vil føre til et fald i duktilitet og en stigning i brudsejhed af -titaniumlegeringer. Dual-mode strukturen af -titanium legering har et godt match af styrke, duktilitet og sejhed.
Grunden til, at -titanium-legering er meget udbredt, er også, fordi den har fordelene ved høj styrke og høj plasticitet, som andre typer titanlegeringer ikke kan matche efter ældning. Samtidig gør titanlegeringens varmebehandlelige forstærkningsevne og dybe hærdningsevne, at den gradvist erstatter den plus tofasede titanlegering som det foretrukne konstruktionsmateriale til flykroppe og vinger, og det spiller en mere og mere vigtig rolle i rumfartsindustrien. stadig vigtigere rolle.
2 Udvikling og anvendelse af titanlegeringer til luftfart
I 1950'erne gik militærflyene ind i supersonisk fartstid, og de originale aluminium- og stålkonstruktioner kunne ikke længere opfylde de nye krav. Det var på dette tidspunkt, at titanlegeringer kom ind på stadiet af industriel udvikling. Titaniumlegeringer har fremragende egenskaber såsom lav densitet, høj specifik styrke, korrosionsbestandighed, høj temperaturbestandighed, ikke-magnetisk, svejsbar, bredt driftstemperaturområde (269 ~ 600 grader), og kan bruges til forskellige deleformning, svejsning og bearbejdning . Luftfart blev hurtigt udbredt. I begyndelsen af 1950'erne begyndte militærfly at bruge rent industrielt titanium til at fremstille strukturelle dele med mindre stress, såsom varmeskjolde, halekapper og speedbremser på bagkroppen. I 1960'erne blev titanlegeringer yderligere anvendt på større spændingsbærende strukturelle dele såsom flyflapglidning, lastbærende skotter, midtervinge boksbjælker og landingsstelbjælker. I 1970'erne var anvendelsen af titanlegeringer i flystrukturer udvidet fra kampfly til store militærbombefly og transportfly, og et stort antal titanlegeringsstrukturer var også blevet brugt i civile fly.
Efter at være gået ind i 1980'erne er titanium brugt i civile fly gradvist steget, og har overgået titanium brugt i militærfly. Jo mere avanceret flyet er, jo mere titanium bruges. Tabel 3 og 5 viser massefraktionen af titaniummaterialer, der anvendes i tredje og fjerde generations jagerfly og avancerede bombefly og transportfly i USA, typerne af titanlegeringer, der anvendes i almindelige fly, og mængden af titanlegeringer og kompositmaterialer bruges i Airbus-fly. Det kan ses af tabel 5, at brugen af titanium på Airbus A380-fly er nået op på 10 procent, og titanium er blevet et uundværligt strukturelt materiale til moderne fly. Ifølge forskellige anvendelser kan titanlegeringer til luftfart opdeles i titanlegeringer til flymotorer, titanlegeringer til flykroppe og titanlegeringer til flybefæstelser. I de seneste år har folk udført dybdegående forskning i anvendelsen af luftfartens titanlegeringer i de ovennævnte tre aspekter.
For at opsummere har titanlegering stort tryk-til-vægt-forhold, høj sejhed, god styrke og svejsbarhed, og er et luftfartsmateriale med fremragende omfattende egenskaber. I de sidste par årtier er legeringsteorien, den omfattende forstærknings- og hærdningsteknologi og varmebehandlingsprocessen for titanlegeringer til luftfart blevet stærkt udviklet. På nuværende tidspunkt fokuserer forskningen i titanlegeringer hovedsageligt på termisk stabilitet ved høj temperatur, krybemodstand og billig titanlegering design og fremstillingsproces. Med uddybningen af forskningen vil de teknologiske fremskridt inden for lavprisbearbejdning af titanlegeringer blive drevet af avancerede luftfartsapplikationer, og derved fundamentalt bryde gennem omkostningsflaskehalsen, der begrænser forbedringen af doseringen og anvendelsesniveauet af titanlegeringer til luftfart. Et fly af titanium kan blive en realitet i en ikke alt for fjern fremtid.
Kontakt os for mere information. tak skal du have
Nicole
Firma: Baoji Jimiyun Dynamic Co., Ltd
Land: Kina
Tilføj: Baoti Road, Jintai, Baoji city, Shaanxi, Kina
Cel: plus 86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
Hjemmeside: www.jm-titanium.com
