Titanyum geniş bir dağılıma sahiptir, içeriği yerkabuğunun kütlesinin yüzde 0.4'ünü aşmaktadır ve küresel olarak kanıtlanmış rezervler yaklaşık 3.4 milyar ton olup, tüm elementler (oksijen, silikon, alüminyum, demir, kalsiyum) arasında 10. sıradadır. , sodyum, potasyum, magnezyum, hidrojen, titanyum).
Amerikalı bilim adamları ilk olarak 1910'da "sodyum yöntemi" (TiCl4'ün sodyumun indirgenmesi) kullanarak metalik titanyum elde ettiler, ancak titanyum endüstrisi titanyumun keşfi ile hemen gelişmedi.
İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra 1948 yılına kadar Lüksemburglu bilim adamları tarafından icat edilen "magnezyum yöntemi" (magnezyum azaltma TiCl4) Amerika Birleşik Devletleri'nde üretim için kullanılmadı ve titanyum endüstrisi yükselmeye başladı.
Titanyum, çelikten yüzde 40 daha az yoğundur ve mukavemeti, yapısal verimliliği artırabilen çeliğinkiyle karşılaştırılabilir. Aynı zamanda titanyum iyi bir ısı direncine, korozyon direncine, esnekliğe, esnekliğe ve şekillendirilebilirliğe sahiptir. Titanyumun yukarıdaki özelliklerinden dolayı titanyum alaşımları, titanyum alaşımlarının ortaya çıkmasından bu yana havacılık endüstrisinde kullanılmaktadır. 1953 yılında, Amerika Birleşik Devletleri'nin Douglas Company tarafından üretilen DC-T motor yangın duvarı ve naselinde ilk kez titanyum kullanıldı ve havacılıkta kullanılan titanyum alaşımlarının tarihi başladı.
Uzay mekiği en önemli ve en yaygın kullanılan uçaktır. Titanyum, uçakların ana yapısal malzemesidir ve aynı zamanda uçak motoru fanları, kompresör diskleri ve kanatları gibi önemli bileşenler için de tercih edilen malzemedir ve "uzay metali" olarak bilinir. Uçak ne kadar gelişmişse o kadar titanyum kullanılır. Örneğin, ABD F22'nin dördüncü nesil uçağının titanyum içeriği yüzde 41 (kütle oranı) ve F119 motorunun titanyum içeriği yüzde 39'dur ve bu şu anda en yüksek titanyum içeriğine sahip uçaktır. Titanyum alaşımı araştırması havacılıkta ortaya çıkmıştır ve havacılık endüstrisinin gelişimi de titanyum alaşımlarının gelişimini desteklemiştir. Titanyum alaşımlarının havacılık için araştırılması, titanyum alaşımları alanında her zaman en önemli ve aktif dal olmuştur, ancak geliştirilmesi de son derece zordur.
Bu yazıda titanyum alaşımları, alaşım matris faz bileşimi açısından sınıflandırılmıştır. Uçağı, uçağın temsilcisi olarak ele alan bu makale, titanyum alaşımlarının uçak motorlarında, uçak gövdesinde ve havacılık bağlantı elemanlarında uygulanması ve araştırılmasına odaklanmaktadır. Son olarak, havacılık için titanyum alaşımlarının geliştirilmesinde var olan problemler analiz edilmiştir.
1 Titanyum alaşımlarının sınıflandırılması
Amerika Birleşik Devletleri, İngiltere, Rusya, Fransa, Japonya ve diğer ülkelerde titanyum alaşımlarının sınıflandırılması çoğunlukla üreticiler tarafından belirlenir ve birçok isim vardır. Bazı şirketler, Ti-6Al-4V (ülkemdeki TC4'e eşdeğer) gibi eklenen alaşım elementlerini ve içeriklerini değiştirmek için elementlerin kimyasal sembollerini ve numaralarını doğrudan kullanır. Faz bileşimine göre, titanyum alaşımları aşağıdakilere ayrılabilir: - altıgen sıkı paketlenmiş yapıya (HCP) sahip tip titanyum alaşımları (nere - -tipi alaşımlar dahil)—yani, yerli kaliteler TA ve iki fazlı karışık artı tipi titanyum alaşımları—yani, yerli kalite TC ve Gövde merkezli kübik (BCC) tipi titanyum alaşımları (yakın - -tipi alaşımlar dahil)—yani yerli marka TB'dir.
1.1 -titanyum alaşımı yazın
Tavlanmış durumda matris olarak -titanyum içeren tek fazlı katı çözelti alaşımı, esas olarak Al ve Sn gibi elementleri içeren bir tür titanyum alaşımıdır. Al, alaşımın çekme ve sürünme mukavemetini artırabilir, titanyum alaşımının yoğunluğunu azaltabilir ve özgül mukavemeti iyileştirebilir ve titanyum alaşımında önemli bir alaşım elementidir. Alüminyumun katı çözelti güçlendirme etkisini en üst düzeye çıkarmak ve aşırı Al'ın neden olduğu alaşım gevrekleşmesini önlemek için, yüksek sıcaklıkta titanyum alaşımlarının alaşımlama işi, ROSENBERG tarafından önerilen eşdeğer ampirik formülü takip etmelidir. İyi termal kararlılık. Alfa titanyum alaşımlarındaki bu elementler, dönüşüm sıcaklığında dönüşüm sıcaklığını engelleyerek veya artırarak stabilize etmeye hizmet eder. -Tipi titanyum alaşımları ile karşılaştırıldığında, -tipi alaşımlar iyi sürünme direncine, mukavemete, kaynaklanabilirliğe ve tokluğa sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda kullanım için tercih edilen alaşımlardır. Aynı zamanda, -tipi alaşım soğuk kırılganlığa sahip değildir ve uygulama aralığını genişleten düşük sıcaklık ortamında kullanıma da uygundur. -tipi alaşımlar zayıf dövülebilirliğe sahiptir ve dövme kusurlarına eğilimlidir. Dövme kusurları, geçiş başına işleme hızı ve sık ısıl işlem azaltılarak kontrol edilebilir. Matris kararlı bir fazdır ve belirli bir bileşim alaşımı için özelliklerindeki değişiklik esas olarak tane boyutundaki değişikliktir, çünkü hem akma mukavemeti hem de sürünme mukavemeti tane boyutu ve deformasyon sırasında depolanan enerji ile ilgilidir. Tip titanyum alaşımının mukavemeti, ısıl işlemle geliştirilemez ve mukavemet, tavlamadan sonra temelde hiç veya çok az değişiklik gösterir. Bazı alaşımlar daha fazla Al, Sn, Zr ve az miktarda stabilize edici element içerir (genellikle yüzde 2'den az). Bu alaşımlar -faz içermesine rağmen, matris esas olarak ısıl işlem hassasiyeti ve işlenebilirlik açısından -tipi alaşımlara çok yakın olan ve yakın - -tipi titanyum alaşımları olarak adlandırılan -fazdan oluşur. Yakın- -tipi alaşımlar, -matrisin katı çözelti alaşım elementleri ile güçlendirilmesiyle yüksek sürünme mukavemetinin elde edilebileceğinin anlaşılması temelinde geliştirilmiştir. Çoğu yakın - -tipi alaşımlar, iyi termal kararlılıkları nedeniyle artık yüksek sıcaklık titanyum alaşımları haline geldi. önemli alaşım türleri. Güçlendirme mekanizması, fazdaki atomların hızla dağılması ve sürünmeye meyilli olmasıdır.
Yaygın tip titanyum alaşımları (yakın- -tipi alaşımlar dahil) Ti811 (Ti-8Al-1Mo-1V), Ti-6Al{{7 içerir. }}Zr-1Mo-1V, Ti-679 (Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo{ {16}}.25Si), BT18 (Ti-7.7Al-11Zr-0.6Mo-1Nb-0.3Si) ve Ti6242S (Ti{ {28}}Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si), vb. Bileşimler ve özellikler Tablo 2'de listelenmiştir.
1.2 artı tip titanyum alaşımı
Titanyum alaşımlarının mukavemetini ve tokluğunu iyileştirmek için insanlar artı titanyum alaşımları geliştirdiler. Diğer titanyum alaşımları ile karşılaştırıldığında, artı ve fazları güçlendirmek için -stabilize edici elementler ve -stabilize edici elementler ile alaşımlar eklenir. artı alaşım mükemmel kapsamlı özelliklere sahiptir. Örneğin, oda sıcaklığındaki mukavemeti alaşımdan daha yüksektir. İyi bir ısıl işlem performansına sahiptir ve ısıl işlemle güçlendirilebilir, bu nedenle havacılık yapısal parçaları için uygundur. Artı tip titanyum alaşımının tavlanmış yapısı artı fazdır ve faz içeriği genellikle yüzde 5 ~ yüzde 40'tır. Bununla birlikte, yapısı yeterince kararlı değildir ve maksimum çalışma sıcaklığı sadece 500 dereceye ulaşabilir ve kaynak performansı ve ısı direnci, titanyum alaşımından daha düşüktür.
artı tip titanyum alaşımları esas olarak TC4 (Ti-6 Al - 4 V ), TC 6 (Ti - 6 Al - 1.5 C r -2.5Mo{) içerir. {9}}.5Fe-0.3Si), TC11 (Ti- 6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si), TC17 ( Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr), TC19 (Ti-6Al-2Sn{{ 31}}Zr-6Mo) ve TC21 (Ti-6.2Al-2.8Mo) -2Nb-2Sn-2.1Zr{ {42}}.3Cr) vb. Bunlar arasında TC11 alaşımı betaya yakın alaşım olarak da bilinir.
ZHOU, TC11 alaşımından bir işleme teknolojisi önerdi. İlk olarak, alaşım geçiş sıcaklığının 15 derece altında ısıl işleme tabi tutulur, ardından hızlı su soğutması takip eder ve ardından yeni bir mikro yapı elde etmek için yüksek sıcaklıkta ve düşük sıcaklıkta sertleştirme ve güçlendirme ısıl işlemine tabi tutulur. Bu yeni mikro yapı matrisi, yüzde 15 eş eksenli tanelerden, yüzde 50 ila yüzde 60 arasında katmanlı tanelerden ve dönüştürülmüş tanelerden oluşur. Araştırma sonuçları, alaşımın yüksek yorulma direnci, uzun sürünme yorulma ömrü, yüksek tokluk ve plastisiteyi ve termal kararlılığı düşürmeden mükemmel yüksek sıcaklıkta servis performansı sergilediğini göstermektedir.
Ve yeni sürecin deneysel prensibi ve sertleştirme mekanizması tartışılmaktadır. Bu işleme teknolojisinin pratik uygulamasındaki temel sorun, sıcaklığın doğru kontrolüdür.
Bu TC11 titanyum alaşımlı işleme süreci, güvenilir uçak motoru kompresör diskleri, rotorları ve diğer bileşenleri üretmek için kullanılmıştır.
1.3 -titanyum alaşımı yazın
Stabilize edici elementlerin içeriği yeterince yüksektir ve çözelti işleminden sonra -fazın hızla soğutulması ve oda sıcaklığında tutulmasıyla elde edilen alaşıma -tipi titanyum alaşımı denir. Kararlı durum mikroyapısının sınıflandırmasına göre, titanyum alaşımları, Şekil 1'de gösterildiği gibi kararlı titanyum alaşımları ve yarı kararlı titanyum alaşımlarına ayrılabilir. Şekil 1'de MS, martensitik dönüşüm sıcaklık çizgisidir, C, kararlı elementlerin minimum içeriğidir. yarı kararlı alaşımlarda ve S, kararlı alaşımlardaki minimum kararlı element içeriğidir.
Beta alaşımları, çözelti halinde iyi soğuk şekillendirilebilirliğe sahiptir ve ayrıca sertleşebilirlik ve ısıl işlem tepkisinde mükemmeldir.
Yaygın olarak kullanılan ısıl işlem yöntemi, ilk çözelti işlemidir ve daha sonra 450 ~ 650 derecede yaşlanma, ince faz alaşımın orijinal matrisi üzerinde çökeltilir ve alaşımın güçlendirme mekanizması olan dağınık dağılımlı ikinci bir faz oluşturur. Titanyum alaşımlarının diğer türleriyle karşılaştırıldığında, -titanyum alaşımı yaşlanma sırasında daha fazla faz çökeltir ve dislokasyonların hareketini engellemek için daha fazla faz ara yüzü içerir, bu nedenle -titanyum alaşımının oda sıcaklığındaki mukavemeti en yüksektir.
Metal bir malzemenin deformasyon ve kırılma sırasında enerjiyi emme yeteneğine tokluk denir. Bir malzeme ne kadar fazla enerji emerse, tokluk o kadar iyi olur. Kırılma tokluğu, malzemenin çatlakların yayılmasına ve diğer keskin kusurlara karşı direncini yansıtan bir malzemenin tokluğunun bir göstergesidir. Genel olarak konuşursak, titanyum alaşımlarının kırılma tokluğu ve mukavemeti ters bir eğilim gösterir, yani mukavemet arttıkça kırılma tokluğu azalır. Titanyum alaşımlarının havacılık endüstrisindeki uygulamalarını incelemek için, işleme teknolojisi ve ısıl işlem rejimlerinin yanı sıra iyi mukavemet ve kırılma tokluğuna sahip mikro yapılar tasarlamak gerekir. Alaşım bileşimi ve mikro yapı, beta titanyum alaşımlarının kırılma tokluğunu belirleyen iki ana faktördür. Alaşım bileşimi, alaşımdaki beta fazının miktarını ve ayrıca alaşımın tipini ve kırılma tokluğunu belirler. Mikro yapının morfolojisi, miktarı ve hacmi de alaşımın kırılma tokluğunu etkiler. Fu Yanyan ve diğerleri, -titanyum alaşımının -stabilize edici elemanının ve orta boyutlu Zr elemanının, alaşımın mukavemetini artırabileceğine ve kırılma tokluğunu azaltabileceğine inanıyordu. İnce taneler, eskitilmiş titanyum alaşımlarının mukavemetini etkili bir şekilde iyileştiremez ve Ti-15-3 alaşımlarının kırılma tokluğunu azaltacaktır, ancak -C ve Ti-1023 alaşımlarının kırılma tokluğu üzerinde önemli bir etkisi yoktur.
Yaşlanma-titanyum alaşımının gücü esas olarak yaşlanma ile çökelen ikincil fazın içeriğine ve boyutuna bağlıdır. Aynı birincil fazı içermesi durumunda, ince ikincil faz, alaşımın mukavemetini önemli ölçüde iyileştirebilir.
Birincil fazın kabalaşması ve birincil fazın küreselden pul pul hale dönüşmesi, titanyum alaşımlarının sünekliğinin azalmasına ve kırılma tokluğunun artmasına neden olacaktır. -Titanyum alaşımının çift modlu yapısı, iyi bir güç, süneklik ve tokluk uyumuna sahiptir.
-Titanyum alaşımının yaygın olarak kullanılmasının nedeni, diğer titanyum alaşımlarının eskitme sonrası ulaşamayacağı yüksek mukavemet ve yüksek plastisite avantajlarına sahip olmasıdır. Aynı zamanda, titanyum alaşımının ısıl işlem görebilen güçlendirme ve derin sertleştirme kabiliyeti, uçak gövdesi ve kanatları için tercih edilen yapısal malzeme olarak artı iki fazlı titanyum alaşımının kademeli olarak yerini almasını sağlar ve giderek daha önemli bir rol oynar. havacılık endüstrisi. giderek daha önemli bir rol oynamaktadır.
2 Havacılık için titanyum alaşımlarının geliştirilmesi ve uygulanması
1950'lerde askeri uçaklar süpersonik hız çağına girdi ve orijinal alüminyum ve çelik yapılar artık yeni talepleri karşılayamaz hale geldi. Bu sırada titanyum alaşımları endüstriyel gelişim aşamasına girdi. Titanyum alaşımları, düşük yoğunluk, yüksek özgül mukavemet, korozyon direnci, yüksek sıcaklık direnci, manyetik olmayan, kaynaklanabilir, geniş çalışma sıcaklığı aralığı (269~600 derece) gibi mükemmel özelliklere sahiptir ve çeşitli parça şekillendirme, kaynaklama ve işleme için kullanılabilir. . Havacılık kısa sürede yaygın olarak kullanılmaya başlandı. 1950'lerin başında, askeri uçaklar, ısı kalkanları, kuyruk kaportaları ve arka gövdenin hız frenleri gibi daha az stresli yapısal parçalar üretmek için endüstriyel saf titanyum kullanmaya başladı. 1960'larda titanyum alaşımları, uçak kanat kayması, yük taşıyan perdeler, orta kanat kutu kirişleri ve iniş takımı kirişleri gibi büyük stres taşıyan yapısal parçalara da uygulandı. 1970'lere gelindiğinde, titanyum alaşımlarının uçak yapılarına uygulanması, savaş uçaklarından büyük askeri bombardıman uçaklarına ve nakliye uçaklarına kadar genişledi ve sivil uçaklarda da çok sayıda titanyum alaşımlı yapı kullanıldı.
1980'lere girdikten sonra sivil uçaklarda kullanılan titanyum giderek artmış ve askeri uçaklarda kullanılan titanyumu geçmiştir. Uçak ne kadar gelişmişse o kadar titanyum kullanılır. Tablo 3 ve 5, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki üçüncü ve dördüncü nesil avcı uçaklarında ve gelişmiş bombardıman uçaklarında ve nakliye uçaklarında kullanılan titanyum malzemelerin kütle payını, genel uçaklarda kullanılan titanyum alaşımlarının türlerini ve titanyum alaşımlarının ve kompozit malzemelerin miktarını listeler. Airbus uçaklarında kullanılır. Tablo 5'ten Airbus A380 uçaklarında titanyum kullanımının yüzde 10'a ulaştığı ve titanyumun modern uçaklar için vazgeçilmez bir yapısal malzeme haline geldiği görülmektedir. Farklı kullanımlara göre, havacılık için titanyum alaşımları, uçak motorları için titanyum alaşımları, uçak gövdesi için titanyum alaşımları ve havacılık bağlantı elemanları için titanyum alaşımları olarak ayrılabilir. Son yıllarda, insanlar havacılık titanyum alaşımlarının yukarıdaki üç açıdan uygulanması konusunda derinlemesine araştırmalar yaptılar.
Özetlemek gerekirse, titanyum alaşımı büyük bir itme-ağırlık oranına, yüksek tokluğa, iyi mukavemete ve kaynaklanabilirliğe sahiptir ve mükemmel kapsamlı özelliklere sahip bir havacılık malzemesidir. Geçtiğimiz birkaç on yılda, havacılık için titanyum alaşımlarının alaşım teorisi, kapsamlı güçlendirme ve sertleştirme teknolojisi ve ısıl işlem süreci büyük ölçüde geliştirilmiştir. Halihazırda titanyum alaşımları üzerine yapılan araştırmalar temel olarak yüksek sıcaklıkta termal kararlılık, sürünme direnci ve düşük maliyetli titanyum alaşım tasarımı ve üretim sürecine odaklanmaktadır. Araştırmanın derinleştirilmesiyle, titanyum alaşımlarının düşük maliyetli işlenmesindeki teknolojik ilerleme, üst düzey havacılık uygulamaları tarafından yönlendirilecek ve böylece havacılık için titanyum alaşımlarının dozajının ve uygulama seviyesinin iyileştirilmesini kısıtlayan maliyet darboğazı temelden aşılacaktır. Tamamen titanyum bir uçak, çok uzak olmayan bir gelecekte gerçek olabilir.
Daha fazla bilgi için bizimle iletişime geçin. Teşekkürler
Nicole
Şirket: Baoji Jimiyun Dynamic Co., Ltd
Ülke:Çin
Ekle: Baoti yolu, Jintai, Baoji şehri, Shaanxi, Çin
Cel: artı 86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
Web sitesi:www.jm-titanium.com
