Gezien de belangrijke rol van titanium op defensie-, luchtvaart-, hightech- en andere gebieden wordt het zeer gewaardeerd door de Verenigde Staten, Rusland, Groot-Brittannië, Frankrijk en andere militaire machten, Japan en andere landen, en wordt het vermeld als een strategisch structureel metaal met strategische betekenis in de 21e eeuw. De ontwikkeling van de titaniumwetenschap en -technologie, inclusief nieuwe legeringen, nieuwe smelttechnologie, nieuwe T-technologie en toepassingstechnologie, ondergaat snelle veranderingen. De Chinese titaniumindustrie heeft bijna 40 jaar van ups en downs meegemaakt, heeft met de steun van de staat grote vooruitgang geboekt en haar eigen onafhankelijke titaniumindustriesysteem opgezet. Gebaseerd op de productie van 1751 ton titaniumspons en 2206 ton titaniumverwerkte materialen in China in 2000, bedroeg de productie van titaniumspons in China 49632 in 2008, een stijging van 27,3 keer in 8 jaar; In 2008 produceerde China 27737 ton titanium stootmateriaal, een stijging van 11,6 keer.
Vanwege de hoge kosten van grondstoffen voor titaniumlegeringen wordt 70% tot 80% van de buitenlandse titaniummaterialen gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie. De vraag naar titaniumlegeringen in de Chinese lucht- en ruimtevaartsector is ook bijzonder groot. Momenteel bedraagt het aandeel titaniumlegering dat in geavanceerde vliegtuigen in China wordt gebruikt ongeveer 10% tot 12%, en het aandeel titanium dat in militaire vliegtuigen wordt gebruikt is hoger, ongeveer 20% tot 30%, en het aandeel titanium dat in militaire vliegtuigen wordt gebruikt motoren is meer dan 30%. De hoeveelheid titanium die in nieuwe raketten en raketten wordt gebruikt, neemt ook toe.
Ontwikkeling en toepassing van structurele titaniumlegeringen
Met de geleidelijke verandering van het vliegtuigontwerpconcept van eenvoudige statische sterkte in het verleden naar veiligheid - leven, schade - veiligheid, tot het moderne ontwerpconcept voor schadetolerantie. Geavanceerde materialen van titaniumlegeringen ontwikkelen zich ook geleidelijk in de richting van titaniumlegeringen met schadetolerantie met een hoge breuktaaiheid en een lage scheurgroeisnelheid. Op dit moment lopen buitenlandse ontwikkelde landen voorop bij de ontwikkeling van nieuwe schadetolerante titaniumlegeringsmaterialen en de toepassing van geavanceerde vliegtuigen, vooral zoals de middelsterke Ti-6Al-4V ELI en hoge -strength Ti-6-2222S, die met succes zijn toegepast in de Verenigde Staten F-22, F-35 en C-17 en andere nieuwe generatie vliegtuigen. De levensduur en gevechtseffectiviteit van het vliegtuig zijn aanzienlijk verbeterd. Met de ontwikkeling van het vliegtuigontwerpconcept begint het ontwerpidee van schadetolerantie voor de structuur van titaniumlegeringen ook aandacht te krijgen in China. Sinds het 'tiende vijfjarenplan' heeft China onafhankelijk de TC4-DT titaniumlegering met gemiddelde sterkte en hoge taaiheid en de TC21 titaniumlegering met hoge sterkte en hoge taaiheid ontwikkeld, en de verwerking tot stand gebracht technologie van titaniumlegering voor schadetolerantie, die de basis heeft gelegd voor de materiële toepassingstechnologie voor de ontwikkeling van nieuwe vliegtuigen in China. Om aan de ontwikkelingsbehoeften van titaniumlegeringen voor lucht- en ruimtevaartconstructies te voldoen, heeft China onafhankelijk titaniumlegeringen met lage en hoge sterkte (NbTi) en pijplegeringen (TAl8), 1300 MPa tot 2000 MPa-serie, ultrahoge sterkte ontwikkeld titaniumlegeringen (TB8, TBl9, TB20), enz. Aanvankelijk werd een nieuw type titaniumlegering materiaalsysteem voor vliegtuigconstructies met Chinese kenmerken gevormd, en een nieuwe generatie titaniumlegering toepassingsframeconstructies voor de lucht- en ruimtevaartstructuur werd gelegd.
Ti-6Al-4V(TC4) is een titaniumlegering met gemiddelde sterkte, ontwikkeld in het begin van de jaren zestig, met uitstekende uitgebreide eigenschappen, bekend als universele legering. TC4 titaniumlegering is de vroegste en meest gebruikte titaniumlegering in luchtvaart-, ruimtevaartstructuur van de algemene titaniumlegering, inclusief plaat, staaf en smeden en gieten. De legering heeft goede las- en bewerkingseigenschappen, en de fijnkorrelige legering heeft superplasticiteit, en complexe componenten kunnen worden vervaardigd door het combinatieproces van superplastische vorming/diffusieverbinding (SPF/DB).
Structurele titaniumlegeringen met hoge sterkte verwijzen over het algemeen naar legeringen met een treksterkte van meer dan 1000 MPa, die momenteel het internationale geavanceerde niveau vertegenwoordigen en praktische toepassingen verkrijgen in vliegtuigen, voornamelijk metastabiele legering Ti-15-3, 321s, bijna-type legering Ti{ {6}} en - -type tweefasige titaniumlegeringen BT22. Het vervangen van het 30CrMnSiA-constructiestaal met hoge sterkte dat vaak wordt gebruikt in vliegtuigconstructies door een structurele titaniumlegering met hoge sterkte kan het gewicht met meer dan 20% verminderen.
Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo(TC21) is een soort tweefasig titanium met hoge sterkte, hoge taaiheid en schadetolerantie legering ontwikkeld in de jaren zeventig. De legering heeft de voordelen van hoge sterkte, goede schadetolerantie en uitstekend anti-vermoeidheidsscheurvoortplantingsvermogen na thermisch-mechanische behandeling, wat geschikt is voor de vervaardiging van dragende componenten met hoge sterkte en hoge taaiheid. Door het Si-element toe te voegen behoudt de legering een hogere sterkte bij gemiddelde temperaturen, wat beter is dan Ti-6AI-4V. De legeringsplaat kan superplastisch zijn en bij kamertemperatuur worden gevormd.
Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) is een titaniumlegering met hoge sterkte en hoge taaiheid die eind jaren zeventig werd ontwikkeld. De legering heeft de voordelen van hoge specifieke sterkte, goede breuktaaiheid, groot afschrikgebied, kleine anisotropie, goede smeedprestaties en sterke corrosieweerstand, en heeft vele voordelen van metastabiele titaniumlegering zonder verlies (IT-B titaniumlegering vaste oplossingseigenschappen, kan voldoen aan de behoeften van schadetolerantieontwerp en hoge structurele voordelen, hoge betrouwbaarheid en lage kostenvereisten, de maximale bedrijfstemperatuur van 320 graden. De belangrijkste producten van de legering zijn staven, smeedstukken, dikke platen en profielen breuktaaiheid kan worden bereikt door oplossings- en verouderingswarmtebehandeling, die geschikt is voor de vervaardiging van structurele onderdelen met hoge eisen aan sterkte en breuktaaiheid. Uitstekende taaiheid en lage scheurgroeisnelheid kunnen worden verkregen door thermomechanische behandeling, die geschikt is voor constructies die een hoge breuk vereisen taaiheid.
Ontwikkeling en toepassing van titaniumlegeringen op hoge temperatuur
Thermische sterkte en hoge specifieke sterkte worden veel gebruikt in vliegtuigmotoren. Titaniumlegering op hoge temperatuur wordt voornamelijk gebruikt in ventilatoren en compressoren van vliegtuigmotoren, zoals compressorschijven, bladen, navigators, verbindingsringen enzovoort. Het gebruik van een titaniumlegering in plaats van de originele superlegering op nikkelbasis kan het gewicht van de compressor met 30% tot 35% verminderen. Het aandeel van het titaniumverbruik in buitenlandse geavanceerde vliegtuigmotoren heeft 25 ~ 39% bereikt, terwijl het verbruik van titaniumlegeringen van de F100-motor 25% van het totale gewicht van de motor vertegenwoordigt, de V2500-motor 31% en de F119-motor 39%. De ontwikkelingsbehoeften van krachtige vliegtuigmotoren zorgen voor de ontwikkeling van een titaniumlegering op hoge temperatuur. Het gebruik van temperatuur nam vanaf de jaren vijftig geleidelijk toe naar de Ti-6Al-4V-legering, vertegenwoordigd door 400 graden tot IML834-legering vertegenwoordigd door 600 graden. Boven 600 graden zijn de scherpe afname van de kruipweerstand en de oxidatieweerstand bij hoge temperaturen de twee belangrijkste obstakels die de ontwikkeling van titaniumlegeringen tot hogere temperaturen beperken. Daarom wordt 600 graden C beschouwd als de "thermische barrière" -temperatuur voor de ontwikkeling van titaniumlegeringen.
Om aan de behoeften van hoogwaardige vliegtuigmotoren te voldoen, hebben Europa, de Verenigde Staten, Rusland en andere ontwikkelde landen in de luchtvaartindustrie in de loop der jaren groot belang gehecht aan het onderzoek en de ontwikkeling van titaniumlegeringen op hoge temperatuur, en hebben ze een hoge temperatuur ontwikkeld temperatuur titaniumlegering gebruikt in 350 ~ 600 graden. De voormalige Sovjet-Unie ontwikkelde eind jaren vijftig BT6, BT3-l, BT8, BT9 en andere soorten titaniumlegeringen, en BT18- en BT25-legeringen werden ontwikkeld in de jaren zestig en zeventig. Om de prestaties en levensduur van titaniumlegeringen voor hoge temperaturen te verbeteren, zijn sindsdien BTl8y, BT25y, BT8M, BT8-1 en BT8M-1 en andere soorten titaniumlegeringen voor hoge temperaturen verbeterd op basis van de originele legeringen.
De afgelopen jaren is de BT36-titaniumlegering ontwikkeld voor respectievelijk HK8-, IIC90A- en andere motoren. Op dezelfde manier zullen in de Verenigde Staten ook Ti64, Ti811, Ti6242 en andere titaniumlegeringen worden gebruikt in JT90, F-110 en andere geavanceerde motoren. De belangrijkste technische indicatoren van typische titaniumlegeringen voor hoge temperaturen worden weergegeven in Tabel 2.
De Russische ontwikkeling van titaniumlegeringen op hoge temperatuur is zeer perfect en volwassen en vormt een compleet systeem van titaniumlegeringen. Er zijn twee of drie optionele kwaliteiten titaniumlegeringen voor hoge temperaturen bij een bepaald temperatuurniveau, zoals de legeringen die kunnen worden gebruikt bij 500 graden zijn BT8, BT9 en BT8-1, 550 graden zijn BT25 en BT25y, en 600 graden zijn BTl8y en BT36. Rusland beveelt BT25y aan voor de rouletteschijven en rotorbladen die worden gebruikt bij 450-550 graad C in hogedrukcompressoren voor vliegtuigmotoren, en BTl8y voor de rouletteschijven die worden gebruikt bij 550-600 't3. Hoewel de BT36 is ontwikkeld, lijkt deze niet de bijbehorende aandacht te hebben gekregen. China heeft de Russische productie van BT36-legeringsplaten en -staven geïntroduceerd. Na analyse is er veel segregatie van componenten op de legeringsplaten en -staven, is het probleem van de uniformiteit van de samenstelling niet goed opgelost en zijn de prestaties bij hoge temperaturen niet bereikt. niveau van IML834-legering.
De Britse titaniumlegering voor hoge temperaturen heeft de meest volwassen vorm gekregen, met een eigen, onafhankelijk systeem, dat een serie titaniumlegeringen vormt die bij verschillende temperaturen wordt gebruikt. Tot nu toe is de IML685-legering de meest gebruikte en het grootste aantal hogetemperatuur-titaanlegeringen in Groot-Brittannië, zoals de motor uit de RB211-serie, de RBl99-motor, de Adour-motor en de M53-motor. De IML829-legering wordt gebruikt in de hogedrukcompressor van de RB211-535C-motor. De achterste 3-trapschijf, trommel en achteras zijn geïntegreerd met elektronenstraallassen, dat het op nikkel gebaseerde legeringsmateriaal op RB211-535C vervangt, waardoor het gewicht van de rotor met 30% wordt verminderd. De succesvolle ontwikkeling van IML834-legering heeft solide technische ondersteuning geboden voor een aantal krachtige motoren, hoewel de ontwikkelingstijd niet lang is, maar het is getest en toegepast op een verscheidenheid aan motoren, zoals de Boeing 777-vliegtuigselectie van civiele grote motoren Trent700 (Turbulentie), Alle wielen, trommels en achterassen van de hogedrukcompressor zijn gemaakt van een IML834-legering en zijn aan elkaar gelast door middel van een elektronenstraallasproces. De Trent700 is de eerste nieuwe civiele motor geworden die gebruik maakt van een volledig titanium hogedrukcompressorrotor, wat het gewicht van de motor aanzienlijk vermindert, en de hogedrukcompressorrotor van de EJ200-motor maakt ook gebruik van een IMl834-legering. De IML834 wordt ook gebruikt op de Pratt & Whitney PW350-motor.
De ontwikkeling van titaniumlegeringen voor hoge temperaturen in de Verenigde Staten is ook relatief volwassen, en de grootste legeringen die in de motor worden gebruikt zijn voornamelijk Ti-6Al-4V en Ti-6242S.
Ti-1100-legering is gebaseerd op de samenstelling van Ti-6242S-legering. Door het gehalte aan Al-, Sn-, Mo- en Si-elementen aan te passen, wordt de maximale gebruikstemperatuur van de legering verhoogd tot 600 graden. Het is duidelijk dat de Ti-1 100-legering is gebruikt bij de vervaardiging van hogedrukcompressorschijven en lagedrukturbinebladen van Lycoming's T55-712-gemodificeerde motor.
De ontwikkeling van titaniumlegeringen in China is voornamelijk bedoeld om de imitatieroute te volgen, zoals de TC11-legering die overeenkomt met de BT9-legering, TA11, TA19, TC17, die overeenkomt met de Amerikaanse kwaliteit Ti-811, Ti-6242 S en Ti-17. In de afgelopen twee0 jaar is China begonnen de route van zelfontwikkeling te volgen en tegelijkertijd de hoge-temperatuur titaniumlegering TA12(Ti-55) te imiteren, door het zeldzame aardelement Nd toe te voegen; Op basis van de TAl2-legering wordt het gehalte aan Al, Sn en Si op passende wijze verhoogd in de Ti-60-legering, wat de kruipeigenschappen en sterkte bij hoge temperaturen van de legering verder verbetert, en ervoor zorgt dat de bedrijfstemperatuur van de legering bereikt wordt 600 graden. Een titaniumlegering Ti-633G bij 550 graden hoge temperatuur werd bereid door het zeldzame aardelement Gd toe te voegen op basis van de IML829-legering uit Groot-Brittannië. Onlangs werd op basis van de Ti-1100-legering ongeveer 0,1Y toegevoegd en kreeg de naam Ti-600.
Ontwikkeling en toepassing van titaniumlegeringen bij lage temperaturen
Structurele onderdelen die bij lage temperaturen worden gebruikt, vereisen een goede plasticiteit, een lage thermische geleidbaarheid en uitstekende verwerkingseigenschappen met behoud van een bepaalde sterkte. Structurele materialen bij lage temperaturen in binnen- en buitenland zijn voornamelijk roestvrij staal, aluminiumlegeringen, titaniumlegeringen en nikkellegeringen. Titaniumlegering heeft goede uitgebreide eigenschappen bij lage temperaturen en wordt al vele jaren breed gewaardeerd door landen over de hele wereld. Bij lage temperaturen neemt de vloeigrens van een titaniumlegering aanzienlijk toe, wat ongeveer 3 tot 6 keer zo groot is als die van austenitisch roestvrij staal. De breuktaaiheid neemt echter af naarmate de temperatuur daalt, ongeveer 0.25 tot 0.5 van austenitisch roestvast staal. Omdat de dichtheid van een titaniumlegering veel kleiner is dan die van roestvrij staal, en bij lage temperaturen de thermische geleidbaarheid laag is, de uitzettingscoëfficiënt klein is en niet-magnetisch, wordt het gebruikt als een belangrijk technisch materiaal bij lage temperaturen op het gebied van lucht- en ruimtevaart en supergeleiding.
Titaniumlegering met bijenstructuur bij lage temperaturen en andere op het lichaam gecentreerde kubieke metalen, de kunststof-brosse overgangstemperatuur (TPR) is hoog, naarmate de temperatuur daalt, neemt de plastic taaiheid af, en kan over het algemeen niet bij lage temperaturen worden gebruikt. De TPR van en bijna-titaniumlegeringen is over het algemeen erg laag, en er is een goede plasticiteit bij lage temperaturen, dus sommige van de internationaal erkende lage-temperatuur titaniumlegeringen behoren in principe tot en bijna-titaanlegeringen. Van de titaniumlegeringen kunnen titaniumlegeringen die minder , zoals Ti-6Al-4V ELI, ook goed worden gebruikt bij vloeibare waterstoftemperaturen (22 K). Zuivere titanium- en -titaniumlegeringen zoals Ti-5Al-2.5Sn ELl zijn ideale structurele materialen bij lage temperaturen bij vloeibare heliumtemperaturen (4,2 K), maar andere onzuiverheden dan de legeringssamenstelling moeten onder controle worden gehouden, vooral het gehalte aan zuurstof en ijzer. De toename van ijzer- en zuurstofcomponenten maakt het titaniummateriaal bros bij lage temperaturen, en de toename van fasestabiele elementen zoals ijzer en mangaan leidt gemakkelijk tot kerfverbrossing.
De voormalige Sovjet-Unie was 's werelds leidende niveau in de ontwikkeling en toepassing van titaniumlegeringen bij lage temperaturen, en de vroege ontwikkeling van titaniumlegeringen OT4, OT4-L, BT5-1KT, TT{ {5}}BKT en andere legeringen worden op grote schaal gebruikt in ruimteraketapparatuur. De sterkte van deze legeringen nam toe tot 1400 MPa bij 2 K, terwijl de rek boven de 10% bleef. De in de Verenigde Staten ontwikkelde en toegepaste titaniumlegeringen voor lage temperaturen omvatten voornamelijk Ti-5Al-2.5Sn, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti -6Al-3Nb-2Zr en andere titaniumlegeringen bij lage temperaturen.
China in de ontwikkeling en toepassing van titaniumlegeringen bij lage temperaturen dan de Verenigde Staten en Rusland later begonnen, China heeft de bestaande TA7, TC1, TC4 titaniumlegering prestatietests en toepassingsonderzoek bij lage temperaturen uitgevoerd in het "negende vijfjarenplan "Periode ontwikkeld geschikt voor pijpleidingsystemen bij lage temperaturen van titaniumlegeringen, het legeringssysteem is Ti-Al-Zr, Ti-A1-Zr-Mo. Ti-AIL-Sn-Mo, Ti-Al-Zr-Sn-Mo, enz.
Ontwikkeling en toepassing van titanium tafelgoud voor strakke onderdelen
De toepassing van bevestigingsmiddelen van titaniumlegeringen in het buitenland is zeer gebruikelijk en er blijven verschillende nieuwe bevestigingsmiddelen verschijnen. De grote civiele kosten van enkele bevestigingsmiddelen van titaniumlegering bedragen honderdduizenden stuks. Onder dezelfde sterkte-index zijn titanium bevestigingsmiddelen 70% lichter dan de massa van staal, en zijn de vermoeiingssterkte en gevoeligheid voor spanningsconcentratie van titaniumlegeringen beter dan vergelijkbaar gebruik van staal, in een verscheidenheid aan tochtstrips met hoge corrosiestabiliteit, dus de toepassing van titanium strakke ringen voor luchtvaartapparatuur is erg belangrijk.
Ontwikkeling van titaniumlegeringen
Bevestigingsmiddelen van titaniumlegeringen worden voornamelijk gebruikt in drie soorten materialen: het eerste type is een laag Mo-equivalent - type tweefasige legering, zoals Ti-6Al-4V; De tweede categorie bestaat uit metastabiele legeringen, waaronder III, Ti-44.5Nb, Ti-15-3 in de Verenigde Staten en TB2, TB3 en TB8 in China; De derde klasse is de subkritische samenstelling van tweefasige legeringen, zoals het Russische BT16l. De volgende tabel toont de kenmerken van bevestigingsmaterialen van titaniumlegering.
Ti{0}}Al-4V is een laag Mo-equivalent - tweefasige legering met de laagste stabiliteitscoëfficiënt (slechts 0,27) en het hoogste aluminiumequivalent (tot 6) van de drie legeringen . Het bètafasegehalte in de gegloeide toestand bedraagt dus slechts 7% (volumefractie). De voordelen zijn de laagste dichtheid, de beste sterkte- en vermoeiingsprestaties, de eenvoudigste samenstelling en de laagste kosten van halffabrikaten. Omdat de plasticiteit bij kamertemperatuur echter niet hoog genoeg is, is het noodzakelijk om inductie te gebruiken bij het verwerken van bevestigingsmiddelen
