درجات وتطبيقات السبائك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم في صناعة الطيران

1. تشمل سبائك الخيل التجاري النقي (CP) وسبائك التيتانيوم التي تحتوي فقط على عناصر مستقرة ألفا و/أو عناصر محايدة.

1.1 التيتانيوم النقي الصناعي

تتكون التيتانيوم النقي الصناعي بشكل أساسي من مرحلة بلورات سداسية معبأة (HCP) α ، بينما بسبب الشوائب المتبقية من المواد الخام من التيتانيوم أو الإضافة التي من صنع الإنسان ، تحتوي التيتانيوم الصناعي أيضًا على كمية صغيرة (<5 ٪ ) β المرحلة ، وفقًا لقوة الشد وفقًا لما 240-550 ميجا بايتول مقسمة إلى 4 درجات (G1 و G2 و G3 و G4 في معايير ASTM) ، كلما ارتفعت الدرجة ، ارتفاع تركيز الأكسجين الذي يمكن أن يلعب محلول صلب متقطع ، لذلك ، كلما زادت القوة. التيتانيوم الفضاء

يستخدم CP Titanium بشكل أساسي في المناطق التي تتطلب مقاومة جيدة للتآكل وخصائص اللحام ، ولكن ليس لها متطلبات قوة عالية. في مجال الطيران ، يستخدم CP Titanium بشكل أساسي في أنابيب تسخين الهواء لأنظمة إزالة الحافة المتميزة للجناح ، وأنابيب نظام التحكم البيئي المقصورة ، والأنابيب الهيدروليكية ، وأجهزة التثبيت والدعم المختلفة.

1.2 سبيكة التيتانيوم Ti-5al-2.5sneli

تحتوي فئة أخرى من سبائك التيتانيوم من نوع α على العنصر المستقر α وعنصر سبيكة محايد SN من أجل الحصول على قوة أعلى من CP. تشمل سبائك التيتانيوم الأكثر شيوعًا من نوع α في مجال الطيران Ti-5al-2.5sn eli (الفاصل الزمني الخلالي المنخفض ، الذي طورته روسيا والولايات المتحدة ، والعلامة التجارية الروسية BT5-1. استنادًا إلى سبيكة التيتانيوم المشتركة Ti-5al-2.5sn ، تعمل السبائك بشكل كبير على تحسين قوته وصيادته في درجات حرارة منخفضة للغاية عن طريق تقليل محتوى العناصر المتقطعة ، ولا تزال لديها صلابة جيدة وتوصيل حراري منخفض عند 20 كيلو متر (-250 ℃) درجة حرارة منخفضة الظروف ، التي تستخدم بشكل رئيسي في الأوعية منخفضة درجة الحرارة ، وخط أنابيب درجات الحرارة المنخفضة ومضخة محرك الصواريخ السائل.

2 سبائك التيتانيوم القريبة من ألفا وتطبيقها

تحتوي هذه السبائك بشكل أساسي على AL و SN و ZR وكميات صغيرة (لا تزيد عن 2 ٪ بالوزن) من العناصر المستقرة المنخفضة مثل MO أو NB و V و SI (لا تزيد عن 0.5 ٪). يمكن لإضافة MO أو NB تثبيت كمية صغيرة من المرحلة المحتجزة في درجة حرارة الغرفة لتلعب دورًا تعزيزًا معينًا.

سبائك التيتانيوم القريبة من ألفا ليست قوية مثل سبائك α+β أو β في درجة حرارة الغرفة ، ولكن لها مقاومة متفوقة لزحف درجة الحرارة العالية ، وهو أمر مهم بشكل خاص لتطبيقات درجة الحرارة العالية لأنها يمكن أن تحافظ على قوة كافية في درجات حرارة عالية.

تشمل الدرجات الرئيسية لسبائك التيتانيوم القريبة من ألفا الأكثر شيوعًا في صناعة الطيران والطيران TI-3-2.5 و TI-6-2-4-2S و TI-1100 و IMI834 و BT-36.

(1) TI-3AL-2.5V (TI-3-2.5). TI-3AL-2.5V هي سبيكة من نوع من نوع ألفا من نوع ألفا تم تطويرها في الولايات المتحدة ، والتي تتراوح ما بين 20 ٪ إلى 50 ٪ من التيتانيوم النقي في درجة حرارة الغرفة ودرجة حرارة عالية ، وهي مناسبة لأنظمة أنابيب الطائرات والوقود المحركية والوقود . في Boeing ، يتم استخدام Ti-3-2.5 لجميع الأنابيب الهيدروليكية في الطائرة ، باستثناء الأنابيب الهيدروليكية للهبوط التي تدفع معدات الهبوط الرئيسية. تم تجهيز عدد كبير من خطوط أنابيب ضغط الزيت على مكوك الفضاء بأنابيب سبيكة سلس Ti-3AL-2.5V ، والتي يمكن أن تقلل من وزن خطوط الأنابيب بنسبة 40 ٪.

(2) TI-6AL-2SN-4ZR-2MO-0.08SI (TI-6-2-4-2S). نظرًا لقوة زحف درجة الحرارة العالية لسبائك التيتانيوم من نوع α ما يقرب من سبيكة من سبيكة α+β ، في المحركات الحديثة ، تستخدم شفرات الضاغط مادة من التيتانيوم المستخدمة في الطائرة ، ودرجة حرارة غاز الشفرة الأمامية أقل من 300 ℃ ، والمادة هي ti -6-4 ، يمكن استخدام ما تبقى من المادة النهائية للمرحلة النهائية من سبيكة زحف عالية من التيتانيوم 6242 وتيتانيوم 6246 ، حتى 540 ℃. في سبعينيات القرن العشرين ، طورت RMI (Invalsive Metals Inc) سبيكة TI-6242S مع درجة حرارة تزيد عن 500 ℃ عن طريق إضافة عناصر SI. عن طريق تحسين الحبوب للسيطرة على بنية acicular ، يتم تحقيق كل من قوة التعب وقوة الزحف للسبائك ، بحيث يتمتع بقوة عالية ، صلابة عالية ، مقاومة الزحف والاستقرار الحراري الجيد عند 565 ℃ ، ويستخدم على نطاق واسع في مكونات محرك التوربين . يوضح الشكل 2 دوار ضاغط التيتانيوم 3-9.

(3) TI-1100 (TI-6AL-2.75 SN-4ZR-0.4MO-0.45SI-0.7O2-0.2FE). TI-1100 ما يقرب من سبيكة من التيتانيوم عالية درجة الحرارة هي جدول زمني لتلبية احتياجات محركات Aero الجديدة لمقاومة عالية من سبائك التيتانيوم العالية ومتانة عالية الكسر ، وتم تطويرها في الثمانينات ، وسبائك هي في الواقع تطور Ti-6242Si ، يمكن أن تصل درجة حرارة استخدام 593 ℃ ، وهو يستخدم حاليًا في محرك Lycoming T55-712.

(4) Ti-5.8 AL-4SN-3.5ZR-0.5MO-0.7NB-0.35SI-0.06C (IMI834). IMI834 عبارة عن محرك فائق تم تطويره بواسطة Rolls-Royce (أكبر شركة محركات Aero في أوروبا) ، ويمكن أن تصل درجة حرارة العمل إلى 600 درجة مئوية في الوقت الحالي ، وتعتبر عمومًا أعلى درجة حرارة بالقرب من سبيكة ألفا التيتانيوم التي تم وضعها في الإنتاج الصناعي. 834 سبيكة تستخدم بشكل أساسي في حلقات محرك Aero ، أقراص ضاغط وشفرات.

(5) Ti-6.2AL-2SN-3.6ZR-0.7 MO-0.1Y-5.0 W-0.15 SI (BT36). BT36 هو سبيكة التيتانيوم مع درجة حرارة 600-650 ℃ تم تطويرها بنجاح في روسيا في عام 1992. تحل سبيكة محل 1 ٪ NB مع نقطة انصهار عالية 5 ٪ على أساس BT18Y. تؤدي إضافة W إلى تحسين القوة والزحف والمتانة للسبائك في درجة حرارة الغرفة ، ويحسن الاستقرار الحراري للسبائك.

سبيكة 3α +β وتطبيقها

سبيكة α+β هي سبيكة التيتانيوم الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. يحتوي على محتوى أعلى من عناصر بيتا (4-6 ٪) ، لذلك يحتوي على محتوى أعلى من مرحلة بيتا من سبائك التيتانيوم القريبة من ألفا ويمكن أن تحصل على قوة أعلى من خلال المعالجة الحرارية. تشمل آليات التعزيز الرئيسية الاحتفاظ بالمرحلة المنتشرة في درجة حرارة الغرفة وتشكيل martensite من المرحلة الأصلية عن طريق التبريد إلى درجة حرارة الغرفة. من خلال شيخوخة سبيكة تحتوي على مرحلة β قابلة للانفصال ، يمكن إنشاء α flaky في هذه المنطقة ، والتي يمكن أن تزيد من القوة مع القليل من فقدان البلاستيك.

سبيكة α+β الأكثر استخدامًا هي Ti-6AL-4V (Ti-6-4) ، وتشمل سبائك α+β الأخرى للطيران 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 هي مادة سبيكة التيتانيوم الأكثر استخدامًا ، مع خصائص شاملة جيدة ، وغالبًا ما تستخدم في الحالة الصلب ، وهي أدنى قوة شد تبلغ 896 ميجا بايت (130ksi). Ti-6-4 عبارة عن سبيكة من التيتانيوم معززة بالحرارة مع قابلية اللحام الجيدة ، والقدرة على التشكيل وتزوير الخصائص. إنها سبيكة التيتانيوم الرئيسية المستخدمة في الأجزاء الهيكلية جسم الطائرة ، وتستخدم أيضًا في تصنيع شفرات ضاغط المحرك النفاثة ، ودافع الدافع ، وأدوات الهبوط والأجزاء الهيكلية ، والثبات ، والأقواس ، وإكسسوارات الطائرات ، والإطارات ، وهياكل stringer ، أنابيب الأنابيب.

(2) TI-6AL-6V-2SN (TI-662). قوة الشد لـ Ti-662 هي 1030 ميجا باسكال ، وقوة العائد هي 970 ميجا باسكال ، والقوة أعلى من Ti-6-4 ، ومقاومة التآكل الممتازة ، والأداء اللحام والمعالجة متوسطة ، وتستخدم في طائرة الطائرة ، ومحرك الصواريخ ، ومكونات المفاعل النووي ، في السنوات الأخيرة ، زاد تطبيق حفر النفط.

(3) TI-6AL-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2-2S). تم تطويره بواسطة RMI في سبعينيات القرن الماضي ، 6-2-2-2s له قوة ممتازة ، ومتانة للكسر ، وخصائص درجات الحرارة العالية ، وكذلك قابلية الآلات الجيدة وقابلية اللحام للأجزاء الهيكلية السميكة. تستخدم لجسم الطائرة ، الجناح ، هيكل المحرك. تتمتع السبائك بقوة عالية ، وقوة 1068mpa في الحالة الصلبة ، بعد تعزيز الحلول والشيخوخة ، يمكن أن تصل إلى أقصى قوة قدرها 1241 ميجا باسكال ، ولها تحمل ضرر كبير ، وتستخدم على نطاق واسع في الأجزاء الهيكلية المقاتلة ، مثل United United States Air Force F-22 Raptor Fighter.

(3) TI-4AL-2SN-4MO-0.5SI (IMI550). تتمتع IMI550 ، التي طورتها شركة Imperial Metal British (IMI) ، بقوة شد تبلغ 1100 ميجا باسكال ، وقوة إنتاجية تبلغ 940 ميجا باسكال ، ودرجة حرارة تشغيل تبلغ 400 ℃ للأجزاء الهيكلية للجسم الطائرة والمحرك. يستخدم لأول مرة كسبائك مقاومة للزحف في رولز رويس بيجاسوس وأوليمبوس ، تم استخدامه لاحقًا في جسم الطائرة المدني والعسكري الأوروبي مثل جاكوار وإيرنادو ويرباص.