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航天航空用新型钛合金的研发

来源:大宗商品网 编辑:豫言 2011年06月03日 13:53:55 打印

导读: 钛及钛合金因具有优异的综合力学性能而在各个领域都得到高度的重视和广泛的应用,其中最为重要的应用领域是航天航空业。

  钛及钛合金因具有优异的综合力学性能而在各个领域都得到高度的重视和广泛的应用,其中最为重要的应用领域是航天航空业。美国第四代战机F22的用钛量达到41%、其F119发动机的用钛量达到了40%,充分显示出钛合金在航天航空业应用的突出优越性。因此,近年来航天航空用新型钛合金的研发获得了许多重大突破。

  俄罗斯的全俄轻金属研究院开发出添加Sn和Zr来改善BT22钛合金的一种新的航空用钛合金,其强度和高温蠕变性能均优于BT22。合金成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Fe-1Cr-1.7Sn-2.5Zr,被赋予正式牌号BT37。BT37合金的静强度和疲劳强度比金属间化合物强化的高温钛合金高20%~25%。用BT37合金取代传统的热强钛合金来制造在300~350℃下工作的压气机大尺寸盘和叶片,可使质量减轻20%~25%。

  空客公司与俄罗斯合作开发的新型高强高韧近β型钛合金Ti-55531(Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr),强度与韧性匹配良好,已被应用于A380机翼与挂架的连接装置。俄罗斯的VSMPO联合体制造出Ti-5553合金(成分为Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr)的大型锻件。Ti-5553作为高强近β钛合金可替代BT22等钛合金,大量使用在飞机的起落架上。在承压管路系统方面,俄罗斯研制成功一种新的钛合金Ti3331(成分为Ti-3Al-3V-3Mo-1Zr),其强度比Ti-3Al-2.5V高30%。另外,俄罗斯还研发出高强可焊钛合金T-110(成分为Ti-5.5Al-1.2Mo-1.2V-4Nb-2Fe),该合金同BT22的力学性能相当,但具有优良的焊接性能,其优良的焊接性能是由于同晶型的β稳定元素溶于α相中,有利于Fe等元素的均匀分布;同时,Nb的加入起到了细化晶粒的作用,减少了间隙元素在晶界的偏析。

  为保障飞机发动机的安全性,美国和英国研发出高稳定化的阻燃钛合金,具有良好的阻燃性能和力学性能,其典型代表是AlloyC(Ti-35V-15Cr),已在F22飞机的F119发动机中得到实际应用。

  国内的钛合金研究,也在高温、高强、阻燃三个方面取得了显著进展。

  国内近10年高温钛合金的研发主要集中在600℃高温钛合金,其研究对象主要是Ti60(中科院金属所为主研制)和Ti600(西北有色院研制)。Ti60钛合金成分为Ti-5.5Al-4Sn-2Zr-1Mo-0.3Si-1Nd-0.05C,是在Ti55基础上改进研制的近α型热强钛合金,通过Nd的强化作用提高其综合性能。该合金长时间工作温度可达600℃,用于航空发动机高压段的压气机盘、鼓筒和叶片等零件。国内高强钛合金的研究主要集中在TB8、TC21等牌号钛合金(西北有色院研制)。TB8钛合金的成分是Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si,属介稳定的β型钛合金。TB8钛合金除了生产板材、带材外,也可生产箔材、丝材、管材、棒材和锻件。板材主要用于制造中等复杂程度的飞机冷成形钣金零件,可以代替强度水平相当于30CrMnSiA结构钢的零件。新型TC21钛合金各种力学性能稳定,具有良好的强度、塑性、断裂韧性、裂纹扩展速率的匹配,是一种非常有应用前景的高强高韧损伤容限型结构钛合金。在阻燃钛合金方面,西北有色院研制出成本较低的、具有中国特色的Ti40阻燃钛合金。Ti40的成分为Ti-25V-15Cr-0.2Si,是高合金化的Ti-V-Cr系全β型钛合金,其主要性能特点是良好的抗燃烧性能和高温性能。Ti40钛合金将适合于飞机发动机关键部件的机匣和叶片。

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