Titaanisulamite omaduste väljatöötamine ja rakendamine kosmosetööstuses

Alates titaani tööstuslikust tootmisest 1940. aastatel on seda laialdaselt kasutatud lennunduses, sõjatööstuses ja merenduses tänu oma suurele tugevusele, heale korrosioonikindlusele, mittemagnetilisusele, heale keevitusomadusele ja muudele eelistele, samuti ülijuhtivusele, mälule ja merendusele. muid eeliseid. Arengu, naftakeemia, elektritootmise, ülijuhtivuse jne valdkondades on sellel "Kõikvõimsa Metalli", "Meremetalli", "Kolmanda metalli", "Modern Metalli" ja nii edasi maine. Titaani suurepäraste omaduste pideva uurimisega laieneb selle rakendusala ja sellest saab terase ja alumiiniumi järel kolmas metallkonstruktsioon. Pidades silmas titaani olulist rolli riigikaitses, lennunduses, kõrgtehnoloogias ja muudes valdkondades, on seda kõrgelt hinnanud USA, Venemaa, Suurbritannia, Prantsusmaa ja teised sõjalised riigid ning Jaapan ja teised riigid ning kantud titaani nimekirja. 21. sajandil strateegilise tähtsusega võtmetähtsusega konstruktsioonimetall. Titaani teaduse ja tehnoloogia areng, sealhulgas uued sulamid, uued sulatustehnoloogiad ja rakendustehnoloogiad, on läbimas kiireid muutusi. Hiina titaanitööstus on kogenud tõuse ja mõõnasid peaaegu 40 aastat. Riigi toel on ta teinud suuri edusamme ja loonud oma iseseisva titaanitööstuse süsteemi. 2000. aastal tootis Hiina 1751 tonni titaankäsna ja 2206 tonni titaaniga töödeldud materjale. 2008. aastal tootis Hiina 49 632 tonni titaankäsna, mis on 8 aastaga 27,3-kordne kasv. 2008. aastal tootis Hiina 27 737 tonni titaanist töödeldud materjale, mis on 11,6-kordne kasv. korda.

Titaanisulamite toorainete kõrge hinna tõttu kasutatakse 70 protsenti -80 protsenti välismaal olevatest titaanmaterjalidest lennu- ja kosmosetööstuses. Nõudlus titaanisulamite järele on minu kodumaa lennunduses ja kosmosetööstuses samuti eriti suur. Praegu on minu riigis arendatavates täiustatud lennukites kasutatavate titaanisulamite osakaal umbes 10 protsenti -12 protsenti, sõjalennukites kasutatava titaani osakaal on suurem, umbes 20 protsenti -30 protsenti ja sõjalennukite mootorites kasutatava titaani osakaal on üle 30 protsendi . . Samuti suureneb uutes rakettides ja rakettmürskudes kasutatava titaani hulk.

See artikkel võtab peamiselt kokku titaani uurimise ja rakendamise edusammud lennunduses ja kosmosevaldkonnas Ameerika Ühendriikides, Venemaal, Suurbritannias, Jaapanis ja Hiinas, mis võib olla võrdlusaluseks minu kodumaa titaanitööstuse rakendamisel ja arendamisel lennunduses. ja kosmoseväljad.

Kuna lennukite disainikontseptsioon muutub järk-järgult varasemast puhtast staatilisest tugevusest ohutuse---eluea, kahjustuste---ohutuseni ja kuni moodsa kahjustustaluvuse disainikontseptsioonini, liiguvad täiustatud titaanisulamist materjalid järk-järgult kõrgetasemelise poole. purunemiskindlus ja madal pragude levik. Kahjustuskindlate titaanisulamite määr. Praegu on välisriigi arenenud riigid olnud esirinnas uute kahjustuskindlate titaanisulamist materjalide väljatöötamisel ja nende rakendamisel täiustatud lennukites, eriti nagu keskmise tugevusega Ti-6Al-4VELI ja kõrge. -tugevusega Ti-6-222 jne. Seda on edukalt kasutatud uue põlvkonna lennukites, nagu Ameerika F-22, F-35 ja C-17. Suurendage oluliselt õhusõiduki kasutusiga ja võitlustõhusust. Õhusõidukite disainikontseptsioonide väljatöötamisega on ka minu riigis hakatud tähelepanu pälvima titaanisulamist konstruktsioonide kahjustustaluvuse disainiideed. Alates "Kümnendast viieaastasest plaanist" on minu riik iseseisvalt välja töötanud TC4-DT keskmise tugevusega ja suure sitkusega kahjustuskindla titaanisulami ning TC21 ülitugeva ja ülitugeva kahjustuste suhtes vastupidava titaanisulami ning kehtestas kahjustuskindla titaanisulami töötlemise. tehnoloogia, mis on pannud aluse materjalide rakendustehnoloogiale uute õhusõidukite väljatöötamiseks minu riigis. Lennunduses ja kosmosetööstuses kasutatavate titaanisulamite arendusvajaduste rahuldamiseks on minu riik iseseisvalt välja töötanud madala tugevusega ja kõrge sitkusega traattitaanisulamid (NiTi) ja torusulamid (TA18), 1300 MPa-2000Mpa seeria ultra -kõrgtugevad titaanisulamid (TB8, TB9, TB20) jne, algselt on moodustatud uus Hiina omadustega titaanisulamite materjalide süsteem lennukikonstruktsioonide jaoks ning loodud on uue põlvkonna titaanisulamid lennundus- ja kosmosestruktuuridele. Spetsiifiline jõudlus on näidatud tabelis 1

Tüüpiliste struktuursete titaanisulamite peamised tehnilised näitajad

Ti-6Al-4V (TC4) on keskmise tugevusega titaanisulam, mis töötati välja 1960. aastate alguses. Sellel on suurepärased kõikehõlmavad omadused ja see on tuntud kui universaalne sulam. See on kõige varasem ja enim kasutatud üldotstarbeline sulam lennunduses ja kosmosetööstuses. Titaanisulamid, sealhulgas plaadid, vardad ja sepised jne. Sulamil on head keevitus- ja töödeldavusomadused ning peeneteraline sulam on üliplastsusega ning keerulisi komponente saab valmistada superplastilise vormimise/difusioonliimimise (SPF/DB) kombineeritud protsessiga. ). Kõrgtugevad struktuursed titaanisulamid viitavad üldiselt sulamitele, mille tõmbetugevus on üle 1000 MPa. Kõrgtugevad titaanisulamid, mis esindavad rahvusvahelist kõrgtaset ja mida on lennukites praktiliselt kasutatud, hõlmavad praegu peamiselt metastabiilset tüüpi sulameid Ti-15-3, 21S, peaaegu tüüpi sulamit Ti-1023 ja {{16 }}tüüpi kahefaasiline titaanisulam BT22. Kõrgtugeva struktuurse titaanisulami kasutamine õhusõiduki konstruktsioonides tavaliselt kasutatava 30CrMnSiA kõrgtugeva konstruktsiooniterase asendamiseks võib kaalu vähendada rohkem kui 20 protsenti.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) on ülitugev, väga sitke ja kahjustusi taluv kahefaasiline 1970. aastatel välja töötatud titaanisulam. Pärast termomehaanilist töötlemist on sulami eelisteks kõrge tugevus, hea kahjustustaluvus ja suurepärane vastupidavus väsimuspragude kasvule ning see sobib ülitugevate ja tugevate kandekomponentide valmistamiseks. Si elemendi lisamisel säilitab sulam kõrge tugevuse ka keskmisel temperatuuril, mis on parem kui Ti-6Al-4V. Sulamilehte saab toatemperatuuril superplastiliselt vormida.

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) on 1970. aastate lõpus välja töötatud ülitugev ja väga tugev peaaegu beeta-titaani sulam. Sulami eelised on kõrge eritugevus, hea murdumiskindlus, suur kõvenemisala, väike anisotroopia, hea sepistamisvõime ja tugev korrosioonikindlus ning sellel on palju eeliseid kaotamata metastabiilsel titaanisulamil - titaanisulam. Tahke lahenduse omadused vastavad kahjustuste taluvuse ja kõrge konstruktsiooni efektiivsuse, kõrge töökindluse ja madalate kulude nõuetele. Maksimaalne töötemperatuur on 320 kraadi. Selle sulami peamised tooted on vardad, sepised, paksud plaadid ja profiilid. Lahuse ja vananemise kuumtöötluse abil on võimalik saavutada hea tugevuse, plastilisuse ja purunemiskindluse sobivus ning see sobib konstruktsiooniosade valmistamiseks, millel on kõrged nõuded tugevuse ja purunemiskindluse osas. Suurepärase sitkuse ja madala pragude kasvukiiruse saab saavutada termomehaanilise töötlemisega, mis sobib kõrgete murdumistugevusnõuetega konstruktsioonidele.