Pengembangan dan penerapan karakteristik paduan titanium untuk kedirgantaraan

Sejak produksi industri titanium pada tahun 1940-an, telah banyak digunakan di ruang angkasa, industri militer, kelautan karena kekuatannya yang tinggi, ketahanan korosi yang baik, non-magnetik, kinerja pengelasan yang baik dan keunggulan lainnya, serta superkonduktivitas, memori dan keuntungan lainnya. Di bidang pengembangan, petrokimia, pembangkit listrik, superkonduktivitas, dll., ia memiliki reputasi "Logam Mahakuasa", "Logam Laut", "Logam Ketiga", "Logam Modern" dan seterusnya. Dengan eksplorasi terus menerus dari sifat-sifat yang sangat baik dari titanium, ruang lingkup aplikasi masih berkembang, dan itu akan menjadi logam struktural ketiga setelah baja dan aluminium. Mengingat peran penting titanium dalam pertahanan nasional, penerbangan, teknologi tinggi dan bidang lainnya, telah sangat dihargai oleh Amerika Serikat, Rusia, Inggris, Prancis dan kekuatan militer lainnya dan Jepang dan negara-negara lain, dan terdaftar sebagai logam struktural kunci dengan signifikansi strategis di abad ke-21. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi titanium, termasuk paduan baru, teknologi peleburan baru dan teknologi aplikasi, sedang mengalami perubahan yang cepat. Industri titanium China telah mengalami pasang surut selama hampir 40 tahun. Dengan dukungan negara, ia telah membuat kemajuan besar dan mendirikan sistem industri titanium independennya sendiri. Pada tahun 2000, China memproduksi 1.751 ton spons titanium dan 2.206 ton bahan olahan titanium. Pada tahun 2008, Cina memproduksi 49.632 ton spons titanium, meningkat 27,3 kali lipat dalam 8 tahun. Pada tahun 2008, Cina memproduksi 27.737 ton bahan olahan titanium, meningkat 11,6 kali lipat. waktu.

Karena tingginya biaya bahan baku paduan titanium, 70 persen -80 persen bahan titanium di luar negeri digunakan dalam industri penerbangan dan kedirgantaraan. Permintaan untuk paduan titanium di bidang penerbangan dan kedirgantaraan negara saya juga sangat besar. Saat ini, proporsi paduan titanium yang digunakan dalam pesawat terbang canggih yang sedang dikembangkan di negara saya adalah sekitar 10 persen -12 persen, proporsi titanium yang digunakan dalam pesawat militer lebih tinggi, sekitar 20 persen -30 persen, dan proporsi titanium yang digunakan dalam mesin pesawat militer lebih dari 30 persen. . Jumlah titanium yang digunakan dalam roket dan rudal baru juga meningkat.

Makalah ini terutama merangkum kemajuan penelitian dan penerapan titanium di bidang penerbangan dan kedirgantaraan di Amerika Serikat, Rusia, Inggris, Jepang, dan Cina, yang dapat dijadikan sebagai referensi untuk penerapan dan pengembangan industri titanium negara saya di bidang penerbangan. dan bidang kedirgantaraan.

Karena konsep desain pesawat secara bertahap berubah dari kekuatan statis murni di masa lalu menjadi keselamatan---seumur hidup, kerusakan---keselamatan, dan hingga konsep desain toleransi kerusakan modern, bahan paduan titanium canggih secara bertahap bergerak menuju tinggi ketangguhan patah dan perambatan retak yang rendah. Tingkat paduan titanium yang tahan terhadap kerusakan. Saat ini, negara-negara maju asing telah menjadi yang terdepan dalam pengembangan material paduan titanium baru yang tahan terhadap kerusakan dan aplikasinya pada pesawat terbang canggih, terutama seperti Ti-6Al-4VELI dan high -kekuatan Ti-6-222s, dll. Ini telah berhasil digunakan di pesawat generasi baru seperti F-22 Amerika, F-35 dan C-17. Sangat meningkatkan masa pakai dan efektivitas tempur pesawat. Dengan berkembangnya konsep desain pesawat, ide desain toleransi kerusakan struktur paduan titanium juga mulai mendapat perhatian di negara saya. Sejak "Rencana Lima Tahun Kesepuluh", negara saya telah secara independen mengembangkan TC4-DT paduan titanium tahan kerusakan kekuatan menengah dan ketangguhan tinggi dan paduan titanium toleran kerusakan TC21 kekuatan tinggi dan ketangguhan tinggi, dan mendirikan pemesinan paduan titanium yang tahan terhadap kerusakan. teknologi, yang telah meletakkan dasar teknologi aplikasi material untuk pengembangan pesawat baru di negara saya. Untuk memenuhi kebutuhan pengembangan paduan titanium untuk struktur penerbangan dan kedirgantaraan, negara saya telah secara mandiri mengembangkan paduan titanium kawat (NiTi) dan paduan pipa (TA18), 1300MPa-2000Mpa series ultra dengan kekuatan rendah dan ketangguhan tinggi. -paduan titanium kekuatan tinggi (TB8, TB9, TB20), dll., sistem bahan paduan titanium baru dengan karakteristik Cina untuk struktur pesawat pada awalnya telah dibentuk, dan generasi baru paduan titanium untuk struktur penerbangan dan kedirgantaraan telah ditetapkan. Kinerja spesifik ditunjukkan pada Tabel 1

Indikator teknis utama dari paduan titanium struktural khas

Ti-6Al-4V (TC4) adalah paduan titanium berkekuatan sedang yang dikembangkan pada awal 1960-an. Ini memiliki sifat komprehensif yang sangat baik dan dikenal sebagai paduan universal. Ini adalah paduan tujuan umum paling awal dan paling banyak digunakan untuk struktur penerbangan dan kedirgantaraan. Paduan titanium, termasuk pelat, batangan dan tempa, dll. Paduan ini memiliki sifat pengelasan dan kemampuan mesin yang baik, dan paduan berbutir halus memiliki superplastisitas, dan komponen kompleks dapat dibuat dengan proses gabungan pembentukan/ikatan difusi superplastik (SPF/DB ). Paduan titanium struktural kekuatan tinggi umumnya mengacu pada paduan dengan kekuatan tarik lebih dari 1000MPa. Saat ini, paduan titanium kekuatan tinggi yang mewakili tingkat mahir internasional dan telah digunakan secara praktis di pesawat terbang terutama meliputi paduan tipe metastabil Ti-15-3, 21S, paduan tipe dekat Ti-1023 dan {{16 }}jenis paduan titanium dua fase BT22. Menggunakan paduan titanium struktural berkekuatan tinggi untuk menggantikan baja struktural berkekuatan tinggi 30CrMnSiA yang biasa digunakan dalam struktur pesawat terbang dapat mengurangi bobot lebih dari 20 persen .

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) adalah dua fase kekuatan tinggi, ketangguhan tinggi, toleran terhadap kerusakan paduan titanium dikembangkan pada 1970-an. Setelah perlakuan termomekanis, paduan memiliki keunggulan kekuatan tinggi, toleransi kerusakan yang baik dan ketahanan yang sangat baik terhadap pertumbuhan retak lelah, dan cocok untuk pembuatan komponen bantalan beban kekuatan tinggi dan ketangguhan tinggi. Dengan menambahkan elemen Si, paduan mempertahankan kekuatan tinggi pada suhu sedang, yang lebih baik dari Ti-6Al-4V. Lembaran paduan dapat dibentuk secara superplastik pada suhu kamar.

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) adalah paduan titanium hampir beta dengan kekuatan tinggi dan ketangguhan tinggi yang dikembangkan pada akhir 1970-an. Paduan ini memiliki keunggulan kekuatan spesifik yang tinggi, ketangguhan patah yang baik, area pengerasan yang besar, anisotropi kecil, kinerja penempaan yang baik dan ketahanan korosi yang kuat, dan memiliki banyak keunggulan paduan titanium metastabil tanpa kehilangan - paduan titanium. Karakteristik solusi padat dapat memenuhi persyaratan desain toleransi kerusakan dan efisiensi struktural tinggi, keandalan tinggi, dan biaya rendah. Suhu kerja maksimum adalah 320 derajat. Produk utama paduan ini adalah batangan, tempa, pelat tebal, dan profil. Melalui solusi dan perlakuan panas penuaan, kecocokan kekuatan, plastisitas dan ketangguhan patah yang baik dapat dicapai, dan sangat cocok untuk membuat bagian struktural dengan persyaratan tinggi pada kekuatan dan ketangguhan patah. Ketangguhan yang sangat baik dan tingkat pertumbuhan retak yang rendah dapat diperoleh dengan perlakuan termomekanis, yang cocok untuk struktur dengan persyaratan ketangguhan patah yang tinggi.