Notas e aplicações de ligas de titânio e titânio na indústria aeroespacial

1.α ligas incluem titânio comercialmente puro (CP) e ligas de titânio contendo apenas elementos estáveis ​​a α e/ou elementos neutros.

1.1 Industrial Pure Titanium

O titânio puro industrial é composto principalmente de fase α de cristais hexagonais (HCP), enquanto devido a impurezas residuais de matérias-primas de titânio de esponja ou adição de Fe, industrial de titânio puro, também contém uma pequena quantidade de (<5% ) fase β, de acordo com a resistência à tração de acordo com 240-550MPa dividida em 4 graus (G1, G2, G3 e G4 nos padrões ASTM), quanto maior o grau, maior a concentração de oxigênio que pode reproduzir uma solução sólida intermitente, o fortalecimento, portanto quanto maior a força. Titânio aeroespacial

O titânio do CP é usado principalmente em áreas que requerem boa resistência à corrosão e propriedades de soldagem, mas não possuem requisitos de alta resistência. No campo da aviação, o titânio do CP é usado principalmente em tubos de aquecimento de ar para sistemas de degelo de borda de ponta da asa, tubos do sistema de controle ambiental da cabine, tubos hidráulicos e vários dispositivos de fixação e suporte.

1.2 liga de titânio Ti-5al-2.5Sneli

Outra classe de ligas de titânio do tipo α contém o elemento estável AL e o elemento de liga neutra SN para obter uma força mais alta que a CP. As ligas de titânio do tipo α mais comuns no campo da aviação incluem Ti-5al-2.5sn eli (intervalo intersticial e ultra-baixo extra-baixo), desenvolvido pela Rússia e pelos Estados Unidos, e a marca russa é BT5-1. Com base em liga de titânio comum Ti-5al-2.5SN, a liga melhora significativamente sua força e resistência em temperaturas extremamente baixas, reduzindo o conteúdo de elementos intermitentes e ainda tem uma boa resistência e baixa condutividade térmica em 20k (-250 ℃) baixa temperatura Condições, usadas principalmente em vasos de baixa temperatura, pipelines de baixa temperatura e impulsor da bomba de turbina do motor de foguete líquido.

2 liga de titânio quase alfa e sua aplicação

Essas ligas contêm principalmente Al, Sn e Zr e pequenas quantidades (não mais que 2% em peso) de elementos estáveis ​​de β de baixo difusos, como Mo ou NB, V e Si (não mais que 0,5%). A adição de MO ou NB pode estabilizar uma pequena quantidade da fase β retida à temperatura ambiente para desempenhar um certo papel de fortalecimento.

As ligas de titânio quase alfa não são tão fortes quanto as ligas α+β ou β à temperatura ambiente, mas têm resistência superior à fluência de alta temperatura, o que é particularmente importante para aplicações de alta temperatura, porque elas podem manter força suficiente em altas temperaturas.

Os principais notas das ligas de titânio quase alfa mais comumente usadas na indústria de aplicação e aviação aeroespacial incluem Ti-3-2.5, TI-6-2-4-2s, TI-1100, IMI834 e BT-36.

(1) TI-3AL-2.5V (TI-3-2.5). Ti-3al-2.5V é uma liga de titânio do tipo quase alfa desenvolvida nos Estados Unidos, que é de 20% a 50% mais forte que o titânio puro à temperatura ambiente e alta temperatura e é adequado para sistemas de aeronaves e motor hidráulico e tubulação de combustível . Na Boeing, o Ti-3-2.5 é usado para todas as tubulações hidráulicas da aeronave, exceto a tubulação hidráulica da baía de trem de pouso que aciona o principal trem de pouso. Um grande número de oleodutos de pressão no ônibus espacial está equipado com tubos de liga sem costura Ti-3al-2.5V, o que pode reduzir o peso dos oleodutos em 40%.

(2) TI-6AL-2SN-4ZR-2MO-0.08SI (TI-6-2-4-2S). Devido à força de fluência de alta temperatura da liga de titânio quase α do tipo α é melhor que a liga α+β, em motores modernos, as lâminas do compressor usam dois materiais de titânio usados ​​em aeronaves, a temperatura do gás da lâmina dianteira é menor que 300 ℃, o material é Ti -6-4, o restante do material do estágio final é o titânio de alta força de força de fluência 6242 e o titânio 6246, pode ser usado em até 540 ℃. Na década de 1970, o US RMI (Reactive Metals Inc) desenvolveu liga Ti-6242S com uma temperatura superior a 500 ℃ adicionando elementos Si. Ao refinar os grãos β para controlar a estrutura acicular, são alcançados a força da fadiga e a força de fluência da liga, de modo que possui alta resistência, alta rigidez, resistência à fluência e boa estabilidade térmica em 565 ℃ e é amplamente utilizado em componentes do motor da turbina . A Figura 2 mostra o rotor do compressor de titânio de 3-9 grau.

(3) TI-1100 (TI-6Al-2.75 SN-4ZR-0.4MO-0.45SI-0.7O2-0.2FE). A liga de titânio Ti-1100 quase α de alta temperatura é um cronograma para atender às necessidades de novos motores aerodinâmicos para resistência à alta temperatura da liga de titânio de alta temperatura e alta resistência à fratura, e desenvolvido na década de 1980, a liga é na verdade o desenvolvimento do TI-6242SI, seu O uso da temperatura pode atingir 593 ℃, atualmente é usado no motor T55-712 Lycoming.

(4) Ti-5.8 AL-4SN-3.5ZR-0.5MO-0.7NB-0.35SI-0.06C (IMI834). IMI834 é uma super-alojamento do motor desenvolvido pela Rolls-Royce (a maior empresa de motores aero da Europa), e a temperatura de trabalho pode atingir 600 ° C no momento, é geralmente considerado a temperatura mais alta perto da liga de titânio de alfa que foi colocada em produção industrial. A liga 834 é usada principalmente em anéis de motor aero, discos de compressores e lâminas.

(5) Ti-6.2al-2SN-3.6ZR-0.7 MO-0.1Y-5.0 W-0.15 Si (BT36). O BT36 é uma liga de titânio com uma temperatura de 600-650 ℃ desenvolvida com sucesso na Rússia em 1992. A liga substitui 1% de NB por 5% de ponto de fusão de 5% W com base no BT18Y. A adição de W melhora significativamente a força, a fluência e a durabilidade da liga à temperatura ambiente e melhora a estabilidade térmica da liga.

3α +β liga e sua aplicação

A liga α+β é de longe a liga de titânio mais amplamente usada. Possui um teor maior de (4-6%) elementos beta, portanto, possui um conteúdo de fase beta mais alto do que as ligas de titânio próximo a alfa e pode obter maior força através do tratamento térmico. Os principais mecanismos de fortalecimento incluem a retenção da fase β metaestável à temperatura ambiente e a formação de martensita a partir da fase β original, com a temperatura ambiente. Ao envelhecer uma liga que contém uma fase β metaestável, um α escamosa pode ser gerado nessa região, o que pode aumentar a força com o mínimo de perda de plástico possível.

A liga α+β mais usada é Ti-6al-4V (Ti-6-4), outras ligas α+β para aviação incluem Ti-6al-6v-2Sn (Ti-662), Ti-6al-2SN-2ZR -2mo-2cr-0.2si (6-2-2-2-2s), Ti-6Al-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2S), TI-6Al-6V-2SN (TI-662), TI-6AL-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2S), TI-6AL-6V-2SN (TI-6V-2SN), TI-6AL-2SN -2ZR-2MO-2CR-0.2SI. IMI550 (TI-4AL-2SN-4MO-0.5SI).

(1) Ti-6Al-4V (Ti-6-4). O TI-6-4 é o material de liga de titânio mais amplamente utilizado, com boas propriedades abrangentes, frequentemente usadas no estado recozido, a menor resistência à tração de 896MPa (130KSI). O TI-6-4 é uma liga de titânio fortalecida pelo calor, com boa soldabilidade, formabilidade e propriedades de forjamento. É a principal liga de titânio usada em peças estruturais da fuselagem e também é usada na fabricação de lâminas de compressores de motores a jato, impelidores, trem de pouso e peças estruturais, fixadores, suportes, acessórios para aeronaves, molduras, estruturas de lona, ​​tubulações.

(2) TI-6Al-6V-2SN (TI-662). A resistência à tração do TI-662 é 1030MPA, a resistência ao escoamento é de 970mpa, a força é maior que o TI-6-4, excelente resistência à corrosão, desempenho de soldagem e processamento é média, usada na fuselagem de aeronaves, motor de foguete, componentes do reator nuclear, Nos últimos anos, a aplicação da perfuração de petróleo aumentou.

(3) TI-6AL-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2-2S). Desenvolvido pela RMI na década de 1970, 6-2-2-2s possuem excelente resistência, resistência à fratura, propriedades de alta temperatura, além de boa máquinabilidade e soldabilidade para peças estruturais espessas. Usado para fuselagem, asa, estrutura do motor. A liga tem alta resistência, a força de 1068MPa no estado recozido, após o fortalecimento e o envelhecimento da solução, pode atingir a força máxima de 1241MPa e tem uma grande tolerância a danos e é amplamente utilizada em partes estruturais de caça, como o Unido Estados da Força Aérea F-22 Raptor Fighter.

(3) TI-4AL-2SN-4MO-0.5SI (IMI550). O IMI550, desenvolvido pela British Imperial Metal Company (IMI), possui uma resistência à tração de 1100MPa, uma força de escoamento de 940MPa e uma temperatura operacional de 400 ℃ para peças estruturais de fuselagem e motor. Usado pela primeira vez como uma liga resistente à fluência nos motores Rolls Royce Pegasus e Olympus, foi posteriormente usado em fuselagens de aeronaves civis e militares européias como Jaguar, Tornado e Airbus.