Titanium diedarkan secara meluas, kandungannya melebihi 0.4 peratus daripada jisim kerak bumi, dan rizab terbukti global adalah kira-kira 3.4 bilion tan, menduduki tempat ke-10 di antara semua unsur (oksigen, silikon, aluminium, besi, kalsium , natrium, kalium, magnesium, hidrogen, titanium).
Para saintis Amerika pertama kali memperoleh titanium logam pada tahun 1910 menggunakan "kaedah natrium" (pengurangan natrium TiCl4), tetapi industri titanium tidak berkembang serta-merta dengan penemuan titanium.
Sehingga tahun 1948 selepas Perang Dunia II barulah "kaedah magnesium" (pengurangan magnesium TiCl4) yang dicipta oleh saintis Luxembourg digunakan untuk pengeluaran di Amerika Syarikat dan industri titanium mula berlepas.
Titanium adalah 40 peratus kurang tumpat daripada keluli, dan kekuatannya adalah setanding dengan keluli, yang boleh meningkatkan kecekapan struktur. Pada masa yang sama, titanium mempunyai rintangan haba yang baik, rintangan kakisan, keanjalan, keanjalan dan kebolehbentukan. Oleh kerana ciri-ciri titanium di atas, aloi titanium telah digunakan dalam industri penerbangan sejak kemunculan aloi titanium. Pada tahun 1953, titanium digunakan buat kali pertama pada dinding api enjin DC-T dan nacelle yang dihasilkan oleh Syarikat Douglas Amerika Syarikat, dan sejarah aloi titanium yang digunakan dalam penerbangan bermula.
Pesawat ulang-alik adalah pesawat yang paling penting dan paling banyak digunakan. Titanium adalah bahan struktur utama pesawat, dan ia juga merupakan bahan pilihan untuk komponen penting seperti kipas enjin aero, cakera pemampat dan bilah, dan dikenali sebagai "logam angkasa". Semakin canggih pesawat itu, semakin banyak titanium digunakan. Sebagai contoh, kandungan titanium pesawat generasi keempat F22 AS ialah 41 peratus (pecahan jisim), dan kandungan titanium enjin F119 ialah 39 peratus , yang kini merupakan pesawat dengan kandungan titanium tertinggi. Penyelidikan aloi titanium berasal dari penerbangan, dan pembangunan industri penerbangan juga telah menggalakkan pembangunan aloi titanium. Penyelidikan aloi titanium untuk penerbangan sentiasa menjadi cabang yang paling penting dan aktif dalam bidang aloi titanium, tetapi pembangunannya juga amat sukar.
Dalam kertas ini, aloi titanium dikelaskan dari perspektif komposisi fasa matriks aloi. Dengan mengambil pesawat sebagai wakil pesawat, makalah ini memfokuskan pada aplikasi dan penyelidikan aloi titanium dalam enjin aero, fiuslaj pesawat dan pengikat penerbangan. Akhir sekali, masalah yang wujud dalam pembangunan aloi titanium untuk penerbangan dianalisis.
1 Pengelasan aloi titanium
Klasifikasi aloi titanium di Amerika Syarikat, Britain, Rusia, Perancis, Jepun dan negara lain kebanyakannya ditentukan oleh pengeluar, dan terdapat banyak nama. Sesetengah syarikat secara langsung menggunakan simbol kimia dan nombor unsur untuk menggantikan unsur pengaloian yang ditambah dan kandungannya, seperti Ti-6Al-4V (bersamaan dengan TC4 di negara saya). Mengikut komposisi fasa, aloi titanium boleh dibahagikan kepada: -jenis aloi titanium dengan struktur pembungkusan rapat heksagon (HCP) (termasuk hampir- -aloi jenis)—iaitu, gred domestik TA dan campuran dua fasa aloi titanium jenis tambah—iaitu aloi titanium jenis gred domestik TC dan kubik berpusat badan (BCC) (termasuk hampir- -jenis aloi)—iaitu, jenama domestik ialah TB.
1.1 -jenis aloi titanium
Aloi larutan pepejal fasa tunggal dengan -titanium sebagai matriks dalam keadaan sepuhlindap ialah aloi titanium -jenis, yang terutamanya mengandungi unsur-unsur seperti Al dan Sn. Al boleh meningkatkan kekuatan tegangan dan rayapan aloi, mengurangkan ketumpatan aloi titanium, dan meningkatkan kekuatan khusus, dan merupakan unsur pengaloian penting dalam aloi titanium. Untuk memaksimumkan kesan pengukuhan larutan pepejal aluminium dan mengelakkan kemerosotan aloi yang disebabkan oleh Al yang berlebihan, kerja mengaloi aloi titanium suhu tinggi harus mengikut formula empirik setara yang dicadangkan oleh ROSENBERG. Kestabilan haba yang baik. Unsur-unsur dalam aloi titanium alfa ini berfungsi untuk menstabilkan dengan menghalang atau meningkatkan suhu transformasi pada suhu transformasi. Berbanding dengan aloi titanium jenis, aloi jenis mempunyai rintangan rayapan, kekuatan, kebolehkimpalan dan keliatan yang baik, dan merupakan aloi pilihan untuk digunakan pada suhu tinggi. Pada masa yang sama, aloi jenis tidak mempunyai kerapuhan sejuk, dan ia juga sesuai digunakan dalam persekitaran suhu rendah, yang memperluaskan julat penggunaannya. -jenis aloi mempunyai kebolehtempaan yang lemah dan terdedah kepada kecacatan penempaan. Kecacatan penempaan boleh dikawal dengan mengurangkan kadar pemprosesan setiap pas dan rawatan haba yang kerap. Matriks adalah fasa yang stabil, dan untuk aloi komposisi tertentu, perubahan sifatnya adalah terutamanya perubahan dalam saiz butiran, kerana kedua-dua kekuatan hasil dan kekuatan rayapan adalah berkaitan dengan saiz butiran dan tenaga yang disimpan semasa ubah bentuk. Kekuatan aloi titanium jenis tidak boleh dipertingkatkan dengan rawatan haba, dan kekuatan pada dasarnya tiada atau sedikit perubahan selepas penyepuhlindapan. Sesetengah aloi mengandungi lebih banyak Al, Sn, Zr dan sejumlah kecil unsur penstabil (biasanya kurang daripada 2 peratus ). Walaupun aloi ini mengandungi fasa, matriks terutamanya terdiri daripada fasa, yang sangat hampir dengan aloi jenis dari segi sensitiviti rawatan haba dan kebolehprosesan, dan dipanggil aloi titanium jenis hampir{14}}. Aloi jenis hampir- -dibangunkan berdasarkan pengiktirafan bahawa kekuatan rayapan tinggi boleh diperolehi dengan mengukuhkan -matriks dengan unsur pengaloian larutan pepejal. Kebanyakan aloi jenis hampir- -kini telah menjadi aloi titanium suhu tinggi kerana kestabilan termanya yang baik. jenis aloi penting. Mekanisme pengukuhannya ialah atom dalam fasa meresap dengan cepat dan terdedah kepada menjalar.
Aloi titanium jenis biasa (termasuk hampir- -aloi jenis) termasuk 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) dan Ti6242S (Ti{ {28}}Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si), dsb. Gubahan dan sifat disenaraikan dalam Jadual 2.
Aloi titanium jenis 1.2 tambah
Untuk meningkatkan kekuatan dan keliatan aloi titanium, orang ramai telah membangunkan aloi titanium ditambah. Berbanding dengan aloi titanium yang lain, tambah aloi ditambah dengan unsur -unsur penstabil dan -unsur penstabil untuk mengukuhkan fasa dan. plus aloi mempunyai sifat komprehensif yang sangat baik. Sebagai contoh, kekuatan suhu biliknya lebih tinggi daripada aloi. Ia mempunyai prestasi pemprosesan haba yang baik dan boleh diperkukuhkan dengan rawatan haba, jadi ia sesuai untuk bahagian struktur aeroangkasa. Struktur anil aloi titanium jenis tambah adalah fasa tambah, dan kandungan fasa biasanya 5 peratus ~ 40 peratus. Walau bagaimanapun, strukturnya tidak cukup stabil, dan suhu operasi maksimum hanya boleh mencapai 500 darjah, dan prestasi kimpalan dan rintangan habanya lebih rendah daripada aloi titanium jenis.
aloi titanium jenis tambah terutamanya termasuk 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) dan TC21 (Ti-6.2Al-2.8Mo) -2Nb-2Sn-2.1Zr{ {42}}.3Cr) dan seterusnya. Antaranya, aloi TC11 juga dikenali sebagai aloi hampir beta.
ZHOU mencadangkan teknologi pemprosesan aloi TC11. Pertama, aloi dirawat haba pada 15 darjah di bawah suhu peralihan, diikuti dengan penyejukan air yang cepat, dan kemudian menjalani pengerasan suhu tinggi dan suhu rendah serta rawatan haba pengukuhan untuk mendapatkan struktur mikro baharu. Matriks mikrostruktur baharu ini terdiri daripada 15 peratus butiran equiaxed, 50 peratus hingga 60 peratus butiran berlapis dan butiran berubah. Hasil penyelidikan menunjukkan bahawa aloi mempamerkan rintangan lesu yang tinggi, hayat lesu rayapan yang panjang, keliatan tinggi dan prestasi perkhidmatan suhu tinggi yang sangat baik tanpa mengurangkan keplastikan dan kestabilan terma.
Dan prinsip percubaan proses baru dan mekanisme peneguhan dibincangkan. Masalah utama dalam aplikasi praktikal teknologi pemprosesan ini ialah kawalan suhu yang tepat.
Proses pemesinan aloi titanium TC11 ini telah digunakan untuk menghasilkan cakera pemampat enjin aero yang boleh dipercayai, pemutar dan komponen lain.
1.3 -jenis aloi titanium
Kandungan unsur penstabil adalah cukup tinggi, dan aloi yang diperoleh dengan menyejukkan fasa dengan cepat selepas rawatan larutan dan mengekalkannya pada suhu bilik dipanggil aloi titanium jenis. Mengikut klasifikasi mikrostruktur keadaan stabil, aloi titanium boleh dibahagikan kepada aloi titanium stabil dan aloi titanium metastabil, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Dalam Rajah 1, MS ialah garis suhu transformasi martensit, C ialah kandungan minimum unsur -stabil. dalam aloi metastabil, dan S ialah kandungan minimum unsur -stabil dalam aloi stabil.
Aloi beta mempunyai kebolehbentukan sejuk yang baik dalam keadaan larutan, dan juga sangat baik dalam kebolehkerasan dan tindak balas rawatan haba.
Kaedah rawatan haba yang biasa digunakan ialah rawatan penyelesaian pertama, dan kemudian penuaan pada 450~650 darjah, fasa halus akan dimendakan pada matriks asal aloi, membentuk fasa kedua dengan pengedaran tersebar, yang merupakan mekanisme pengukuhan aloi. Berbanding dengan jenis aloi titanium yang lain, aloi -titanium memendakan lebih fasa semasa penuaan, dan mengandungi lebih banyak antara muka fasa untuk menghalang pergerakan kehelan, jadi kekuatan suhu bilik aloi -titanium adalah yang tertinggi.
Keupayaan bahan logam untuk menyerap tenaga semasa ubah bentuk dan patah dipanggil keliatan. Lebih banyak tenaga yang diserap oleh bahan, lebih baik kekuatannya. Keliatan patah ialah penunjuk keliatan bahan, mencerminkan rintangan bahan terhadap penyebaran retak dan kecacatan tajam yang lain. Secara umumnya, keliatan patah dan kekuatan aloi titanium menunjukkan arah aliran songsang, iaitu, keliatan patah berkurangan apabila kekuatan meningkat. Untuk mengkaji penggunaan aloi -titanium dalam industri aeroangkasa, adalah perlu untuk mereka bentuk mikrostruktur dengan kekuatan yang baik dan keliatan patah, serta teknologi pemprosesan dan rejim rawatan haba. Komposisi aloi dan struktur mikro adalah dua faktor utama yang menentukan keliatan patah aloi beta titanium. Komposisi aloi menentukan jumlah fasa beta dalam aloi, serta jenis dan keliatan patah aloi. Morfologi, kuantiti dan isipadu struktur mikro juga mempengaruhi keliatan patah aloi. Fu Yanyan dan lain-lain percaya bahawa unsur -penstabil dan unsur bersaiz sederhana Zr aloi -titanium boleh meningkatkan kekuatan aloi dan mengurangkan keliatan patah. Butiran halus tidak dapat meningkatkan kekuatan aloi titanium lama dengan berkesan, dan akan mengurangkan keliatan patah aloi Ti-15-3, tetapi tidak mempunyai kesan ketara ke atas keliatan patah aloi -C dan Ti-1023.
Kekuatan aloi -titanium penuaan terutamanya bergantung pada kandungan dan saiz fasa sekunder yang dicetuskan oleh penuaan. Dalam kes mengandungi fasa primer yang sama, fasa sekunder halus boleh meningkatkan kekuatan aloi dengan ketara.
Kekasaran fasa primer dan perubahan fasa primer daripada sfera kepada mengelupas akan membawa kepada penurunan kemuluran dan peningkatan keliatan patah aloi -titanium. Struktur dwi-mod aloi -titanium mempunyai padanan kekuatan, kemuluran dan keliatan yang baik.
Sebab mengapa aloi -titanium digunakan secara meluas juga kerana ia mempunyai kelebihan kekuatan tinggi dan keplastikan tinggi yang jenis aloi titanium lain tidak dapat dipadankan selepas penuaan. Pada masa yang sama, keupayaan pengukuhan dan pengerasan dalam aloi titanium yang boleh dirawat haba menjadikannya secara beransur-ansur menggantikan aloi titanium dua fasa ditambah sebagai bahan struktur pilihan untuk fiuslaj dan sayap pesawat, dan ia memainkan peranan yang semakin penting dalam industri aeroangkasa. peranan yang semakin penting.
2 Pembangunan dan penggunaan aloi titanium untuk penerbangan
Pada tahun 1950-an, pesawat tentera memasuki era kelajuan supersonik, dan struktur aluminium dan keluli asal tidak lagi dapat memenuhi permintaan baharu. Pada masa inilah aloi titanium memasuki peringkat pembangunan perindustrian. Aloi titanium mempunyai sifat yang sangat baik seperti ketumpatan rendah, kekuatan spesifik tinggi, rintangan kakisan, rintangan suhu tinggi, bukan magnet, boleh dikimpal, julat suhu operasi yang luas (269~600 darjah), dan boleh digunakan untuk pelbagai bahagian membentuk, mengimpal dan pemesinan . Aeronautik tidak lama lagi digunakan secara meluas. Pada awal 1950-an, pesawat tentera mula menggunakan titanium tulen industri untuk mengeluarkan bahagian struktur dengan tekanan yang kurang seperti pelindung haba, penutup ekor, dan brek laju fiuslaj belakang. Pada tahun 1960-an, aloi titanium terus digunakan pada bahagian struktur galas tegasan utama seperti gelongsor kepak pesawat, sekat galas beban, rasuk kotak sayap tengah, dan rasuk gear pendaratan. Menjelang 1970-an, penggunaan aloi titanium dalam struktur pesawat telah berkembang daripada jet pejuang kepada pengebom tentera yang besar dan pesawat pengangkut, dan sejumlah besar struktur aloi titanium juga telah digunakan dalam pesawat awam.
Selepas memasuki tahun 1980-an, titanium yang digunakan dalam pesawat awam telah meningkat secara beransur-ansur, dan telah mengatasi titanium yang digunakan dalam pesawat tentera. Lebih maju pesawat, lebih banyak titanium digunakan. Jadual 3 dan 5 menyenaraikan pecahan jisim bahan titanium yang digunakan dalam pesawat pejuang generasi ketiga dan keempat serta pengebom canggih dan pesawat pengangkut di Amerika Syarikat, jenis aloi titanium yang digunakan dalam pesawat am, dan jumlah aloi titanium dan bahan komposit digunakan dalam pesawat Airbus. Dapat dilihat daripada Jadual 5 bahawa penggunaan titanium pada pesawat Airbus A380 telah mencapai 10 peratus, dan titanium telah menjadi bahan struktur yang sangat diperlukan untuk pesawat moden. Mengikut kegunaan yang berbeza, aloi titanium untuk penerbangan boleh dibahagikan kepada aloi titanium untuk enjin pesawat, aloi titanium untuk fiuslaj pesawat dan aloi titanium untuk pengikat penerbangan. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, orang ramai telah menjalankan penyelidikan mendalam mengenai penggunaan aloi titanium penerbangan dalam tiga aspek di atas.
Ringkasnya, aloi titanium mempunyai nisbah tujah-kepada-berat yang besar, keliatan tinggi, kekuatan dan kebolehkimpalan yang baik, dan merupakan bahan penerbangan dengan sifat komprehensif yang sangat baik. Dalam beberapa dekad yang lalu, teori pengaloian, teknologi pengukuhan dan peneguhan yang komprehensif dan proses rawatan haba aloi titanium untuk penerbangan telah banyak dibangunkan. Pada masa ini, penyelidikan mengenai aloi titanium terutamanya tertumpu kepada kestabilan terma pada suhu tinggi, rintangan rayapan dan reka bentuk aloi titanium kos rendah dan proses pembuatan. Dengan penyelidikan yang mendalam, kemajuan teknologi pemprosesan kos rendah aloi titanium akan didorong oleh aplikasi penerbangan mewah, dengan itu secara asasnya menerobos kesesakan kos yang menyekat peningkatan dos dan tahap aplikasi aloi titanium untuk penerbangan. Pesawat semua-titanium mungkin menjadi kenyataan dalam masa yang tidak lama lagi.
Hubungi kami untuk maklumat lanjut. Terima kasih
Nicole
Syarikat: Baoji Jimiyun Dynamic Co., Ltd
Cuntri: China
Tambah: Jalan Baoti, Jintai, bandar Baoji, Shaanxi, China
Cel: tambah 86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
laman web: www.jm-titanium.com
