Grados y aplicaciones de aleaciones de titanio y titanio en la industria aeroespacial

Las aleaciones 1.α incluyen titanio comercialmente puro (CP) y aleaciones de titanio que contienen solo elementos estables α y/o elementos neutros.

1.1 titanio puro industrial

El titanio puro industrial se compone principalmente de la fase α de cristales hexagonales (HCP) de parada cercana, mientras que debido a las impurezas residuales de las materias primas de titanio de la esponja o la adición hecha por el hombre de elementos FE, el titanio puro industrial también contiene una pequeña cantidad de (<5% ) fase β, de acuerdo con la resistencia a la tracción de acuerdo con 240-550MPa dividido en 4 grados (G1, G2, G3 y G4 en los estándares ASTM), cuanto mayor sea el grado, mayor es la concentración de oxígeno que puede reproducir el fortalecimiento de la solución sólida intermitente, por lo que Cuanto mayor sea la fuerza. titanio aeroespacial

CP Titanium se usa principalmente en áreas que requieren una buena resistencia a la corrosión y propiedades de soldadura, pero no tienen requisitos de alta resistencia. En el campo de la aviación, el titanio CP se usa principalmente en tubos de calefacción de aire para sistemas de delicaduras de borde de ala, tuberías de sistemas de control ambiental de cabina, tuberías hidráulicas y varios dispositivos de sujeción y soporte.

1.2 aleación de titanio TI-5Al-2.5Sneli

Otra clase de aleaciones de titanio de tipo α contiene el elemento AL de estable α y el elemento de aleación neutral Sn para obtener una mayor resistencia que la CP. Las aleaciones de titanio de tipo α más comunes en el campo de la aviación incluyen TI-5Al-2.5SN ELI (intersticial extra bajo, ultra bajo), desarrollado por Rusia y Estados Unidos, y la marca rusa es BT5-1. Basado en la aleación de titanio común TI-5Al-2.5SN, la aleación mejora significativamente su resistencia y dureza a temperaturas extremadamente bajas al reducir el contenido de elementos intermitentes, y aún tiene buena resistencia y baja conductividad térmica a 20k (-250 ℃) baja temperatura Las condiciones, utilizadas principalmente en vasos de baja temperatura, tuberías de baja temperatura e impulsor de la bomba de turbina de motor de cohetes líquidos.

2 aleación de titanio casi alfa y su aplicación

Estas aleaciones contienen principalmente Al, Sn y Zr y pequeñas cantidades (no más del 2% en peso) de elementos estables β con poca actividad baja como Mo o NB, V y Si (no más del 0.5%). La adición de Mo o NB puede estabilizar una pequeña cantidad de la fase β retenida a temperatura ambiente para desempeñar un cierto papel de fortalecimiento.

Las aleaciones casi alfa titanio no son tan fuertes como las aleaciones α+β o β a temperatura ambiente, pero tienen una resistencia superior a la fluencia a alta temperatura, lo cual es particularmente importante para aplicaciones de alta temperatura porque pueden mantener suficiente resistencia a altas temperaturas.

Los principales grados de aleaciones de titanio casi alfa más comúnmente utilizadas en la industria de aplicación y aviación aeroespacial incluyen TI-3-2.5, TI-6-2-4-2S, TI-1100, IMI834 y BT-36.

(1) TI-3Al-2.5V (TI-3-2.5). TI-3Al-2.5V es una aleación de titanio de tipo casi alfa desarrollada en los Estados Unidos, que es de 20% a 50% más fuerte que el titanio puro a temperatura ambiente y alta temperatura, y es adecuada para los sistemas de tuberías hidráulicas y de combustible de aviones y combustibles . En Boeing, el TI-3-2.5 se usa para todas las tuberías hidráulicas en la aeronave, excepto para la tubería hidráulica de la bahía de aterrizaje que conduce el tren de aterrizaje principal. Una gran cantidad de tuberías de presión de aceite en el transbordador espacial están equipados con tuberías de aleación TI-3Al-2.5V sin costuras, lo que puede reducir el peso de las tuberías en un 40%.

(2) TI-6Al-2SN-4ZR-2MO-0.08SI (TI-6-2-4-2S). Debido a la alta temperatura de fluencia de fluencia de la aleación de titanio casi tipo α es mejor que la aleación de α+β, en los motores modernos, las cuchillas del compresor usan dos material de titanio utilizado en aeronaves, la temperatura del gas de la cuchilla delantera es inferior a 300 ℃, el material es Ti es Ti -6-4, el resto del material de la etapa final es la aleación de alta resistencia a la fluencia titanio 6242 y titanio 6246, se puede usar a hasta 540 ℃. En la década de 1970, el RMI de EE. UU. (Reactive Metals Inc) desarrolló una aleación TI-6242S con una temperatura de más de 500 ℃ al agregar elementos SI. Al refinar los granos β para controlar la estructura acicular, se logran tanto la resistencia de fatiga como la resistencia a la fluencia de la aleación, de modo que tiene alta resistencia, alta rigidez, resistencia a la fluencia y buena estabilidad térmica a 565 ℃, y se usa ampliamente en los componentes del motor de la turbina . La Figura 2 muestra el rotor del compresor de titanio de 3-9 grado.

(3) TI-1100 (TI-6Al-2.75 SN-4ZR-0.4MO-0.45SI-0.7O2-0.2FE). TI-1100 La aleación de titanio a alta temperatura de casi α es un horario para satisfacer las necesidades de los nuevos motores aerodinámicos para la aleación de titanio de alta temperatura resistencia a la fluencia alta y la alta resistencia a la fractura, y desarrollada en la década de 1980, la aleación es en realidad el desarrollo de TI-6242SI, su La temperatura de uso puede alcanzar 593 ℃, actualmente se usa en el motor Lycoming T55-712.

(4) TI-5.8 AL-4SN-3.5ZR-0.5MO-0.7NB-0.35SI-0.06C (IMI834). IMI834 es un motor Superalloy desarrollado por Rolls-Royce (la compañía de motores aerodinámicos más grandes de Europa), y la temperatura de trabajo puede alcanzar los 600ºC en la actualidad, generalmente se considera la temperatura más alta cerca de la aleación de titanio alfa en producción industrial. La aleación 834 se usa principalmente en anillos de motor aerodinámico, discos de compresor y cuchillas.

(5) TI-6.2Al-2SN-3.6ZR-0.7 Mo-0.1Y-5.0 W-0.15 SI (BT36). BT36 es una aleación de titanio con una temperatura de 600-650 ℃ desarrollada con éxito en Rusia en 1992. La aleación reemplaza al 1% NB con un punto de fusión al 5% al ​​alto W sobre la base de BT18Y. La adición de W mejora significativamente la fuerza, la fluencia y la durabilidad de la aleación a temperatura ambiente, y mejora la estabilidad térmica de la aleación.

Aleación de 3α +β y su aplicación

La aleación α+β es, con mucho, la aleación de titanio más utilizada. Tiene un mayor contenido de (4-6%) elementos beta, por lo que tiene un mayor contenido de fase beta que las aleaciones de titanio casi alfa y puede obtener una mayor resistencia a través del tratamiento térmico. Los principales mecanismos de fortalecimiento incluyen la retención de la fase β metaestable a temperatura ambiente y la formación de martensita desde la fase β original al enfriarse a la temperatura ambiente. Al envejecer una aleación que contiene una fase β metaestable, se puede generar una α escamosa en esta región, lo que puede aumentar la resistencia con la menor pérdida de plástico posible.

La aleación α+β más utilizada es TI-6Al-4V (TI-6-4), otras aleaciones α+β para la aviación incluyen 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). Ti-6-4 es el material de aleación de titanio más utilizado, con buenas propiedades integrales, a menudo utilizadas en el estado recocido, la resistencia a la tracción más baja de 896MPA (130ksi). TI-6-4 es una aleación de titanio reforzada con calor con calor con buena soldabilidad, formabilidad y propiedades de forja. Es la aleación principal de titanio utilizada en las piezas estructurales de fuselaje, y también se usa en la fabricación de cuchillas del compresor de motor a reacción, impulsores, tren de aterrizaje y piezas estructurales, sujetadores, soportes, accesorios de aeronaves, marcos, estructuras de stringer, tuberías.

(2) TI-6Al-6V-2SN (TI-662). La resistencia a la tracción de TI-662 es de 1030MPa, la resistencia al rendimiento es de 970MPa, la resistencia es mayor que TI-6-4, excelente resistencia a la corrosión, el rendimiento de soldadura y procesamiento es medio, utilizado en fuselaje de aeronaves, motor de cohetes, componentes de reactores nucleares, En los últimos años, la aplicación de la perforación de petróleo aumentó.

(3) TI-6Al-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2-2-2S). Desarrollado por RMI en la década de 1970, 6-2-2-2s tiene una excelente resistencia, resistencia a la fractura, propiedades de alta temperatura, así como una buena maquinabilidad y soldabilidad para piezas estructurales gruesas. Utilizado para fuselaje, ala, estructura del motor. La aleación tiene alta resistencia, la resistencia de 1068MPA en el estado recocido, después de fortalecer y envejecer de la solución, puede alcanzar la máxima resistencia de 1241MPa, y tiene una gran tolerancia al daño, y se usa ampliamente en partes estructurales de combate, como el United Estados Fuerza Aérea F-22 Fighter Raptor.

(3) TI-4AL-2SN-4MO-0.5SI (IMI550). El IMI550, desarrollado por la British Imperial Metal Company (IMI), tiene una resistencia a la tracción de 1100MPa, una resistencia de rendimiento de 940MPA y una temperatura de funcionamiento de 400 ℃ para el fuselaje y las piezas estructurales del motor. Primero utilizado como una aleación resistente a la fluencia en los motores Rolls Royce Pegasus y Olympus, más tarde se usó en fuselajes de aviones civiles y militares europeos como Jaguar, Tornado y Airbus.