It-titanju huwa mqassam b'mod wiesa ', il-kontenut tiegħu jaqbeż 0.4 fil-mija tal-massa tal-qoxra tad-dinja, u r-riżervi ppruvati globali huma madwar 3.4 biljun tunnellata, li jikklassifikaw fl-10 fost l-elementi kollha (ossiġnu, silikon, aluminju, ħadid, kalċju , sodju, potassju, manjesju, idroġenu, titanju).
Ix-xjentisti Amerikani kisbu l-ewwel titanju metalliku fl-1910 bl-użu tal- "metodu tas-sodju" (tnaqqis tas-sodju ta 'TiCl4), iżda l-industrija tat-titanju ma żviluppatx immedjatament bl-iskoperta tat-titanju.
Kien biss fl-1948 wara t-Tieni Gwerra Dinjija li l-"metodu tal-manjeżju" (tnaqqis tal-manjeżju TiCl4) ivvintat minn xjentisti tal-Lussemburgu intuża għall-produzzjoni fl-Istati Uniti u l-industrija tat-titanju bdiet titlaq.
It-titanju huwa 40 fil-mija inqas dens mill-azzar, u s-saħħa tiegħu hija komparabbli ma 'dik tal-azzar, li tista' ttejjeb l-effiċjenza strutturali. Fl-istess ħin, it-titanju għandu reżistenza tajba għas-sħana, reżistenza għall-korrużjoni, elastiċità, elastiċità u formabbiltà. Minħabba l-karatteristiċi ta 'hawn fuq tat-titanju, il-ligi tat-titanju ġew użati fl-industrija tal-avjazzjoni minn meta dehru liegi tat-titanju. Fl-1953, it-titanju intuża għall-ewwel darba fuq il-ħajt tan-nar tal-magna DC-T u n-nacelle prodotti mill-Kumpanija Douglas tal-Istati Uniti, u bdiet l-istorja tal-ligi tat-titanju użati fl-avjazzjoni.
Is-shuttle spazjali huwa l-aktar inġenju tal-ajru importanti u l-aktar użat. It-titanju huwa l-materjal strutturali ewlieni tal-inġenji tal-ajru, u huwa wkoll il-materjal tal-għażla għal komponenti importanti bħal fannijiet tal-magni tal-ajru, diski tal-kompressur u xfafar, u huwa magħruf bħala "metall spazjali". Iktar ma jkun avvanzat l-ajruplan, aktar jintuża titanju. Pereżempju, il-kontenut tat-titanju tal-inġenju tal-ajru tar-raba 'ġenerazzjoni tal-US F22 huwa 41 fil-mija (frazzjoni tal-massa), u l-kontenut tat-titanju tal-magna F119 huwa 39 fil-mija, li bħalissa huwa l-inġenju tal-ajru bl-ogħla kontenut ta' titanju. Ir-riċerka tal-liga tat-titanju oriġinat fl-avjazzjoni, u l-iżvilupp tal-industrija tal-avjazzjoni ppromwova wkoll l-iżvilupp tal-ligi tat-titanju. Ir-riċerka tal-ligi tat-titanju għall-avjazzjoni dejjem kienet l-aktar fergħa importanti u attiva fil-qasam tal-ligi tat-titanju, iżda l-iżvilupp tagħha huwa wkoll estremament diffiċli.
F'dan id-dokument, il-ligi tat-titanju huma kklassifikati mill-perspettiva tal-kompożizzjoni tal-fażi tal-matriċi tal-liga. Meta tieħu l-inġenju tal-ajru bħala r-rappreżentant tal-inġenju tal-ajru, dan id-dokument jiffoka fuq l-applikazzjoni u r-riċerka ta 'ligi tat-titanju f'magni tal-ajru, fuselage tal-inġenji tal-ajru u qfieli tal-avjazzjoni. Fl-aħħarnett, jiġu analizzati l-problemi eżistenti fl-iżvilupp tal-ligi tat-titanju għall-avjazzjoni.
1 Klassifikazzjoni tal-ligi tat-titanju
Il-klassifikazzjoni tal-ligi tat-titanju fl-Istati Uniti, il-Gran Brittanja, ir-Russja, Franza, il-Ġappun u pajjiżi oħra hija l-aktar determinata mill-manifatturi, u hemm ħafna ismijiet. Xi kumpaniji jużaw direttament is-simboli u n-numri kimiċi tal-elementi biex jissostitwixxu l-elementi tal-liga miżjuda u l-kontenut tagħhom, bħal Ti-6Al-4V (ekwivalenti għal TC4 f'pajjiżi). Skont il-kompożizzjoni tal-fażi, il-ligi tat-titanju jistgħu jinqasmu fi: -liegi tat-titanju tat-tip bi struttura eżagonali ippakkjata mill-qrib (HCP) (inklużi ligi tat-tip qrib- -) — jiġifieri, gradi domestiċi TA, u mħallta b'żewġ fażijiet plus -type titanju ligi—jiġifieri, gradi domestiċi TC u Body-centered cubic (BCC) -type ligi tat-titanju (inklużi qrib- -ligi tat-tip)—jiġifieri, il-marka domestika hija TB.
1.1 -liga tat-titanju tat-tip
Il-liga ta 'soluzzjoni solida ta' fażi waħda b'-titanju bħala l-matriċi fl-istat ittemprat hija liga tat-titanju tat-tip, li prinċipalment fiha elementi bħal Al u Sn. Al jista 'jżid is-saħħa tat-tensjoni u creep tal-liga, inaqqas id-densità tal-liga tat-titanju, u jtejjeb is-saħħa speċifika, u huwa element importanti ta' liga fil-liga tat-titanju. Sabiex timmassimizza l-effett tat-tisħiħ tas-soluzzjoni solida tal-aluminju u tevita l-fraġilità tal-liga kkawżata minn Al eċċessiv, ix-xogħol tal-liga ta 'ligi tat-titanju b'temperatura għolja għandu jsegwi l-formula empirika ekwivalenti proposta minn ROSENBERG. Stabbiltà termali tajba. Dawn l-elementi fil-ligi tat-titanju alfa jservu biex jistabbilizzaw billi jinibixxu jew iżidu t-temperatura tat-trasformazzjoni fit-temperatura tat-trasformazzjoni. Meta mqabbel ma 'ligi tat-titanju tat-tip, ligi tat-tip għandhom reżistenza tajba għat-tkaxkir, saħħa, weldjabbiltà u toughness, u huma l-ligi preferuti għall-użu f'temperaturi għoljin. Fl-istess ħin, liga tat-tip m'għandhiex fraġilità kiesħa, u hija wkoll adattata għall-użu f'ambjent ta 'temperatura baxxa, li tespandi l-firxa ta' applikazzjoni tagħha. -ligi tat-tip għandhom forgeability fqira u huma suxxettibbli għal difetti tal-forġa. Id-difetti tal-forġa jistgħu jiġu kkontrollati billi titnaqqas ir-rata tal-ipproċessar għal kull pass u trattament tas-sħana frekwenti. Il-matriċi hija fażi stabbli, u għal liga ta 'kompożizzjoni partikolari, il-bidla fil-proprjetajiet tagħha hija prinċipalment il-bidla fid-daqs tal-qamħ, minħabba li kemm is-saħħa tar-rendiment kif ukoll is-saħħa tal-creep huma relatati mad-daqs tal-qamħ u l-enerġija maħżuna waqt id-deformazzjoni. Is-saħħa tal-liga tat-titanju tat-tip ma tistax titjieb bit-trattament tas-sħana, u s-saħħa bażikament m'għandha l-ebda bidla jew ftit tibdil wara l-ittemprar. Xi ligi fihom aktar Al, Sn, Zr u ammont żgħir ta 'elementi ta' stabbilizzazzjoni (ġeneralment inqas minn 2 fil-mija). Għalkemm dawn il-ligi fihom -phase, il-matriċi hija magħmula prinċipalment minn -phase, li hija qrib ħafna tal-ligi tat-tip f'termini ta 'sensittività u proċessabilità tat-trattament tas-sħana, u tissejjaħ ligi tat-titanju tat-tip qrib- -. Ligi tat-tip qrib- -kienu żviluppati fuq il-bażi tar-rikonoxximent li s-saħħa ta' creep għolja tista' tinkiseb billi tissaħħaħ il-matriċi b'elementi ta' liga ta' soluzzjoni solida. Il-biċċa l-kbira tal-ligi tat-tip qrib- -issa saru ligi tat-titanju b'temperatura għolja minħabba l-istabbiltà termali tajba tagħhom. tipi ta 'liga importanti. Il-mekkaniżmu tat-tisħiħ tiegħu huwa li l-atomi fil-fażi jinfirxu malajr u huma suxxettibbli li jitkaxkru.
Ligi tat-titanju tat-tip komuni (inklużi ligi tat-tip qrib- -) jinkludu Ti811 (Ti-8Al-1Mo-1V), Ti-6Al{{7 }}Zr-1Mo-1V, Ti-679 (Ti-2.25Al-11Sn{-5Zr-1Mo{ {16}}.25Si), BT18 (Ti-7.7Al-11Zr{-0.6Mo-1Nb{-0.3Si) u Ti6242S (Ti-0. {28}}Al-2Sn{-4Zr-2Mo-0.1Si), eċċ. Il-kompożizzjonijiet u l-proprjetajiet huma elenkati fit-Tabella 2.
1.2 plus liga tat-titanju tat-tip
Sabiex titjieb is-saħħa u l-ebusija tal-ligi tat-titanju, in-nies żviluppaw flimkien mal-ligi tat-titanju. Meta mqabbel ma 'ligi tat-titanju oħra, flimkien ma' ligi huma miżjuda ma 'elementi -stabilizzanti u -elementi stabilizzanti biex isaħħu l-u fażijiet. plus liga għandha proprjetajiet komprensivi eċċellenti. Pereżempju, is-saħħa tat-temperatura tal-kamra tagħha hija ogħla minn dik tal-liga. Għandu prestazzjoni tajba ta 'proċessar termali u jista' jissaħħaħ permezz ta 'trattament bis-sħana, għalhekk huwa adattat għal partijiet strutturali aerospazjali. L-istruttura ittemprata ta 'liga tat-titanju tat-tip plus hija fażi plus, u l-kontenut tal-fażi huwa ġeneralment 5 fil-mija ~ 40 fil-mija. Madankollu, l-istruttura tagħha mhix stabbli biżżejjed, u t-temperatura operattiva massima tista 'tilħaq biss 500 grad, u l-prestazzjoni tal-iwweldjar u r-reżistenza tas-sħana tagħha huma aktar baxxi minn dik ta' liga tat-titanju tat-tip.
Ligi tat-titanju tat-tip plus jinkludu prinċipalment TC4 (Ti-6 Al - 4 V ), TC 6 (Ti - 6 Al - 1.5 C r -2.5Mo{{ {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) u TC21 (Ti-6.2Al-2.8Mo) -2Nb-2Sn-2.1Zr{ {42}}.3Cr) u l-bqija. Fosthom, liga TC11 hija magħrufa wkoll bħala liga kważi beta.
ZHOU ippropona teknoloġija ta 'proċessar ta' liga TC11. L-ewwel, il-liga tiġi ttrattata bis-sħana fi 15-il grad taħt it-temperatura ta 'transizzjoni, segwita minn tkessiħ mgħaġġel ta' l-ilma, u mbagħad tgħaddi minn temperatura għolja u temperatura baxxa trattament tas-sħana li jsaħħaħ u jsaħħaħ biex tikseb mikrostruttura ġdida. Din il-matriċi tal-mikrostruttura ġdida tikkonsisti minn 15 fil-mija ħbub equiaxed, 50 fil-mija sa 60 fil-mija ħbub b'saffi u ħbub trasformati. Ir-riżultati tar-riċerka juru li l-liga turi reżistenza għolja għall-għeja, ħajja twila ta 'għeja creep, toughness għolja u prestazzjoni eċċellenti ta' servizz ta 'temperatura għolja mingħajr ma tnaqqas il-plastiċità u l-istabbiltà termali.
U l-prinċipju sperimentali tal-proċess il-ġdid u l-mekkaniżmu tat-twebbis huwa diskuss. Il-problema ewlenija fl-applikazzjoni prattika ta 'din it-teknoloġija tal-ipproċessar hija l-kontroll preċiż tat-temperatura.
Dan il-proċess tal-magni tal-liga tat-titanju TC11 intuża biex jipproduċi diski affidabbli tal-kompressuri tal-magni tal-ajru, rotors u komponenti oħra.
1.3 -liga tat-titanju tat-tip
Il-kontenut ta '-stabbilizzanti elementi huwa għoli biżżejjed, u l-liga miksuba billi tkessaħ malajr il-fażi wara t-trattament tas-soluzzjoni u żżommha għat-temperatura tal-kamra tissejjaħ liga tat-titanju tat-tip. Skont il-klassifikazzjoni tal-mikrostruttura tal-istat stabbli, il-ligi tat-titanju jistgħu jinqasmu f'ligi tat-titanju stabbli u ligi tat-titanju metastabbli, kif muri fil-Figura 1. Fil-Figura 1, MS hija l-linja tat-temperatura tat-trasformazzjoni martensitika, C hija l-kontenut minimu ta '-elementi stabbli f'ligi metastabbli, u S huwa l-kontenut minimu ta '-elementi stabbli fil-ligi stabbli.
Ligi Beta għandhom formabbiltà kiesħa tajba fl-istat tas-soluzzjoni, u huma wkoll eċċellenti fl-ebusija u r-rispons għat-trattament tas-sħana.
Il-metodu ta 'trattament tas-sħana użat b'mod komuni huwa l-ewwel trattament ta' soluzzjoni, u mbagħad tixjieħ f'450 ~ 650 grad, fażi fina se tkun preċipitata fuq il-matriċi oriġinali tal-liga, li tifforma t-tieni fażi b'distribuzzjoni mxerrda, li hija l-mekkaniżmu ta 'tisħiħ tal-liga. Meta mqabbel ma 'tipi oħra ta' ligi tat-titanju, -titanju liga precipitates aktar fażi matul ix-xjuħija, u fiha aktar - interface ta 'fażi biex ifixkel il-moviment ta' dislokazzjonijiet, għalhekk is-saħħa tat-temperatura tal-kamra ta '-liga tat-titanju hija l-ogħla.
Il-kapaċità ta 'materjal tal-metall li jassorbi l-enerġija waqt id-deformazzjoni u l-ksur tissejjaħ toughness. Aktar ma materjal jassorbi enerġija, aħjar tkun it-toughness. It-toughness tal-ksur hija indikatur tat-toughness ta 'materjal, li tirrifletti r-reżistenza tal-materjal għall-propagazzjoni ta' xquq u difetti oħra li jaqtgħu. B'mod ġenerali, l-ebusija tal-ksur u s-saħħa tal-ligi tat-titanju juru xejra inversa, jiġifieri, it-toughness tal-ksur tonqos hekk kif tiżdied is-saħħa. Biex tistudja l-applikazzjoni ta '-ligi tat-titanju fl-industrija aerospazjali, huwa meħtieġ li jiġu ddisinjati mikrostrutturi b'saħħa tajba u toughness tal-ksur, kif ukoll teknoloġija tal-ipproċessar u reġimi ta' trattament tas-sħana. Il-kompożizzjoni u l-mikrostruttura tal-liga huma ż-żewġ fatturi ewlenin li jiddeterminaw it-toughness tal-ksur tal-ligi tat-titanju beta. Il-kompożizzjoni tal-liga tiddetermina l-ammont ta 'fażi beta fil-liga, kif ukoll it-tip u t-toughness tal-ksur tal-liga. Il-morfoloġija, il-kwantità u l-volum tal-mikrostruttura jaffettwaw ukoll it-toughness tal-ksur tal-liga. Fu Yanyan u oħrajn jemmnu li l-element -stabilizzanti u l-element ta 'daqs medju Zr ta' -liga tat-titanju jistgħu jtejbu s-saħħa tal-liga u jnaqqsu l-ebusija tal-ksur. Il-ħbub fini ma jistgħux itejbu b'mod effettiv is-saħħa tal-ligi tat-titanju antiki, u se jnaqqsu l-ebusija tal-ksur tal-ligi Ti-15-3, iżda m'għandhom l-ebda effett sinifikanti fuq it-toughness tal-ksur tal-ligi -C u Ti-1023.
Is-saħħa tat-tixjiħ -liga tat-titanju tiddependi prinċipalment fuq il-kontenut u d-daqs tal-fażi sekondarja preċipitata mit-tixjiħ. Fil-każ li jkun fih l-istess fażi primarja, il-fażi sekondarja fina tista 'ttejjeb b'mod sinifikanti s-saħħa tal-liga.
Il-coarsening tal-fażi primarja u t-trasformazzjoni tal-fażi primarja minn sferika għal flaky se twassal għal tnaqqis fid-duttilità u żieda fl-ebusija tal-ksur ta '-ligi tat-titanju. L-istruttura tal-modalità doppja tal-liga tat-titanju għandha taqbila tajba ta 'saħħa, duttilità u toughness.
Ir-raġuni għaliex il-liga tat-titanju tintuża ħafna hija wkoll minħabba li għandha l-vantaġġi ta 'saħħa għolja u plastiċità għolja li tipi oħra ta' ligi tat-titanju ma jistgħux jaqblu wara t-tixjiħ. Fl-istess ħin, it-tisħiħ tat-trattament bis-sħana u l-kapaċità ta 'twebbis fil-fond tal-liga tat-titanju jagħmluha tissostitwixxi gradwalment il-liga tat-titanju b'żewġ fażijiet flimkien bħala l-materjal strutturali preferut għall-fuselage u l-ġwienaħ tal-inġenji tal-ajru, u għandu rwol aktar u aktar importanti fil- industrija aerospazjali. rwol dejjem aktar importanti.
2 Żvilupp u applikazzjoni ta 'ligi tat-titanju għall-avjazzjoni
Fis-snin 50, l-ajruplani militari daħlu fl-era tal-veloċità supersonika, u l-istrutturi oriġinali tal-aluminju u l-azzar ma setgħux jibqgħu jissodisfaw it-talbiet il-ġodda. Kien f'dan iż-żmien li l-ligi tat-titanju daħlu fl-istadju ta 'żvilupp industrijali. Ligi tat-titanju għandhom proprjetajiet eċċellenti bħal densità baxxa, saħħa speċifika għolja, reżistenza għall-korrużjoni, reżistenza għat-temperatura għolja, mhux manjetiċi, weldjabbli, firxa wiesgħa ta 'temperatura operattiva (269 ~ 600 grad), u jistgħu jintużaw għal diversi partijiet li jiffurmaw, iwweldjar u magni . L-aeronawtika malajr intużat ħafna. Fil-bidu tas-snin ħamsin, inġenji tal-ajru militari bdew jużaw titanju pur industrijali biex jimmanifatturaw partijiet strutturali b'inqas stress bħal tarki tas-sħana, tail cowls, u speedbrakes tal-fuselage ta 'wara. Fis-sittinijiet, il-ligi tat-titanju ġew applikati aktar għal partijiet strutturali maġġuri li jġorru stress bħal flap tal-inġenju tal-ajru li jiżżerżaq, paratiji li jġorru t-tagħbija, travi tal-kaxxa tan-nofs tal-ġwienaħ, u travi tal-irkaptu tal-inżul. Sas-snin sebgħin, l-applikazzjoni ta 'ligi tat-titanju fl-istrutturi tal-inġenji tal-ajru kienet espandiet minn ġettijiet tal-ġlied għal bombers militari kbar u ajruplani tat-trasport, u numru kbir ta' strutturi ta 'liga tat-titanju kienu ntużaw ukoll f'ajruplani ċivili.
Wara li daħal fis-snin 80, it-titanju użat fl-ajruplani ċivili żdied gradwalment, u qabeż it-titanju użat fl-ajruplani militari. Iktar ma jkun avvanzat l-ajruplan, aktar jintuża titanju. It-Tabelli 3 u 5 jelenkaw il-frazzjoni tal-massa tal-materjali tat-titanju użati f'ġellieda tat-tielet u r-raba' ġenerazzjoni u bombers avvanzati u ajruplani tat-trasport fl-Istati Uniti, it-tipi ta 'ligi tat-titanju użati f'ajruplani ġenerali, u l-ammont ta' ligi tat-titanju u materjali komposti użati fl-ajruplani Airbus. Jista 'jidher mit-Tabella 5 li l-użu tat-titanju fuq l-ajruplani Airbus A380 laħaq 10 fil-mija, u t-titanju sar materjal strutturali indispensabbli għall-ajruplani moderni. Skont użi differenti, ligi tat-titanju għall-avjazzjoni jistgħu jinqasmu f'ligi tat-titanju għall-magni tal-inġenji tal-ajru, ligi tat-titanju għall-fuselage tal-inġenji tal-ajru u ligi tat-titanju għall-qfieli tal-avjazzjoni. F'dawn l-aħħar snin, in-nies wettqu riċerka fil-fond dwar l-applikazzjoni tal-ligi tat-titanju tal-avjazzjoni fit-tliet aspetti ta 'hawn fuq.
Fil-qosor, liga tat-titanju għandha proporzjon kbir ta 'thrust-to-weight, toughness għolja, saħħa tajba u weldjabbiltà, u hija materjal ta' l-avjazzjoni bi proprjetajiet komprensivi eċċellenti. Fl-aħħar ftit deċennji, it-teorija tal-liga, it-teknoloġija komprensiva tat-tisħiħ u t-tisħiħ u l-proċess tat-trattament tas-sħana ta 'ligi tat-titanju għall-avjazzjoni ġew żviluppati ħafna. Fil-preżent, ir-riċerka dwar il-ligi tat-titanju tiffoka prinċipalment fuq l-istabbiltà termali f'temperatura għolja, reżistenza għat-tkaxkir u proċess ta 'disinn u manifattura ta' liga tat-titanju bi prezz baxx. Bl-approfondiment tar-riċerka, il-progress teknoloġiku ta 'l-ipproċessar bi prezz baxx ta' ligi tat-titanju se jkun immexxi minn applikazzjonijiet ta 'l-avjazzjoni high-end, u b'hekk fundamentalment jinkiser il-konġestjoni ta' l-ispiża li jirrestrinġi t-titjib tad-dożaġġ u l-livell ta 'applikazzjoni ta' ligi tat-titanju għall-avjazzjoni. Ajruplan kollu tat-titanju jista 'jsir realtà fil-futur mhux imbiegħed.
Ikkuntattjana għal aktar informazzjoni. Grazzi
Nicole
Kumpanija: Baoji Jimiyun Dynamic Co., Ltd
Pajjiż: Iċ-Ċina
Żid: Triq Baoti, Jintai, belt Baoji, Shaanxi, iċ-Ċina
Cel: flimkien ma' 86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
Websajt: www.jm-titanium.com
