Atsižvelgiant į svarbų titano vaidmenį gynybos, aviacijos, aukštųjų technologijų ir kitose srityse, jį labai vertino JAV, Rusija, Didžioji Britanija, Prancūzija ir kitos karinės galios bei Japonija ir kitos šalys ir yra įtrauktas į sąrašą strateginis konstrukcinis metalas, turintis strateginę reikšmę 2l amžiuje. Titano mokslo ir technologijų plėtra, įskaitant naujus lydinius, naują lydymo technologiją, naują T technologiją ir taikymo technologijas, sparčiai keičiasi. Kinijos titano pramonė patyrė beveik 40 metų pakilimų ir nuosmukių, remiama valstybės, padarė didelę pažangą ir sukūrė savo nepriklausomą titano pramonės sistemą. Remiantis 2000 m. Kinijoje pagaminta 1751 t titano kempinės ir 2206 t titano perdirbtų medžiagų, 2008 m. Kinijoje pagaminta 49 632 titano kempinės, ty per 8 metus išaugo 27,3 karto; 2008 m. Kinija pagamino 27 737 t titano apmušalų, ty 11,6 karto daugiau.
Dėl didelių titano lydinio žaliavų kainos aviacijos ir kosmoso pramonėje naudojama nuo 70% iki 80% užsienio titano medžiagų. Titano lydinių paklausa Kinijos aviacijos ir kosmoso srityse taip pat ypač didelė. Šiuo metu Kinijoje pažangiuose orlaiviuose naudojamo titano lydinio dalis yra apie 10–12%, o kariniuose orlaiviuose naudojamo titano dalis yra didesnė – apie 20–30%, o kariniuose orlaiviuose naudojamo titano dalis. variklių yra daugiau nei 30 proc. Taip pat didėja naujose raketose ir raketose naudojamo titano kiekis.
Struktūrinių titano lydinių kūrimas ir pritaikymas
Palaipsniui keičiant orlaivio konstrukcijos koncepciją nuo paprasto statinio stiprumo praeityje prie saugumo – gyvybės, žalos – saugumo, iki šiuolaikinės žalos tolerancijos dizaino koncepcijos. Pažangios titano lydinio medžiagos taip pat palaipsniui tobulėja link tolerancijos pažeidimams titano lydiniai, pasižymintys dideliu atsparumu lūžiams ir mažu įtrūkimų augimo greičiu. Šiuo metu išsivysčiusios užsienio šalys pirmauja kuriant naujas žalai atsparias titano lydinio medžiagas ir taikant pažangius orlaivius, ypač tokius kaip vidutinio stiprumo Ti-6Al-4V ELI ir aukštos kokybės -stiprumo Ti-6-2222S, kurie sėkmingai pritaikyti JAV F-22, F-35 ir C-17 bei kituose naujos kartos orlaiviuose. Labai pagerėjo orlaivio tarnavimo laikas ir kovinis efektyvumas. Plėtojant orlaivių dizaino koncepciją, Kinijoje taip pat buvo atkreiptas dėmesys į titano lydinio konstrukcijos atsparumo pažeidimams dizaino idėją. Nuo „Dešimtojo penkerių metų plano“ Kinija savarankiškai sukūrė TC4-DT vidutinio stiprumo ir didelio kietumo pažeidimams atsparų titano lydinį ir TC21 didelio stiprumo ir didelio kietumo pažeidimams atsparų titano lydinį ir nustatė apdorojimą. atsparumo pažeidimams titano lydinio technologija, kuri padėjo medžiagų taikymo technologijos pagrindą kuriant naujus orlaivius Kinijoje. Siekdama patenkinti aviacijos ir kosmoso konstrukcijų titano lydinių kūrimo poreikius, Kinija savarankiškai sukūrė mažo stiprumo ir didelio kietumo vielos titano lydinius (NbTi) ir vamzdžių lydinius (TAl8), nuo 1300 MPa iki 2000 MPa serijos itin didelio stiprumo. titano lydiniai (TB8, TBl9, TB20) ir kt. Iš pradžių buvo suformuota naujo tipo titano lydinio medžiagų sistema orlaivių konstrukcijai su kiniškomis savybėmis, taip pat buvo paklota naujos kartos titano lydinio pritaikymo rėmo konstrukcija aviacijai ir kosmoso struktūrai.
Ti-6Al-4V(TC4) yra vidutinio stiprumo titano lydinys, sukurtas septintojo dešimtmečio pradžioje, pasižymintis puikiomis visapusiškomis savybėmis, žinomas kaip universalus lydinys, TC4 titano lydinys yra seniausias ir plačiausiai naudojamas aviacija, aviacijos ir kosmoso bendrojo titano lydinio struktūra, įskaitant plokštes, strypus ir kalimą bei liejimą. Lydinys pasižymi geromis suvirinimo ir apdirbimo savybėmis, o smulkiagrūdis lydinys pasižymi itin plastiškumu, o sudėtingus komponentus galima pagaminti naudojant superplastinio formavimo/difuzijos jungties (SPF/DB) derinį.
Didelio stiprumo konstrukciniai titano lydiniai paprastai reiškia lydinius, kurių tempiamasis stipris yra didesnis nei 1000 MPa, kurie šiuo metu yra tarptautinis pažangus lygis ir praktiškai pritaikomi orlaiviuose, daugiausia metastabilaus tipo lydinio Ti-15-3, 321s, beveik tipo lydinio Ti{ {6}} ir - -tipo dviejų fazių titano lydiniai BT22. Orlaivių konstrukcijose dažniausiai naudojamą 30CrMnSiA didelio stiprumo konstrukcinį plieną pakeitus didelio stiprumo konstrukciniu titano lydiniu, svoris gali sumažėti daugiau nei 20%.
Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo(TC21) yra didelio stiprumo, didelio kietumo ir atsparumo pažeidimams dvifazis titanas lydinys, sukurtas aštuntajame dešimtmetyje. Lydinys turi didelio stiprumo, gero atsparumo pažeidimams ir puikių nuovargio įtrūkimų plitimo savybių po terminio-mechaninio apdorojimo, kuris yra tinkamas didelio stiprumo ir didelio kietumo laikančiųjų komponentų gamybai. Pridėjus Si elemento, lydinys išlaiko didesnį stiprumą esant vidutinei temperatūrai, kuri yra geriau nei Ti-6AI-4V. Lydinio lakštas gali būti superplastiškas, suformuotas kambario temperatūroje.
Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) yra didelio stiprumo ir didelio kietumo beveik tipo titano lydinys, sukurtas aštuntojo dešimtmečio pabaigoje. Lydinio pranašumai yra didelis specifinis stiprumas, geras atsparumas plyšimui, didelis grūdinimo plotas, maža anizotropija, geras kalimas ir didelis atsparumas korozijai, taip pat turi daug metastabilaus titano lydinio pranašumų be nuostolių (IT-B titano lydinio kieto tirpalo charakteristikos, gali atitinka atsparumo pažeidimams dizainą ir aukštus konstrukcinius pranašumus, aukštus patikimumo ir mažų sąnaudų reikalavimus, maksimalią 320 laipsnių darbo temperatūrą. Pagrindiniai lydinio gaminiai yra strypai, kaltiniai, storos plokštės ir profiliai Atsparumas plyšimui gali būti pasiektas naudojant tirpalą ir senėjimą, kuris yra tinkamas gaminti konstrukcines dalis, kurioms keliami dideli stiprumo ir atsparumo įtrūkimams reikalavimai. Puikus tvirtumas ir mažas įtrūkimų augimo greitis gali būti gaunamas apdorojant termomechaniniu būdu, kuris tinka konstrukcijoms, kurioms reikalingas didelis lūžis. kietumas.
Aukštos temperatūros titano lydinių kūrimas ir pritaikymas
Šiluminis stiprumas ir didelis savitasis stipris buvo plačiai naudojami aviaciniuose varikliuose. Aukštos temperatūros titano lydinys daugiausia naudojamas oro variklių ventiliatoriuose ir kompresoriuose, tokiuose kaip kompresoriaus diskai, mentės, navigatoriai, jungiamieji žiedai ir pan. Titano lydinio naudojimas vietoj originalaus nikelio pagrindo superlydinio gali sumažinti kompresoriaus svorį 30–35%. Titano suvartojimo dalis užsienio pažangiuose aviaciniuose varikliuose pasiekė 25–39%, pavyzdžiui, F100 variklio titano lydinio sąnaudos sudaro 25% viso variklio svorio, V2500 variklis – 31%, F119 variklis – 39%. Didelio našumo lėktuvų variklių kūrimo poreikiai skatina kurti aukštos temperatūros titano lydinį, nuo šeštojo dešimtmečio temperatūros naudojimas palaipsniui didėjo iki Ti-6Al-4V lydinio, atstovaujamo 400 laipsnių, iki IMl834 lydinio. pavaizduotas 600 laipsnių kampu. Virš 600 laipsnių staigus atsparumo šliaužimui mažėjimas ir atsparumas oksidacijai aukštoje temperatūroje yra dvi pagrindinės kliūtys, ribojančios titano lydinių vystymąsi aukštesnėje temperatūroje. Todėl 600 laipsnių C yra laikoma „šilumos barjero“ temperatūra titano lydiniams kurti.
Bėgant metams, siekdamos patenkinti didelio našumo lėktuvų variklių poreikius, Europa, JAV, Rusija ir kitos išsivysčiusios šalys aviacijos pramonėje didelę reikšmę skiria aukštos temperatūros titano lydinio tyrimams ir plėtrai, sukūrė aukštą titano lydinys, naudojamas 350–600 laipsnių temperatūroje. Buvusi Sovietų Sąjunga sukūrė BT6, BT3-l, BT8, BT9 ir kitų klasių titano lydinius šeštojo dešimtmečio pabaigoje, o BTl8 ir BT25 lydiniai buvo sukurti septintajame ir aštuntajame dešimtmečiuose. Nuo tada, siekiant pagerinti aukštos temperatūros titano lydinių veikimą ir eksploatavimo laiką, buvo patobulinti BTl8y, BT25y, BT8M, BT8-1 ir BT8M-1 bei kitų rūšių aukštos temperatūros titano lydiniai. originalių lydinių pagrindu.
Pastaraisiais metais BT36 titano lydinys buvo sukurtas atitinkamai HK8, IIC90A ir kitiems varikliams. Taip pat Jungtinės Valstijos Ti64, Ti811, Ti6242 ir kiti titano lydiniai bus naudojami JT90, F-110 ir kituose pažangiuose varikliuose. Pagrindiniai tipinių aukštos temperatūros titano lydinių techniniai rodikliai pateikti 2 lentelėje.
Rusijos aukštos temperatūros titano lydinio kūrimas yra labai tobulas ir brandus, sudarydamas visą titano lydinio sistemos komplektą. Yra dvi arba trys pasirenkamos aukštos temperatūros titano lydinio rūšys esant tam tikram temperatūros lygiui, pvz., lydiniai, kuriuos galima naudoti esant 500 laipsnių, yra BT8, BT9 ir BT8-1, 550 laipsnių yra BT25 ir BT25y ir 600 laipsnių. yra BTl8y ir BT36. Rusija rekomenduoja BT25y ruletės diskams ir rotoriaus mentėms, naudojamoms 450-550 C laipsnių temperatūroje aviacinių variklių aukšto slėgio kompresoriuose, ir BTl8y ruletės diskams, naudojamiems 550-600 't3. Nors BT36 buvo sukurtas, panašu, kad jis nesulaukė atitinkamo dėmesio. Kinija pristatė Rusijos BT36 lydinio plokščių ir strypų gamybą, atlikus analizę, lydinio plokštėse ir strypuose yra daug komponentų segregacijos, sudėties vienodumo problema nebuvo gerai išspręsta, o jo veikimas aukštoje temperatūroje nepasiekė IMl834 lydinio lygis.
Didžiosios Britanijos aukštos temperatūros titano lydinys buvo sukurtas labiausiai subrendęs, turintis savo nepriklausomą sistemą, sudarydamas titano lydinio seriją, naudojamą skirtingoje temperatūroje. Kol kas IMl685 lydinys yra plačiausiai naudojamas ir daugiausiai aukštos temperatūros titano lydinių JK, tokių kaip RB211 serijos variklis, RBl99 variklis, Adour variklis ir M53 variklis. IMl829 lydinys naudojamas RB211-535C variklio aukšto slėgio kompresoriuje. Galinės 3-pakopos diskas, būgnas ir galinė ašis yra integruoti su elektroniniu suvirinimu, kuris pakeičia nikelio pagrindo lydinio medžiagą RB211-535C, todėl rotoriaus svoris sumažėja 30%. Sėkmingas IMl834 lydinio kūrimas suteikė tvirtą techninę paramą kai kuriems didelio našumo varikliams, nors kūrimo laikas nėra ilgas, tačiau jis buvo išbandytas ir pritaikytas įvairiems varikliams, pvz., Boeing 777 orlaivių pasirinktam dideliam varikliui Trent700(Turbulence), Visi aukšto slėgio kompresoriaus ratai, būgnai ir galiniai velenai yra pagaminti iš IMl834 lydinio ir suvirinti elektronų pluošto suvirinimo būdu. Trent700 tapo pirmuoju nauju civiliniu varikliu, kuriame panaudotas viso titano aukšto slėgio kompresoriaus rotorius, kuris žymiai sumažina variklio svorį, o EJ200 variklio aukšto slėgio kompresoriaus rotorius taip pat naudoja IMl834 lydinį. IMl834 taip pat naudojamas Pratt & Whitney PW350 variklyje.
Aukštos temperatūros titano lydiniai Jungtinėse Valstijose taip pat yra gana brandūs, o didžiausi variklyje naudojami lydiniai daugiausia yra Ti-6Al-4V ir Ti-6242S.
Ti-1100 lydinys pagrįstas Ti-6242S lydinio sudėtimi, koreguojant Al, Sn, Mo ir Si elementų kiekį, maksimali lydinio naudojimo temperatūra padidinama iki 600 laipsnių. Suprantama, kad Ti-1 100 lydinys buvo naudojamas gaminant Lycoming modifikuoto T55-712 variklio aukšto slėgio kompresoriaus diskus ir žemo slėgio turbinų mentes.
Titano lydiniai Kinijoje daugiausia kuriami imitacijos būdu, pvz., TC11 lydinys, atitinkantis BT9 lydinį, TA11, TA19, TC17, atitinkantis Jungtinių Valstijų klasę yra Ti{5}}, Ti-6242 S ir Ti-17. Per pastaruosius 20 metus Kinija pradėjo sekti savęs tobulėjimo keliu, imituodama, pvz., aukštos temperatūros titano lydinį TA12(Ti-55), pridėdama retųjų žemių elemento Nd; TAL2 lydinio pagrindu Al, Sn ir Si kiekis atitinkamai padidinamas Ti-60 lydinyje, o tai dar labiau pagerina lydinio šliaužimą aukštoje temperatūroje ir stiprumą, o lydinio eksploatavimo temperatūra pasiekia 600 laipsnių. 550 laipsnių aukštos temperatūros titano lydinys Ti-633G buvo paruoštas pridedant retųjų žemių elemento Gd IMl829 lydinio iš Didžiosios Britanijos pagrindu. Neseniai Ti-1100 lydinio pagrindu buvo pridėta apie 0,1Y ir pavadinta Ti-600.
Žemos temperatūros titano lydinio kūrimas ir pritaikymas
Žemoje temperatūroje naudojamos konstrukcinės dalys reikalauja gero plastiškumo, mažo šilumos laidumo ir puikių apdirbimo savybių, išlaikant tam tikrą stiprumą. Žemos temperatūros konstrukcinės medžiagos namuose ir užsienyje daugiausia yra nerūdijantis plienas, aliuminio lydinys, titano lydinys ir nikelio lydinys. Titano lydinys pasižymi geromis visapusiškomis savybėmis esant žemai temperatūrai ir jau daugelį metų buvo plačiai vertinamas pasaulio šalyse. Esant žemai temperatūrai, titano lydinio takumo riba žymiai padidėja, o tai yra maždaug 3–6 kartus didesnė nei austenitinio nerūdijančio plieno. Tačiau atsparumas plyšimui mažėja mažėjant temperatūrai, maždaug nuo 0,25 iki 0,5 austenitinio nerūdijančio plieno. Kadangi titano lydinio tankis yra daug mažesnis nei nerūdijančio plieno, o esant žemai temperatūrai, šilumos laidumas yra mažas, plėtimosi koeficientas yra mažas, o nemagnetinis, jis naudojamas kaip svarbi žemos temperatūros inžinerinė medžiaga. kosmoso ir superlaidumo srityse.
titano lydinys su bičių struktūra žemoje temperatūroje ir kiti į kūną orientuoti kubiniai metalai, jo plastiko-trapūs pereinamojo laikotarpio temperatūra (TPR) yra aukšta, temperatūrai mažėjant, plastiko kietumas mažėja, paprastai negali būti naudojamas žemoje temperatūroje. Titano lydinių ir beveik titano lydinių TPR paprastai yra labai mažas, o plastiškumas žemoje temperatūroje yra geras, todėl kai kurie tarptautiniu mastu pripažinti žemos temperatūros titano lydiniai iš esmės priklauso ir beveik titano lydiniams. Tarp titano lydinių, titano lydiniai, kurių sudėtyje yra mažiau, pvz., Ti-6Al-4V ELI, taip pat gali būti gerai naudojami esant skysto vandenilio temperatūrai (22 K). Grynas titanas ir titano lydiniai, pvz., Ti-5Al-2.5Sn ELl, yra idealios žemos temperatūros konstrukcinės medžiagos esant skysto helio temperatūrai (4,2 K), tačiau turi būti kontroliuojamos kitos priemaišos, išskyrus lydinio sudėtį, ypač deguonies ir geležies kiekis. Padidėjęs geležies ir deguonies komponentų kiekis žemoje temperatūroje daro titano medžiagą trapią, o padidėjus fazėms stabilių elementų, tokių kaip geležis ir manganas, kiekis lengvai sukelia trapumą.
Buvusi Sovietų Sąjunga buvo pasaulyje pirmaujanti žematemperatūrių titano lydinių kūrimo ir taikymo lyderė bei ankstyvoji titano lydinių OT4, OT4-L, BT5-1KT, TT{ {5}}BKT ir kiti lydiniai buvo plačiai naudojami kosminių raketų įrangoje. Šių lydinių stiprumas padidėjo iki 1400 MPa esant 2 K, o pailgėjimas išliko didesnis nei 10%. Žemos temperatūros titano lydiniai, sukurti ir naudojami Jungtinėse Valstijose, daugiausia apima Ti-5Al-2.5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti -6Al-3Nb-2Zr ir kiti žemos temperatūros titano lydiniai.
Kinija, kuriant ir taikant žemos temperatūros titano lydinį, nei JAV ir Rusija pradėjo vėliau, Kinija atliko esamą TA7, TC1, TC4 titano lydinio žemos temperatūros veikimo bandymą ir taikymo tyrimus pagal „devintą penkerių metų planą. " laikotarpis, sukurtas tinkamas žemos temperatūros vamzdynų sistemai iš titano lydinių, lydinio sistema yra Ti-Al-Zr, Ti-A1-Zr-Mo. Ti-AIL-Sn-Mo, Ti-Al-Zr-Sn-Mo ir kt.
Titano stalo aukso kūrimas ir pritaikymas sandarioms dalims
Titano lydinio tvirtinimo detalių taikymas užsienyje buvo labai paplitęs, ir toliau atsiranda įvairių naujų tvirtinimo detalių. Didelės civilinės išlaidos vienos titano lydinio tvirtinimo detalės sudaro šimtus tūkstančių vienetų. Taikant tą patį stiprumo indeksą, titano tvirtinimo detalės yra 70% lengvesnės už plieno masę, o titano lydinio atsparumas nuovargiui ir jautrumas įtempių koncentracijai yra geresni nei panašaus naudojimo plieno, įvairiose oro juostose, turinčiose didelį atsparumą korozijai, todėl pritaikymas. titano sandarūs žiedai aviacijos įrangai yra labai svarbūs.
Tvirtinimo elementas titano lydinio vystymas
Titano lydinio tvirtinimo detalės daugiausia naudojamos trijų tipų medžiagoms: pirmasis tipas yra mažo Mo ekvivalento – tipo dvifazis lydinys, pvz., Ti-6Al-4V; Antroji kategorija – metastabilūs lydiniai, įskaitant III, Ti-44.5Nb, Ti-15-3 JAV ir TB2, TB3 ir TB8 Kinijoje; Trečioji klasė yra subkritinė - tipo dvifazių lydinių, tokių kaip Rusijos BT16l, sudėtis. Šioje lentelėje parodytos titano lydinio tvirtinimo medžiagų charakteristikos.
Ti{{0}}Al-4V yra mažo Mo ekvivalento – dviejų fazių lydinys, turintis mažiausią stabilumo koeficientą (tik 0,27) ir didžiausią aliuminio ekvivalentą (iki 6) iš trijų lydinių. . Taigi beta fazės kiekis atkaitintoje būsenoje yra tik 7% (tūrio dalis). Jo privalumai yra mažiausias tankis, geriausias stiprumo ir nuovargio charakteristikos, paprasčiausia sudėtis ir mažiausia pusgaminių kaina. Tačiau kadangi kambario temperatūros plastiškumas nėra pakankamai didelis, apdorojant tvirtinimo detales būtina naudoti indukciją
