درجات وتطبيقات السبائك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم في صناعة الطيران

4.β سبيكة وتطبيقها

Beta Alloy هو أعلى قوة لسبائك التيتانيوم ، قوة الشد تصل إلى 1240 ميجا باسا. بعد التبريد السريع ، يمكن الاحتفاظ بنسبة 100 ٪ من الطور القابل للنقيلي في درجة حرارة الغرفة. باستخدام درجة حرارة ووقت الشيخوخة المختلفة ، يمكن التحكم في حجم ونسبة هطول الأمطار الطور α في مصفوفة الطور β من سبيكة ، وذلك للحصول على قوة أعلى من سبيكة α+، ويمكن الحصول على خصائص مختلفة عن طريق اختيار المناسبة درجات الحرارة والوقت شيخوخة.

مع بعض الاستثناءات القليلة ، لا يتم استخدام سبائك بيتا للتطبيقات عالية درجة الحرارة ، لأنه ، بشكل عام ، تنخفض سبائك التجريبية في القوة بسرعة أكبر من سبائك الفلسفة القريبة و α+ مع زيادة درجة الحرارة ، وليس لها نفس مقاومة الزحف القريبة- سبائك ألفا.

يستخدم Beta Alloy بشكل أساسي للأجزاء الهيكلية ذات متطلبات القوة العالية ، مثل معدات هبوط الطائرات ، بدءًا من Boeing 777 ، وتم تطبيقها في عدد من الطائرات التجارية الكبيرة الجديدة. تشمل المكونات الأخرى المستخدمة في سبيكة بيتا في 777 و 787 قضبان رفرف ، وينابيع ، ودعامات APU ، وخزانات النار ، والمشابك والأقواس وأنابيب العادم.

تشمل سبائك بيتا المستخدمة في الطيران 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 و TI-15MO-2.7NB-3AL-0.2SI.

(1) TI-10V-2FE-3AL (TI-10-2-3). تعد سبيكة TI-10V-2FE-3AL (TI-10-2-3) قوة عالية بالقرب من سبيكة بيتا التي تم تطويرها بشكل مشترك من قبل شركة Boeing Company و Wyman-Gordon في السبعينيات. تم تطبيقه بنجاح على الأجزاء الهيكلية الرئيسية مثل شعاع المحمل الرئيسي والجناح ورمح معدات هبوط الطائرات. بعد تجارب على طائرة بوينج 757 ، تمت الموافقة على السبائك رسميًا للاستخدام في معدات الهبوط في بوينج 777 ، كما هو مبين في الشكل 3. منذ ذلك الحين ، استخدمت شركة إيرباص أيضًا TI-10-2-3 كمعدات هبوط على A380 الطائرات.

(2) TI-5AL-5MO-5V-3CR (TI-5553). سبيكة TI-5553 هي عبارة عن عصر عالي القوة وعصرها بالقرب من سبيكة من التيتانيوم التي طورتها شركة Sarda (VSMPO) وشركة إيرباص الأوروبية ، وهي تكوينها الاسمي هي TI-5AL-5MO-5V-3CR-3CR ، وهو ما هو أعلى قليلاً من قوة سبائك Ti-10-2-3 (حوالي 1240 ميجا باسكال). بعد المعالجة الحرارية ، يمكن أن تتجاوز قوة الشد 1500 ميجا باسكال ، مع بعض مزايا أداء المعالجة وتصلب أفضل. إنه مناسب بشكل خاص لتصنيع مكونات الحاملة الكبيرة مثل مفاصل الجناح/الشماعات ، ومفاصل الهبوط/الجناح وأجزاء معدات الهبوط. يتم استخدام سبيكة Ti-5553 لمعظم أجزاء معدات الهبوط في طائرة 787 الجديدة في Boeing ، كما أنها تستخدم في أجزاء معدات الهبوط من Airbus A350-1000.

(3) TI-15V-3CR-3SN-3AL (TI-15-3-3-3). TI-15-3-3-3 هي سبيكة من التيتانيوم من النوع النقيلي تم تطويرها في الولايات المتحدة في السبعينيات. بعد العلاج عند 800 ℃ 30minac+540 ℃ 8hac ، بلغت قوة الشد في درجة حرارة الغرفة 1100 ميجا باسكال ، وكان الاستطالة لا يزال أعلى من 9 ٪. تتمتع السبائك بليونة ضغط ممتازة ، وتشكيل البرد وخصائص اللحام ، وهي مادة مثالية لمكونات الطيران. يتم استخدامه بشكل أساسي كأجزاء هيكلية جسم الطائرة وسحابات الطيران ، ويمكن استخدامها أيضًا لصنع الينابيع ، كما هو مبين في الشكل 4. باستخدام بيتا التيتانيوم بدلاً من الينابيع الصلب يمكن أن يحقق تقليل الوزن بنسبة 70 ٪.

(4) TI-6AL-2SN-4ZR-6MO (TI-6-2-4-6). التيتانيوم 6246 هي سبيكة عالية درجة حرارة التيتانيوم مرتفعة محتوى MO تم تطويرها بواسطة جدول زمني في الستينيات ، مع مقاومة عالية للدرجات (باستخدام درجة الحرارة عند 420 درجة مئوية) ، وقوة جيدة ، ومقاومة التآكل ، واللحام والمعالجة خصائص. من الواضح أن قوة تعب الدورة المنخفضة للسبائك بعد شيخوخة المحلول أو الصلب المزدوج أعلى من تلك الموجودة في سبيكة Ti-6AL-4V المقابلة ، ولديها قوة زحف عالية درجة الحرارة والقوة الفورية ، وسبائك سبيكة التيتانيوم ، والتي يمكن استخدامها للتصنيع أقراص ضاغط محرك المحرك التوربين.

(5) TI-5AL-2SN-2ZR-4MO-4CR (TI-17). TI-17 هي شركة جنرال إلكتريك في الولايات المتحدة في أوائل السبعينيات من القرن الماضي ، بدأت في البحث وتطوير سبيكة من النوع ، وقوة عالية ، ومتانة جيدة ، في درجة حرارة الغرفة من 1137 ~ 1166MPa ، قوة الشد من 1196 ~ 1235MPa ، استطالة من أكثر من 8 ٪. في الوقت نفسه ، لديها نمو جيد للنمو/مقاومة التعب وقوة الكسر. يتم استخدامه بشكل أساسي لبعض قرص مروحة محرك الطائرات الكبير الذي تم تطويره حديثًا وقرص محرك ضغط الهواء مع متطلبات عالية القوة. استخدمت شركة General Electric Company الأمريكية وشركة Wyman Gordon سبيكة TI-17 لتصنيع قرص المحرك وعمود مشبك المروحية. بدأت Kobe Steel في اليابان أيضًا في تطوير السبائك واستخدامها في تصنيع أقراص المحرك.

(6) TI-3AL-8V-6CR-4MO-4ZR (β-C). β-C هي سبيكة titanium titanium التي تم تطويرها بواسطة RMI في عام 1969. تحتوي السبائك على حل أكثر صلابة ، يمكن أن تصل قوة الشد إلى 1240 ميجا باسكال ، بسبب قوة عالية ، وخصائصها من البلاستيك والخسارة (صلابة الكسر ومعدل صدع التعب) أقل من سبيكة α+β ، لذلك لا يتم استخدامها بشكل شائع في مكونات الحمل الحرجة ، والتي عادة ما تستخدم كينابيع الطائرات ، السحابات ، الموصلات ومكونات الصواريخ.

يوضح البحث أن إضافة كمية صغيرة من C (0.1 ٪) إلى β-C وإجراء تشوه بارد معين قبل الشيخوخة يمكن أن يسرع هطول الطور α أثناء الشيخوخة ، وتقليل تكوين حدود الحبوب α (GB-α) ، و تعزيز تحسين الحبوب ، والحفاظ على ليونة جيدة مع الحصول على قوة تصل إلى 1500MPa.

(7) TI-35V-15CR (سبيكة C). لا يوجد سوى سبيكة بيتا حقيقية واحدة (مستقرة) مع تطبيق تجاري محدود ، سبيكة C ، TI-35V-15CR-0.05C ، تم تصنيعها بواسطة Pratt and Whitney ، واحدة من أكبر شركات تصنيع محركات الطائرات في الولايات المتحدة) متطور. نظرًا للمحتوى العالي للسبائك المستقر ، لا تتحلل السبائك C من مرحلة β في مرحلة α+β عند درجة حرارة الخدمة ، كما تفعل سبائك β العادية. تحتوي السبائك على خاصية شد من 1071mpa في درجة حرارة الغرفة ، وقوة محصول قدرها 1023 ميجا باسكال ، واستطالة 14.7 ، ودرجة حرارة زحف قدرها 540 ℃ ، ويستخدمها برات آند ويتني كنظام عادم للمحركات العسكرية بسبب حريقها الحماية (غير الاحتراق) خصائص. ستحترق سبائك التيتانيوم الأخرى بمعدلات تدفق الكتلة المرتفعة (مثل تدفق الهواء المحرك النفاث) ، و "الوقود" للاحتراق هو التيتانيوم والألمنيوم ، وهو أمر ضروري في جميع سبائك التيتانيوم تقريبًا.

(8) T I-1 5 M O-2.7 N B-3 AL-0.2 S I (β-21 1 S). β-21s (TI-15MO-2.7NB-3AL-0.2SI) هو سلطة جديدة للغاية من جميع القوة التي طورتها الجدول الزمني. تتمتع السبائك بقوة عالية ودونة جيدة ، ومن خلال المعالجة الحرارية ، التي تتقدم في العمر إلى مستوى قوة عالية جدًا (قوة الشد> 1450 ميجابايت) ، لا يزال يتم الحفاظ على اللدونة على مستوى TI-1023. β-21s لها خصائص كبيرة مضادة للأكسدة أثناء المعالجة والاستخدام ، مما يجعلها أكثر ملاءمة للمعالجة في صفائح رقيقة. يمكن لـ β-21s تحمل درجات حرارة أعلى من السبائك الأخرى ، ويمكن أن تصل درجة حرارة العمل على المدى الطويل إلى 540 ℃.

نظرًا لمقاومتها أفضل لدرجات الحرارة المرتفعة ، يمكن استخدام هذه السبائك كفقرات ذيل محرك جوي ، كما هو مبين في الشكل 5 ، حيث تتعرض الفوهة لعادم المحرك. يمكن أن يؤدي استبدال السبائك المستندة إلى النيكل إلى تقليل وزن الفوهة والفقرات التيل بشكل كبير.

peroration

يظهر تحليل سبائك التيتانيوم والفضاء الأمريكي وسبائك التيتانيوم في السنوات الأخيرة ، في السنوات الأخيرة ، سبيكة التيتانيوم عالية درجة الحرارة ، وسبائك التيتانيوم منخفضة درجة الحرارة ، وقوة عالية ، وسبائك من التيتانيوم العالية ، وسبائك التيتانيوم المتثاقلة ، وسبائك التيتانيوم ، وسبائك التيتانيوم ، تم استخدامه على نطاق واسع في حقل الفضاء ، مما يمثل اتجاه تطوير مواد سبيكة التيتانيوم عالية الأداء.

(1) سبيكة التيتانيوم عالية درجة الحرارة. يتم تمثيل سبائك التيتانيوم عالية الحرارة التي تم تطويرها في الخمسينيات من خلال سبيكة Ti-6AL-4V التي تم تطويرها في الولايات المتحدة ، والتي يتم تكييفها مع درجة حرارة 300-350 درجة مئوية. نوع α ، ممثلًا لـ Ti-6-2-4-2S و TI-1100 تم تطويره في الولايات المتحدة ، تم تطوير IMI834 في المملكة المتحدة و BT-36 التي تم تطويرها في روسيا ، ودرجة الحرارة تصل إلى 600 ℃. تم استخدام سبائك التيتانيوم عالية درجات الحرارة على نطاق واسع في محركات Aero بسبب قوتها الحرارية الممتازة وقوة محددة عالية. هناك اتجاه آخر للتطوير من سبائك التيتانيوم عالية درجة الحرارة هو سبيكة الألمنيوم التيتانيوم ، أي Ti3al (α2) و Tial (ϒ) المركبات intermetallic المستندة إلى التيتانيوم والألومنيوم ، والتي لها سبيكة ϒ لها مقاومة ارتفاع درجة الحرارة من 725 ℃. أصبحت سبيكة الألمنيوم التيتانيوم أكثر المواد تنافسية لمحركات الطائرات المستقبلية والأجزاء الهيكلية للطائرات.

(2) انخفاض درجة حرارة سبيكة التيتانيوم. يمكن لبعض سبائك التيتانيوم والتيتانيوم الحفاظ على خصائصها الميكانيكية الأصلية في درجات حرارة منخفضة ودرجة منخفضة. تركز دراسات على سبائك التيتانيوم منخفضة الحرارة في الولايات المتحدة بشكل رئيسي على نوع α Ti-5AL-2.5SN ELI و α+β Type Ti-6AL-4V ELI. من خلال تقليل محتوى العناصر المتقطعة ، تحافظ سبائك التيتانيوم على قوة ومتانة جيدة عند درجة حرارة منخفضة للغاية قدرها 20 ألفًا. تستخدم في الأوعية المبردة والأنابيب المبردة ومحرك الصواريخ السائلة.

(3) سبيكة التيتانيوم عالية القوة. تشير سبائك التيتانيوم عالية القوة عمومًا إلى سبائك التيتانيوم ذات قوة الشد التي تزيد عن 1000 ميجا باسكال ، ويتم تطوير سبائك التيتانيوم عالية القوة في الولايات المتحدة وروسيا. تعد Beta Alloy أعلى سبيكة Titanium Titanium ، التي تمثل حاليًا المستوى المتقدم الدولي وفي مجال الطيران للحصول على تطبيقات عملية لسبائك التيتانيوم عالي القوة بشكل رئيسي ، من نوع Titanium Type ، مثل الولايات المتحدة TI-10-2-3 ، TI-15-3-3-3 و β-21 ، وروسيا TI-5-5-5-3-1 ، وما إلى ذلك ، ويستخدم بشكل رئيسي للأجزاء الهيكلية مع متطلبات القوة العالية ، مثل معدات الهبوط في الطائرات وأجزاء جسم الطائرة.

(4) سبائك التيتانيوم مثبطات اللهب. من أجل حل مشكلة "احتراق التيتانيوم" لمواد سبيكة التيتانيوم لمحركات الطائرات لتلبية احتياجات محركات نسبة التوجه إلى الوزن العالي ، قامت الولايات المتحدة وروسيا بتطوير سبائك التيتانيوم المتخلفة منذ سبعينيات القرن الماضي. تتضمن سبيكة Titanium Titanium Flame نظامًا رئيسيًا لسبائك السبائك: سبيكة نظام الولايات المتحدة TI-V-CR (T-35V-15CR) ؛ سلسلة Ti-Cu-Al الروسية هي BTT-1 و BTT-3. [3] سبيكة C هي سبيكة من التيتانيوم مثبتة مستقرة من نوعها مع غرفة عالية وقوة عالية في درجة الحرارة ، وقوة زحف جيدة ، وقوة التعب الممتازة ، والقدرة على التشكيل البارد ، والتي تم تطبيقها بنجاح على غلاف ضاغط الضغط العالي ، وشفرة الدليل وتجارة المتجه فوهة الذيل من محرك F119.

أضرار تحمل سبيكة التيتانيوم. من أجل تلبية متطلبات الطائرات الجديدة على القوة المحددة للمواد ، ومقاومة التعب ، ونمو الكراك ، وقوة الكسر ، وتكلفة دورة الحياة وغيرها من الخصائص الشاملة ، وسبائك التيتانيوم تحمل الأضرار مع صلابة عالية الكسر وانخفاض معدل نمو الكراك في الخارج. ويمثلها من سبائك α+β Ti-6AL-4V ELI و TI-6-2-2-2-2S التي تم تطويرها في الولايات المتحدة. TI-6AL-4V ELI هي سبيكة من التيتانيوم ذات قوة متوسطة القوة ، و TI-6-2-2-2-2-2S هي سبيكة من التيتانيوم عالية التحمل من الأضرار ، والتي تم استخدامها على نطاق واسع في الطائرات المقاتلة F-22 في الولايات المتحدة.