Aplicacion especifica de productos de aleacion de titanio en la industria de la aviacion
Aleación de titanio retardante de llama debut
Para evitar las "chispas de titanio", Rusia ha desarrollado aleaciones de titanio retardantes de llama BTT-1 y BTT-3 de gran capacidad que contienen cobre, pero aún no se han industrializado debido a sus pobres propiedades mecánicas y propiedades de fundición. La aleación de titanio retardante de llama Alloyc (Ti-35V-15Cr) inventada recientemente en los Estados Unidos se ha aplicado con éxito a la carcasa del compresor de alta presión del motor F119, la paleta y la boquilla de cola vectorial (unidad de potencia F / A-22). Este es el último momento destacado en el campo de las aleaciones de titanio de alta temperatura, y la primera aleación de titanio de tipo beta y aleación de titanio retardante de llama que ingresan en la historia de las aleaciones de titanio.La aleación tiene tres principios ignífugos:
En primer lugar, los resultados de investigación de instituciones de investigación de materiales aeroespaciales y extranjeros indican. Cuando el componente del rotor y el componente del estator se calientan por fricción relativa, la primera fusión del punto de fusión bajo (675C) V 2 O 5 sirve para absorber el calor, lubricar y reducir la tensión interna de la película de óxido.
En segundo lugar, los experimentos realizados por el Northwest Institute of Nonferrous Metals muestran que la conductividad térmica de las aleaciones es mucho mayor que la de las aleaciones ordinarias de titanio;
En tercer lugar, los resultados del Instituto de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing que utilizan la tecnología CALPHAD muestran que la composición de la aleación cumple los requisitos de "temperatura de combustión adiabática" en la mayor medida posible.
La aleación de titanio retardante de llama de baja temperatura Ti-40 desarrollada conjuntamente por el Instituto de Metales No Ferrosos del Noroeste y el Instituto de Investigación de Materiales Yihang se ha desarrollado e instalado, a la espera de pruebas. El uso de técnicas de infiltración de metales para formar aleaciones ignífugas de superficie es otro método técnico relativamente barato.
Amanecer inicial de compuestos de matriz de titanio
Durante muchos años, el mundo ha estado trabajando en la ingeniería de compuestos a base de titanio (TMC) y se ha aplicado recientemente al motor F119. Es decir, el compuesto de fibra de SiC Ti-6242S se usa para hacer un pistón de accionamiento de boquilla vectorial. No hace mucho, la compañía de desarrollo de trenes de aterrizaje de aeronaves holandesa SP Aerospace anunció que la Real Fuerza Aérea de los Países Bajos había probado el F-16 con el pilar trasero del tren de aterrizaje principal compuesto de titanio. En comparación con el acero 300M original, el nuevo material puede reducir el peso en un 40% y el costo es cercano al índice reconocido por el diseño del caza. Por lo tanto, Lockheed Martin también tiene la intención de utilizar este material TMC para fabricar los componentes del tren de aterrizaje en el avión de ataque conjunto F-35. Se dice que el costo de usar TMC en lugar de la aleación Ti-6Al-4V para hacer las aspas del ventilador de cuerda ancha huecas es menor.
Laminado de fibra / titanio
Los materiales híbridos entre capas (que se muestran en la Figura 3) han atraído un gran interés debido a que tienen una mayor resistencia específica y vida de fatiga que los materiales de un solo metal y son mucho menos costosos que los compuestos reforzados con fibra. Desde la década de 1980, este material ha sido sometido a la primera generación de ARALL (laminado de aleación de aluminio con fibra de aramida), la segunda generación de GLARE (laminado de aleación de aluminio de fibra de vidrio). La tercera generación CARE (laminado de aleación de aluminio y fibra de carbono) se desarrolló para la cuarta generación de TiGr (laminado de aleación de titanio y fibra de grafito).El ARALL desarrollado por el Instituto de Investigación de Materiales Yihang se ha utilizado en el timón del II 8 II chino para resolver el problema de propagación de grietas del remache del timón de aleación de aluminio original. GLARE se ha utilizado ampliamente en el fuselaje del A380 y en las aletas de la cola, mientras que el TiGr se utiliza para hacer el ala B7E7 y la piel del fuselaje. TIGR también se puede utilizar en paneles sándwich de nido de abeja. La práctica ha demostrado que el rendimiento del laminado TiGr colocado automáticamente es superior al del laminado TiGr colocado a mano. Hasta la fecha, CARE no tiene productos comerciales porque es difícil resolver el problema de la corrosión por contacto entre la fibra de carbono y la aleación de aluminio. TiGr no tiene problemas de corrosión electroquímica y puede mejorar aún más el rendimiento general (especialmente la resistencia específica y el rendimiento a alta temperatura).
La aleación de titanio superplástica es única
La superioridad de tecnologías avanzadas como la formación superplástica, la forja isotérmica y la forja casi isotérmica ha promovido su propio desarrollo. Sin embargo, el problema de la fabricación costosa de moldes y el calentamiento ocasionado por las temperaturas excesivas de forjado afectan a las reducciones adicionales en el costo del producto y la aplicación adicional de la tecnología de proceso. Por lo tanto, Japón introdujo la aleación SP700 (Ti-4.5Al-3v-2Fe-1Mo). Esta es la primera aleación de titanio con SP (abreviatura superplástica). En comparación con Ti-6Al-4V, la temperatura de la forja isotérmica o la formación superplástica se reduce en 120 ° C (es decir, de 900 ° C a 780 ° C), y el alargamiento en condiciones superplásticas óptimas se duplica (es decir, de 1000 %) aumentado a 2000%). En comparación con Ti-6Al-4V, SP700 también tiene mejores propiedades mecánicas, endurecimiento por tratamiento térmico y trabajabilidad en frío. Una razón importante por la que SP700 tiene las excelentes características anteriores es que SP700 puede obtener un tamaño de grano más fino Ti-6Al-4V (2 micrómetros y 5 micrómetros, respectivamente) en las mismas condiciones de proceso. Por lo tanto, el SP700 se ha utilizado como una nueva aleación de ingeniería para la fabricación de artículos deportivos como palos de golf y llaves ajustables. También ha atraído la atención de la comunidad aeronáutica en todo el mundo y está considerando la posibilidad de aplicarlo a las partes de aviones y motores.
Haz de sonido residual en el proceso de forja de miembros estructurales super grandes
Con el fin de mejorar la eficiencia estructural, reducir el peso estructural, acortar el ciclo de producción y reducir el costo de producción, la integración estructural es una importante dirección de desarrollo de los aviones avanzados. El marco del fuselaje del F / A-22 tiene una estructura monolítica que requiere grandes forjados de titanio sin precedentes, lo que aumenta enormemente la dificultad de llenado y control del tejido. El intermedio F / A22 tiene cuatro marcos grandes de una sola pieza de Ti-6Al-4V. Las piezas forjadas de marcos más grandes "583" pesan 2770 kg y tienen un área proyectada de 5,53 metros cuadrados, lo que la convierte en la pieza forjada de titanio aeroespacial más grande hasta la fecha. El marco del compartimiento del motor del fuselaje trasero F / A-22 también es grande. Weiman Gordon produce piezas forjadas de marcos en prensas hidráulicas de 45,000t. Las piezas forjadas tienen una longitud de 3,8 metros y una anchura de 1,7 metros, con un área proyectada de 5,2 metros cuadrados y un peso de 1590 kilogramos. De acuerdo con la resistencia a la deformación de la forja de la aleación de Ti-6Al-4V convencional, tal forja de gran área proyectada es imposible de forjar. La situación conocida indica que la compañía utiliza tres tecnologías clave para garantizar la forma y la microestructura de las piezas forjadas de titanio ultra grandes:Primero, use un excelente lubricante para reducir la resistencia a la deformación;
El segundo es utilizar el método de elementos finitos por computadora para simular la reología del metal y las condiciones de llenado en el proceso de forja del troquel, y para determinar el proceso (incluido el diseño del molde y la preforma) que puede garantizar la forma y el tamaño finales;
El tercero es realizar el diseño del proceso (desde el punzonado hasta el forjado final de la matriz) a lo largo del proceso para garantizar las propiedades estructurales de la forja final.
Aunque a grandes rasgos podemos sentir la belleza de este "concierto". Todavía no entendemos completamente por qué se pueden forjar grandes forjados en una prensa hidráulica de 45000 t. Tenemos que probar la reverberación de la viga para explorar el misterio y otras posibilidades.
Proceso de fundición de precisión de tipo metal reabierto
Hace mucho tiempo, la gente negaba la posibilidad de fundición de metal (fundición a largo plazo) de fundición de aleación de titanio. Sin embargo, la práctica reciente de Pratt & Whitney en los Estados Unidos muestra que el tipo de metal no solo es adecuado para la fundición de aleación de titanio. Además, en comparación con el tipo cerámico (matriz de soldadura), puede reducir el costo en un 40%, reducir la contaminación, obtener piezas fundidas de aleación de titanio con mejor resistencia a la tracción y resistencia a la fatiga, e incluso compararlas con el rendimiento de las piezas forjadas de aleación de titanio. Pratt & Whitney utiliza tecnología de fundición de precisión de tipo metal para fabricar paletas de aleación de titanio retardantes de llama para los compresores de alta presión cuarto y quinto del motor F119. La compañía también tiene la intención de explorar las posibilidades de los procesos de fundición de precisión de tipo metal utilizados para hacer las palas del rotor, incluidas las palas del ventilador.
El proceso de fundición estructural a gran escala está en ascenso
Recientemente, el "punto brillante" más deslumbrante en el desarrollo de ingeniería de las aleaciones de titanio de aviación es el proceso de fundición de inversión de piezas estructurales integrales a gran escala. Algunos motores avanzados en los Estados Unidos y China han utilizado esta tecnología para hacer carcasas integrales. Más llamativo es: Seis grandes estructuras integrales, como los accionadores del timón de cola vertical F / A22 hechos de aleación Ti-6Al-4V, y el asiento del adaptador del avión V22 con rotor de inclinación, utilizan este nuevo proceso de fundición de precisión. Tomemos como ejemplo el adaptador V-22. Originalmente fue ensamblado a partir de 43 piezas y 536 sujetadores. Cuando se convierte en una pieza de fundición sólida, se ensambla a partir de 3 piezas y 32 sujetadores, lo que reduce considerablemente el ciclo de producción (el tiempo de procesamiento e instalación se reduce en un 62%) y reduce el peso estructural y lo reduce a 30 %. Las dos piezas de fundición integrales más grandes en el F / A22 son dos juntas de Ti-6Al-4V con alas orgánicas en ambos lados del ala (pesos de producto de 87 kg y 58 kg, respectivamente). El uso audaz de piezas fundidas de estos componentes clave se basa principalmente en tecnologías clave y sus efectos significativos. Tres tecnologías clave:Una es una tecnología de simulación por ordenador precisa y de alto nivel,
El segundo es la tecnología de prensado isostático en caliente (incluido el equipo grande),
El tercero es un nuevo tipo de tecnología de tratamiento térmico beta.
El efecto notable es que al mismo tiempo se pueden desarrollar con éxito piezas de fundición de precisión grandes y complejas con un control preciso de la forma, la textura y la calidad metalúrgica, y se puede equiparar la fiabilidad de seguridad y tensión permitida con las piezas forjadas.
