Desarrollo y aplicación de características de aleaciones de titanio para aeroespacial

Desde la producción industrializada de titanio en la década de 1940, ha sido ampliamente utilizado en la industria aeroespacial, militar, marina debido a su alta resistencia, buena resistencia a la corrosión, no magnético, buen rendimiento de soldadura y otras ventajas, así como superconductividad, memoria y otras ventajas. En los campos de desarrollo, petroquímica, generación de energía, superconductividad, etc., tiene la reputación de "Metal todopoderoso", "Metal marino", "Tercer metal", "Metal moderno", etc. Con la exploración continua de las excelentes propiedades del titanio, su ámbito de aplicación aún se está expandiendo y se convertirá en el tercer metal estructural después del acero y el aluminio. En vista del importante papel del titanio en la defensa nacional, la aviación, la alta tecnología y otros campos, ha sido muy valorado por los Estados Unidos, Rusia, Gran Bretaña, Francia y otras potencias militares y Japón y otros países, y figura como un metal estructural clave con importancia estratégica en el siglo XXI. El desarrollo de la ciencia y la tecnología del titanio, incluidas las nuevas aleaciones, las nuevas tecnologías de fusión y las tecnologías de aplicación, está experimentando cambios rápidos. La industria del titanio de China ha experimentado altibajos durante casi 40 años. Con el apoyo del estado, ha logrado grandes avances y ha establecido su propio sistema independiente de industria del titanio. En 2000, China produjo 1.751 toneladas de esponja de titanio y 2.206 toneladas de materiales procesados ​​de titanio. En 2008, China produjo 49.632 toneladas de esponja de titanio, un aumento de 27,3 veces en 8 años. En 2008, China produjo 27.737 toneladas de materiales procesados ​​de titanio, un aumento de 11,6 veces. veces.

Debido al alto costo de las materias primas de aleación de titanio, el 70 por ciento -80 por ciento de los materiales de titanio en el extranjero se utilizan en las industrias aeroespacial y de aviación. La demanda de aleaciones de titanio en los campos aeroespacial y de aviación de mi país también es particularmente grande. En la actualidad, la proporción de aleaciones de titanio utilizadas en aviones avanzados en desarrollo en mi país es de alrededor del 10 por ciento -12 por ciento, la proporción de titanio utilizada en aviones militares es mayor, alrededor del 20 por ciento -30 por ciento, y la proporción de titanio utilizada en los motores de los aviones militares es superior al 30 por ciento. . La cantidad de titanio utilizada en nuevos cohetes y misiles también está aumentando.

Este trabajo resume principalmente los avances de la investigación y aplicación del titanio en los campos aeronáutico y aeroespacial en Estados Unidos, Rusia, Gran Bretaña, Japón y China, que pueden servir como referencia para la aplicación y desarrollo de la industria del titanio de mi país en la aviación. y campos aeroespaciales.

A medida que el concepto de diseño de las aeronaves cambia gradualmente de pura resistencia estática en el pasado a seguridad---de por vida, daños---y hasta el moderno concepto de diseño de tolerancia a daños, los materiales de aleación de titanio avanzados se están moviendo gradualmente hacia una alta tenacidad a la fractura y baja propagación de grietas. Tasa de aleaciones de titanio tolerantes al daño. En la actualidad, los países desarrollados extranjeros han estado a la vanguardia en el desarrollo de nuevos materiales de aleación de titanio tolerantes a daños y su aplicación en aeronaves avanzadas, especialmente como Ti-6Al-4VELI de resistencia media y alta -Fuerza Ti-6-222s, etc. Se ha utilizado con éxito en aviones de nueva generación como los americanos F-22, F-35 y C-17. Mejore en gran medida la vida útil y la eficacia de combate de la aeronave. Con el desarrollo de conceptos de diseño de aeronaves, las ideas de diseño de tolerancia al daño de las estructuras de aleación de titanio también han comenzado a recibir atención en mi país. Desde el "décimo plan quinquenal", mi país ha desarrollado de forma independiente la aleación de titanio TC4-DT de resistencia media y alta tolerante al daño y la aleación de titanio TC21 de alta resistencia y alta resistencia al daño, y estableció el mecanizado de aleación de titanio tolerante a daños. tecnología, que ha sentado las bases de la tecnología de aplicación de materiales para el desarrollo de nuevos aviones en mi país. Con el fin de satisfacer las necesidades de desarrollo de aleaciones de titanio para la aviación y las estructuras aeroespaciales, mi país ha desarrollado de forma independiente aleaciones de titanio para alambres (NiTi) de baja resistencia y alta tenacidad y aleaciones para tuberías (TA18), 1300MPa-2000Mpa series ultra -aleaciones de titanio de alta resistencia (TB8, TB9, TB20), etc., se formó inicialmente un nuevo sistema de material de aleación de titanio con características chinas para estructuras de aeronaves y se estableció una nueva generación de aleaciones de titanio para estructuras aeroespaciales y de aviación. El rendimiento específico se muestra en la Tabla 1

Principales indicadores técnicos de las típicas aleaciones estructurales de titanio

Ti-6Al-4V (TC4) es una aleación de titanio de resistencia media desarrollada a principios de la década de 1960. Tiene excelentes propiedades integrales y se conoce como una aleación universal. Es la aleación de uso general más antigua y más utilizada para estructuras aeroespaciales y de aviación. Aleaciones de titanio, incluidas placas, barras y piezas forjadas, etc. La aleación tiene buenas propiedades de soldadura y maquinabilidad, y la aleación de grano fino tiene superplasticidad, y los componentes complejos se pueden fabricar mediante el proceso combinado de formación superplástica/unión por difusión (SPF/DB ). Las aleaciones de titanio estructural de alta resistencia generalmente se refieren a aleaciones con una resistencia a la tracción de más de 1000 MPa. En la actualidad, las aleaciones de titanio de alta resistencia que representan el nivel avanzado internacional y se han utilizado prácticamente en aeronaves incluyen principalmente aleaciones de tipo metaestable Ti-15-3, 21S, aleación de tipo cercano Ti-1023 y {{16 }}tipo aleación de titanio bifásico BT22. El uso de una aleación de titanio estructural de alta resistencia para reemplazar el acero estructural de alta resistencia 30CrMnSiA comúnmente utilizado en las estructuras de aeronaves puede reducir el peso en más del 20 por ciento.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) es un compuesto bifásico de alta resistencia, tenacidad y tolerancia a daños. Aleación de titanio desarrollada en la década de 1970. Después del tratamiento termomecánico, la aleación tiene las ventajas de alta resistencia, buena tolerancia al daño y excelente resistencia al crecimiento de grietas por fatiga, y es adecuada para la fabricación de componentes de soporte de carga de alta resistencia y tenacidad. Al agregar el elemento Si, la aleación mantiene una alta resistencia a temperatura media, que es mejor que el Ti-6Al-4V. La lámina de aleación se puede formar superplásticamente a temperatura ambiente.

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) es una aleación de titanio casi beta de alta resistencia y tenacidad desarrollada a fines de la década de 1970. La aleación tiene las ventajas de una alta resistencia específica, buena tenacidad a la fractura, gran área de endurecimiento, pequeña anisotropía, buen rendimiento de forjado y fuerte resistencia a la corrosión, y tiene muchas ventajas de la aleación de titanio metaestable sin perder la aleación de titanio. Las características de solución sólida pueden cumplir con los requisitos de diseño de tolerancia a daños y alta eficiencia estructural, alta confiabilidad y bajo costo. La temperatura máxima de trabajo es de 320 grados. Los principales productos de esta aleación son barras, forjas, chapas gruesas y perfiles. A través del tratamiento térmico de solución y envejecimiento, se puede lograr una buena combinación de resistencia, plasticidad y tenacidad a la fractura, y es adecuado para la fabricación de piezas estructurales con altos requisitos de resistencia y tenacidad a la fractura. Se puede obtener una excelente tenacidad y una baja tasa de crecimiento de grietas mediante tratamiento termomecánico, que es adecuado para estructuras con altos requisitos de tenacidad a la fractura.