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

4.β liga e sua aplicação

A liga beta é a maior resistência das ligas de titânio, força de tração até 1240mpa. Após o resfriamento rápido, 100% da fase β metaestável pode ser retida à temperatura ambiente. Usando diferentes temperaturas e tempo de envelhecimento, o tamanho e a proporção da precipitação da fase α na matriz da fase β de uma liga podem ser controlados, de modo a obter força mais alta que a liga α+β, e propriedades diferentes podem ser obtidas selecionando o apropriado temperatura e tempo de envelhecimento.

Com algumas exceções, as ligas beta não são usadas para aplicações de alta temperatura, porque, em geral, as ligas beta diminuem em força mais rapidamente do que as ligas quase alfa e α+ beta com temperatura crescente e não têm a mesma resistência de fluência que quase- ligas alfa.

A liga beta é usada principalmente para peças estruturais com requisitos de alta resistência, como o trem de pouso de aeronaves, começando com o Boeing 777, e foi aplicado em uma série de novas grandes aeronaves comerciais. Outros componentes usados ​​na liga beta nos 777 e 787 incluem trilhos de aba, molas, suportes de APU, tanques de incêndio, grampos e suportes e tubos de escape.

As ligas beta usadas na aviação incluem TI-10V-2FE-3AL, TI-5AL-5MO-5V-3CR, TI-15V-3CR-3AL-3SN, TI-6AL-2SN-4ZR-6MO, TI-5AL-2SN -2ZR-4MO-4CR, TI-3AL-8V-6CR-4MO-4ZR, TI-35V-15CR e TI-15MO-2.7NB-3AL-0.2SI.

(1) TI-10V-2FE-3AL (TI-10-2-3). A liga TI-10V-2FE-3AL (TI-10-2-3) é uma alta resistência perto da liga beta desenvolvida em conjunto pela American Timet Company, Boeing Company e Wyman-Gordon na década de 1970. Foi aplicado com sucesso a peças estruturais -chave, como feixe de mancal principal, asa e eixo do trem de pouso de aeronaves. Após os ensaios no Boeing 757, a liga foi oficialmente aprovada para uso no trem de pouso do Boeing 777, como mostra a Figura 3. Desde então, a Airbus também usou o TI-10-2-3 como trem de pouso em seu A380 Aeronave.

(2) TI-5AL-5MO-5V-3CR (TI-5553). A liga Ti-5553 é uma nova liga de alta resistência e alta de alta resistência próxima a β titânio desenvolvida em conjunto pela Companhia Airbus da Airbus da Rússia, sua composição nominal é Ti-5al-5mo-5v-3cr-1zr, que é Um pouco mais alto que a força da liga Ti-10-2-3 (cerca de 1240mpa). Após o tratamento térmico, a resistência à tração pode exceder 1500MPa, com certas vantagens de desempenho de processamento e melhor hardenabilidade. É especialmente adequado para a fabricação de componentes de rolamentos grandes, como juntas de asa/cabide, articulações do trem de pouso/articulações e peças do trem de pouso. A liga Ti-5553 é usada para a maior parte do trem de pouso da nova aeronave 787 da Boeing e também é usada para as partes do trem de pouso do Airbus A350-1000.

(3) TI-15V-3CR-3SN-3AL (TI-15-3-3-3). TI-15-3-3-3 é uma liga de titânio do tipo β metaestável desenvolvida nos Estados Unidos na década de 1970. Após o tratamento a 800 ℃ 30minac+540 ℃ 8HAC, a resistência à tração à temperatura ambiente atingiu 1100MPa e o alongamento ainda estava acima de 9%. A liga possui excelente ductilidade de compressão, formabilidade a frio e propriedades de soldagem e é um material ideal para componentes da aviação. É usado principalmente como peças estruturais da fuselagem e prendedores de aviação e também pode ser usado para fazer molas, como mostra a Figura 4. O uso de titânio beta em vez de molas de aço pode obter uma redução de 70% de peso.

(4) Ti-6Al-2SN-4ZR-6MO (TI-6-2-4-6). O titânio 6246 é uma liga de titânio de alta temperatura de alto teor de MO, desenvolvida pelo cronograma na década de 1960, com alta resistência à temperatura (usando temperatura a 420 ° C), boa resistência, resistência à corrosão, soldagem e propriedades de processamento. A resistência à fadiga de baixo ciclo da liga após o envelhecimento da solução ou o duplo recozimento é obviamente maior que a da liga Ti-6al-4V correspondente e possui maior força de fluência de alta temperatura e força instantânea, aeroespacial de liga de titânio, que pode ser usada para fabricar Discos e lâminas do compressor do motor da turbina.

(5) Ti-5AL-2SN-2ZR-4MO-4CR (TI-17). A TI-17 é a empresa elétrica geral dos Estados Unidos no início dos anos 1970 começou a pesquisar e desenvolver a liga do tipo β, alta resistência, boa dureza, com resistência à temperatura ambiente de 1137 ~ 1166mpa, resistência à tração de 1196 ~ 1235mpa, alongamento de Mais de 8%. Ao mesmo tempo, possui um bom crescimento de crack/resistência à fadiga e resistência à fratura. Ele é usado principalmente para algum disco de ventilador de motor de aeronaves grandes recém -desenvolvidas e disco do motor de pressão de ar com requisitos de alta resistência. A Companhia General Electric da United States e a Wyman Gordon Company usaram a liga Ti-17 para fabricar o eixo do pinça do rotor de disco e helicóptero do motor e helicóptero. A Kobe Steel do Japão também começou a desenvolver a liga e usada na fabricação de discos de motor.

(6) TI-3AL-8V-6CR-4MO-4ZR (β-C). O β-C é uma liga β-titanium metaestável desenvolvida pela RMI em 1969. A liga contém uma solução mais sólida, a resistência à tração pode atingir 1240 MPa, devido à alta resistência, suas propriedades de tolerância a ladrões e perdas (resistência à fratura e taxa de crescimento de trincas de fadiga) A liga menor que α+β, portanto, não é comumente usada em componentes críticos portadores de carga, geralmente usados ​​como molas de aeronaves, prendedores, conectores e componentes de mísseis.

A pesquisa mostra que a adição de uma pequena quantidade de C (0,1%) a β-C e a condução de uma certa deformação a frio antes do envelhecimento pode acelerar a precipitação da fase α durante o envelhecimento, reduzir a formação do limite de grãos α (GB-α) e e Promova o refinamento de grãos e mantenha a boa ductilidade, obtendo uma força de até 1500mpa.

(7) TI-35V-15CR (liga C). Existe apenas uma liga beta verdadeira (estável) com aplicação comercial limitada, liga C, nominalmente TI-35V-15CR-0.05C, fabricada pela Pratt e Whitney, Inc. Uma das duas maiores empresas de fabricação de motores de aeronaves nos Estados Unidos) desenvolvido. Devido ao alto teor da liga estabilizada com β, a liga C não decompõe a fase β na fase α+β à temperatura de serviço, como fazem as ligas β normais. A liga tem uma propriedade de tração de 1071MPa à temperatura ambiente, uma resistência ao escoamento de 1023 MPa, um alongamento de 14,7 e uma temperatura de fluência de 540 ℃, e é usada por Pratt & Whitney como um sistema de escape para motores militares devido ao seu incêndio Propriedades de proteção (não combustão). Outras ligas de titânio queimarão em altas taxas de fluxo de massa (como o fluxo de ar do motor a jato), e o "combustível" para combustão é titânio e alumínio, que são essenciais em quase todas as ligas de titânio.

(8) T I-1 5 M O-2.7 N B-3 AL-0.2 S I (β-21 1 s). O β-21S (TI-15MO-2.7NB-3AL-0.2SI) é uma nova liga de força ultra-alta desenvolvida pelo cronograma. A liga tem alta resistência e boa plasticidade e, através do tratamento térmico, envelhecendo a um nível de força muito alto (resistência à tração> 1450MPa), a plasticidade ainda é mantida no nível do TI-1023. Os β-21s possuem propriedades antioxidantes significativas durante o processamento e o uso, tornando-o mais adequado para o processamento em folhas finas. Os β-21s podem suportar temperaturas mais altas do que outras ligas β, e a temperatura de trabalho a longo prazo pode atingir 540 ℃.

Devido à sua melhor resistência a altas temperaturas, essa liga pode ser usada como vértebras da cauda de motor aero, como mostra a Figura 5, onde o bico é exposto ao escape do motor. Substituir a liga à base de níquel por β-21s pode reduzir bastante o peso das vértebras do bico e da cauda.

Peroração

A análise dos titânio aeroespacial e ligas aeroespacial americano e européia mostra que, nos últimos anos, a liga de titânio de alta temperatura, liga de titânio de baixa temperatura, alta resistência e alta tenacidade da liga de titânio, liga retardante de titânio e liga de titânio de danos desenvolvidos no exterior foi amplamente utilizado no campo aeroespacial, representando a direção de desenvolvimento dos materiais de liga de titânio aeroespacial de alto desempenho.

(1) liga de titânio de alta temperatura. As ligas de titânio de alta temperatura desenvolvidas na década de 1950 são representadas pela liga Ti-6Al-4V desenvolvida nos Estados Unidos, que é adaptada a uma temperatura de 300-350 ° C. As ligas de titânio de alta temperatura desenvolvidas posteriormente estão principalmente próximas O tipo α, representado por Ti-6-2-4-2s e TI-1100 desenvolvido nos Estados Unidos, o IMI834 desenvolvido no Reino Unido e o BT-36 desenvolvido na Rússia, e a temperatura é tão alta quanto 600 ℃. As ligas de titânio de alta temperatura têm sido amplamente utilizadas em motores aero devido à sua excelente resistência térmica e alta resistência específica. Outra tendência de desenvolvimento de ligas de titânio de alta temperatura é a liga de alumínio de titânio, isto é, compostos intermetálicos Ti3al (α2) e tial (ϒ ϒ) baseados em titânio e alumínio, dos quais ϒ liga tem uma resistência de alta temperatura de 725 ℃. A liga de alumínio de titânio se tornou o material mais competitivo para futuros motores de aeronaves e peças estruturais de aeronaves.

(2) liga de titânio de baixa temperatura. Algumas ligas de titânio e titânio podem manter suas propriedades mecânicas originais a temperaturas baixas e ultra-baixas. Estudos sobre ligas de titânio de baixa temperatura nos Estados Unidos se concentram principalmente no tipo α tipo Ti-5al-2.5sn eli e α+β tipo Ti-6al-4V Eli. Ao reduzir o conteúdo de elementos intermitentes, as duas ligas de titânio mantêm boa força e tenacidade a uma temperatura extremamente baixa de 20k. Utilizado em vasos criogênicos, tubos criogênicos e impulsores de motores de foguete líquidos.

(3) liga de titânio de alta resistência. As ligas de titânio de alta resistência geralmente se referem a ligas de titânio com resistência à tração acima de 1.000MPa, e as ligas de titânio de alta resistência estrangeiras são desenvolvidas principalmente nos Estados Unidos e na Rússia. A liga beta é a liga de titânio de maior força, atualmente representando o nível avançado internacional e no campo da aviação para obter aplicações práticas de liga de titânio de alta resistência, principalmente a liga de titânio do tipo β, como os Estados Unidos TI-10-2-3, TI-15-3-3-3 e β-21s, Rússia TI-5-5-5-3-1, etc. É usado principalmente para peças estruturais com requisitos de alta resistência, como trem de pouso de aeronaves e peças de fuselagem.

(4) liga de titânio retardador de chama. Para resolver o problema da "combustão do titânio" dos materiais de liga de titânio para motores de aeronaves para atender às necessidades de motores de alta taxa de peso ao peso, os Estados Unidos e a Rússia realizaram o desenvolvimento de ligas de titânio retardador de chama desde a década de 1970. A liga de titânio retardante da chama inclui principalmente dois sistemas de liga: a liga do sistema Ti-V-CR dos Estados Unidos C (T-35V-15CR); A série Russian Ti-Cu-Al é BTT-1 e BTT-3. [3] A liga C é uma liga de titânio retardador de chama β estável com alta resistência à sala e alta temperatura, boa força de fluência, excelente resistência à fadiga e formabilidade a frio, que foi aplicada com sucesso ao revestimento de compressor de alta pressão, lâmina-guia e vetor bico de cauda do motor F119.

Liga de titânio de tolerância a danos. Para atender aos requisitos de novas aeronaves sobre resistência específica do material, resistência à fadiga, crescimento de trincas, resistência à fratura, custo do ciclo de vida e outras propriedades abrangentes, ligas de titânio de tolerância a danos com alta resistência à fratura e baixa taxa de crescimento de trincas foram desenvolvidas no exterior. É representado pelas ligas α+β TI-6AL-4V ELI e TI-6-2-2-2S desenvolvidas nos Estados Unidos. Ti-6al-4V Eli é uma liga de titânio de tolerância a danos médios e Ti-6-2-2-2s é uma liga de titânio de tolerância a danos de alta resistência, que tem sido amplamente utilizada em caças F-22 em os Estados Unidos.