高溫高強高韌鈦合金在飛機上的應用

高強鈦合金是指經(jīng)熱處理后室溫強度大于1000MPa 的鈦合金.國外高強鈦合金研發(fā)主要以美國和俄羅斯為主,而且產(chǎn)品都得到了廣泛應用.我國高強鈦合金研究則由仿制逐漸轉(zhuǎn)型為自主研發(fā),如北京有色金屬研究總院研究的TB10合金(Ti-3Al-5Mo-5V-2Cr)典型性能為:σb=1360MPa,KIC=67MPam1/2,已用于航天結(jié)構件、飛機機身、機翼.西北有色金屬研究院創(chuàng)新研制的Ti-1300、Ti-5322 等高強鈦合金.Ti-1300 的抗拉強度超過1350MPa,延伸率超過8 % ,斷裂韌性超過55MPa.m1/2.Ti-5322 抗拉強度超過1300MPa,延伸率超過7%.

航天飛行器要求鈦合金必須具有優(yōu)異的耐高溫性能.國際上第一個高溫鈦合金是美國研制的Ti-6Al-4V鈦合金.Ti-6Al-4V鈦合金兼具α+β兩相特征,在航天領域得到廣泛應用.為最大限度發(fā)揮Al 固溶熱強化作用,鈦合金中還加入了Sn、Zr、Mo 和Si 等元素,相繼開發(fā)了IMI679、Ti6242 以及IMI685、Ti6242S、IMI834、Ti1100、BT36 等合金.

目前,國際先進的高溫鈦合金主要有美國研發(fā)的Ti1100鈦合金(Ti-6Al-2.75Sn-4.0Zr-0.4Mo-0.45Si-0.07O2-0.02Fe), 其使用溫度可達600℃,它具備較低的韌性和較大的疲勞裂紋擴展速率;英國的I MI 83 4(Ti -5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si-0.06C),同時具備了優(yōu)異的高溫蠕變性能和疲勞性能,使用溫度590℃ ;俄羅斯研制的BT36(Ti-6.2Al-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-0.15Si-5W)、BT18Y(Ti-6.5Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-1Nb-0.2 5 S i)、Ti633G(Ti- 6.5Al-3Sn-3Zr-1N b - 0.3Mo - 0.3Si- 0.2Gd)和Ti18(Ti-6Al-2Sn-4Zr4Mo-1W-0.2Si)合金,其使用溫度分別為600 ℃、550 ~ 600 ℃、550 ℃ 和550 ℃.
我國研制的高溫合金主要有Ti55(Ti-5.5Al-4Sn-2Zr-1Mo-0.25Si-1Nd)、Ti6 0(Ti-5.8A l-4.8 Sn-2Zr-1Mo-0.35Si-0.85Nd)和Ti600(Ti-6Al-2.8Sn-4Zr-0.5Mo-0.4Si-1Y),其使用溫度分別為550℃、600℃、600℃.

高韌損傷容限型鈦合金在發(fā)動機葉片上的應用
典型的高強高韌鈦合金是美國研制的Ti62222S 合金.該鈦合金具有良好的強度、塑性和斷裂韌性匹配;疲勞裂紋擴展抗力高;具有深淬透性;高彈性模量;中溫有良好的抗蠕變性能,室溫斷裂強度和屈服強度分別大于1300MPa和1200MPa,且其高溫性能也很好.
TC21(Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-1Nb-0.1Si) 是我國創(chuàng)新研制的高強高韌損傷容限型鈦合金.該鈦合金具有良好的強度、塑性、斷裂韌性、裂紋擴展速率的匹配,是一種非常有應用前景的高強高韌損傷容限型結(jié)構鈦合金.由該鈦合金生產(chǎn)的大規(guī)格鈦棒在保證室溫高強度的前提下,斷裂韌性可高達90MPa.m1/2.鈦及鈦合金在航天領域的應用當今,鈦應用最活躍的領域是航天.