Sviluppo e applicazione delle caratteristiche delle leghe di titanio per il settore aerospaziale

Dalla produzione industrializzata di titanio nel 1940, è stato ampiamente utilizzato nel settore aerospaziale, militare, marino grazie alla sua elevata resistenza, buona resistenza alla corrosione, non magnetico, buone prestazioni di saldatura e altri vantaggi, nonché superconduttività, memoria e altri vantaggi. Nei campi dello sviluppo, petrolchimico, della generazione di energia, della superconduttività, ecc., Ha la reputazione di "Metallo Onnipotente", "Metallo Marino", "Terzo Metallo", "Metallo Moderno" e così via. Con la continua esplorazione delle eccellenti proprietà del titanio, il suo ambito di applicazione è ancora in espansione e diventerà il terzo metallo strutturale dopo l'acciaio e l'alluminio. In considerazione dell'importante ruolo del titanio nella difesa nazionale, nell'aviazione, nell'alta tecnologia e in altri campi, è stato molto apprezzato da Stati Uniti, Russia, Gran Bretagna, Francia e altre potenze militari e Giappone e altri paesi, ed elencato come metallo strutturale chiave con significato strategico nel 21 ° secolo. Lo sviluppo della scienza e della tecnologia del titanio, comprese le nuove leghe, le nuove tecnologie di fusione e le tecnologie applicative, sta subendo rapidi cambiamenti. L'industria cinese del titanio ha vissuto alti e bassi per quasi 40 anni. Con il sostegno dello stato, ha fatto grandi progressi e ha stabilito il proprio sistema indipendente di industria del titanio. Nel 2000, la Cina ha prodotto 1.751 tonnellate di spugna di titanio e 2.206 tonnellate di materiali lavorati in titanio. Nel 2008, la Cina ha prodotto 49.632 tonnellate di spugna di titanio, con un aumento di 27,3 volte in 8 anni. Nel 2008, la Cina ha prodotto 27.737 tonnellate di materiali lavorati in titanio, con un aumento di 11,6 volte. tempi.

A causa dell'elevato costo delle materie prime in lega di titanio, il 70% -80% dei materiali in titanio all'estero viene utilizzato nell'industria aeronautica e aerospaziale. Anche la domanda di leghe di titanio nei settori aeronautico e aerospaziale del mio paese è particolarmente elevata. Attualmente, la percentuale di leghe di titanio utilizzate negli aeromobili avanzati in fase di sviluppo nel mio paese è di circa il 10-12 per cento, la percentuale di titanio utilizzata negli aerei militari è più elevata, circa il 20-30 per cento, e la percentuale di titanio utilizzato nei motori degli aerei militari è superiore al 30 per cento. . Anche la quantità di titanio utilizzata nei nuovi razzi e missili è in aumento.

Questo documento riassume principalmente i progressi della ricerca e dell'applicazione del titanio nei settori aeronautico e aerospaziale negli Stati Uniti, in Russia, Gran Bretagna, Giappone e Cina, che può servire come riferimento per l'applicazione e lo sviluppo dell'industria del titanio del mio paese nei settori dell'aviazione e aerospaziale.

Man mano che il concetto di progettazione degli aeromobili cambia gradualmente dalla pura resistenza statica in passato alla sicurezza---vita, danni --- sicurezza, e fino al moderno concetto di progettazione della tolleranza ai danni, i materiali avanzati in lega di titanio si stanno gradualmente spostando verso un'elevata tenacità alla frattura e una bassa propagazione delle fessure. Tasso di leghe di titanio resistenti ai danni. Allo stato attuale, i paesi sviluppati stranieri sono stati in prima linea nello sviluppo di nuovi materiali in lega di titanio resistenti ai danni e nella loro applicazione in aeromobili avanzati, in particolare come Ti-6Al-4VELI a media resistenza e Ti-6-222 ad alta resistenza, ecc. È stato utilizzato con successo in velivoli di nuova generazione come l'americano F-22, F-35 e C-17. Migliorare notevolmente la durata e l'efficacia di combattimento del velivolo. Con lo sviluppo di concetti di progettazione aeronautica, anche le idee di progettazione della tolleranza ai danni delle strutture in lega di titanio hanno iniziato a ricevere attenzione nel mio paese. Dal "Decimo piano quinquennale", il mio paese ha sviluppato in modo indipendente la lega di titanio a media resistenza e ad alta tenacità TC4-DT e la lega di titanio TC21 ad alta resistenza e ad alta tenacità resistente ai danni e ha stabilito la lavorazione β della lega di titanio resistente ai danni. tecnologia, che ha gettato le basi della tecnologia di applicazione dei materiali per lo sviluppo di nuovi aeromobili nel mio paese. Al fine di soddisfare le esigenze di sviluppo delle leghe di titanio per l'aviazione e le strutture aerospaziali, il mio paese ha sviluppato in modo indipendente leghe di titanio a filo a bassa resistenza e ad alta tenacità (NiTi) e leghe per tubi (TA18), leghe di titanio ad altissima resistenza serie 1300MPa-2000Mpa (TB8, TB9, TB20), ecc., È stato inizialmente formato un nuovo sistema di materiali in lega di titanio con caratteristiche cinesi per le strutture aeronautiche, ed è stata istituita una nuova generazione di leghe di titanio per strutture aeronautiche e aerospaziali. Le prestazioni specifiche sono mostrate nella Tabella 1

Principali indicatori tecnici delle tipiche leghe strutturali di titanio

Ti-6Al-4V (TC4) è una lega di titanio α-β di media resistenza sviluppata nei primi anni 1960. Ha eccellenti proprietà complete ed è noto come una lega universale. È la prima e più utilizzata lega per uso generale per l'aviazione e le strutture aerospaziali. Leghe di titanio, comprese piastre, barre e forgiati, ecc. La lega ha buone proprietà di saldatura e lavorabilità, e la lega a grana fine ha superplasticità e componenti complessi possono essere fabbricati mediante il processo combinato di formatura superplastica / legame di diffusione (SPF / DB). Le leghe strutturali di titanio ad alta resistenza si riferiscono generalmente a leghe con una resistenza alla trazione superiore a 1000 MPa. Allo stato attuale, le leghe di titanio ad alta resistenza che rappresentano il livello avanzato internazionale e sono state praticamente utilizzate negli aeromobili includono principalmente leghe metastabili di tipo β Ti-15-3, β21S, lega di tipo β Ti-1023 e lega di titanio bifase di tipo α-β BT22. L'utilizzo di una lega strutturale di titanio ad alta resistenza per sostituire l'acciaio strutturale ad alta resistenza 30CrMnSiA comunemente usato nelle strutture aeronautiche può ridurre il peso di oltre il 20%.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) è una lega di titanio bifase ad alta resistenza, ad alta tenacità e resistente ai danni sviluppata nel 1970. Dopo il trattamento termomeccanico, la lega ha i vantaggi di un'elevata resistenza, una buona tolleranza ai danni e un'eccellente resistenza alla crescita delle fessure a fatica ed è adatta per la produzione di componenti portanti ad alta resistenza e ad alta tenacità. Aggiungendo l'elemento Si, la lega mantiene un'elevata resistenza a temperatura media, che è migliore di Ti-6Al-4V. Il foglio di lega può essere formato superplasticamente a temperatura ambiente.

Ti-10V-2Fe-3Al (TB6) è una lega di titanio ad alta resistenza e ad alta tenacità quasi beta sviluppata alla fine del 1970. La lega ha i vantaggi di un'elevata resistenza specifica, buona tenacità alla frattura, ampia area di indurimento, piccola anisotropia, buone prestazioni di forgiatura e forte resistenza alla corrosione, e ha molti vantaggi della lega di titanio metastabile β senza perdere α-β lega di titanio. Le caratteristiche della soluzione solida possono soddisfare i requisiti di progettazione della tolleranza ai danni e di elevata efficienza strutturale, alta affidabilità e basso costo. La temperatura massima di esercizio è di 320 °C. I principali prodotti di questa lega sono barre, forgiati, piastre spesse e profili. Attraverso il trattamento termico di soluzione e invecchiamento, è possibile ottenere una buona combinazione di resistenza, plasticità e tenacità alla frattura ed è adatto per la produzione di parti strutturali con requisiti elevati di resistenza e tenacità alla frattura. Un'eccellente tenacità e un basso tasso di crescita delle fessure possono essere ottenuti mediante trattamento termomeccanico, adatto a strutture con elevati requisiti di tenacità alla frattura.