Applicazione della lega di titanio nei motori aeronautici
Il motore è il cuore dell'aereo. Le parti rotanti come la ventola del motore, il disco del compressore ad alta pressione e le pale non solo devono resistere a forti sollecitazioni, ma devono anche avere un certo grado di resistenza al calore. Tali condizioni di lavoro sono troppo calde per l’alluminio e troppo dense per l’acciaio. Il titanio è la scelta migliore. Il titanio ha una buona resistenza alle alte temperature, resistenza allo scorrimento viscoso e resistenza all'ossidazione a temperature di 300~650 gradi. Allo stesso tempo, un importante indicatore delle prestazioni del motore è il rapporto spinta-peso, che è il rapporto tra la spinta generata dal motore e la sua massa. I primi motori avevano un rapporto spinta-peso di 2:3, ma ora può raggiungere 10. Maggiore è il rapporto spinta-peso, migliori sono le prestazioni del motore. L'uso della lega di titanio invece della lega originale ad alta temperatura a base di nichel può ridurre la massa del motore e migliorare notevolmente il rapporto spinta-peso del motore dell'aereo. Il titanio è sempre più utilizzato nei motori degli aerei. Nei motori aerospaziali stranieri avanzati, la quantità di lega di titanio ad alta temperatura rappresenta dal 25% al 40% della massa totale del motore. Ad esempio, il contenuto di lega di titanio del motore F100 di terza generazione è del 25% e il contenuto di lega di titanio del motore F119 di quarta generazione è del 40%.
I componenti dei motori aeronautici richiedono che le leghe di titanio abbiano una buona resistenza istantanea, resistenza al calore, resistenza duratura, resistenza allo scorrimento viscoso alle alte temperature e stabilità strutturale dalla temperatura ambiente a temperature più elevate. Sebbene le leghe di titanio di tipo - e quasi- - abbiano un'elevata resistenza alla trazione dalla temperatura ambiente a circa 300 gradi, la resistenza allo scorrimento viscoso e la stabilità resistente al calore delle leghe diminuiscono drasticamente a temperature più elevate, quindi le leghe di titanio di tipo - sono rare. usato. Utilizzato nei motori degli aerei. Le leghe di titanio di tipo alfa e vicino- - hanno buone proprietà di scorrimento viscoso, durabilità e saldabilità e sono adatte per l'uso in ambienti ad alta temperatura.
la lega di titanio non solo ha buone proprietà di lavorazione a caldo, ma ha anche buone proprietà complete in ambienti a media e alta temperatura. Pertanto, le leghe di titanio di tipo -tipo, quasi- -tipo e - -tipo sono ampiamente utilizzate nei motori aerospaziali.
Attualmente, la temperatura operativa massima delle leghe di titanio ad alta temperatura utilizzate nei motori aerospaziali è stata aumentata da 350 gradi a 600 gradi, in modo da soddisfare le esigenze materiali dei motori avanzati. Dopo mezzo secolo di sforzi da parte dei ricercatori sulle leghe di titanio di tutto il mondo, Ti811 (Ti-8Al-1Mo-1V), Ti-6Al-2Zr -1Mo-1V, Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo-0.25Si, Ti{{ 18}}.25Al-11Sn-5Zr, Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe{{29} }.3Si, Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr, Ti-6Al-2Sn{ {38}}Zr-6Mo, Ti-6.2Al- 2.8Mo-2Nb-2Sn-2.1Zr{{48} }.3Cr, Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-4Mo-0.45Si, Ti-5.8Al{{59} }Sn -3.5 Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si-0.06C), ecc. lega.
La lega Ti811 (Ti-8Al-1Mo-1V) presenta i vantaggi di bassa densità, elevato modulo elastico, eccellenti prestazioni di smorzamento delle vibrazioni, buona stabilità termica, buone prestazioni di saldatura e buona formabilità . La sua rigidità specifica è la più alta tra tutte le leghe di titanio industriali. Di. Zhao Yongqing et al. Abbiamo condotto uno studio approfondito sulla stabilità termica e sulle prestazioni di fatica ad alta temperatura della lega Ti811 e abbiamo studiato l'influenza della microstruttura e dello stato superficiale del campione sulle prestazioni di stabilità termica della lega Ti811. I risultati mostrano che la lega Ti811 con struttura equiassica e struttura a doppio stato ha una buona stabilità termica; l'esistenza di una struttura aghiforme riduce la stabilità termica della lega Ti811. Inoltre, gli studi hanno dimostrato che quando la lega Ti811 viene riscaldata a 425 gradi, lo strato di ossido superficiale e il tempo di esposizione non hanno un impatto significativo sulla stabilità termica della lega.
A temperature elevate di 350 gradi e 500 gradi, la sensibilità alla fatica da sfregamento della lega Ti811 aumenta con l'aumentare della temperatura. Il creep è un fattore importante che influenza la rottura FF della lega Ti811 ad alte temperature. I cambiamenti nell’ampiezza dello spostamento influiscono sulla fatica. Il ruolo e il meccanismo dei fattori di stress e di usura durante il processo FF.
Le leghe di titanio attualmente resistenti al calore sono Ti1100 e IMI834, che sono state utilizzate rispettivamente nei motori EJ2000 e 55-712 modificati. A causa del verificarsi di incidenti legati al "fuoco del titanio", le leghe di titanio ritardanti di fiamma hanno attirato sempre più attenzione. Gli Stati Uniti, la Russia e altri paesi hanno sviluppato nuove leghe di titanio con buone proprietà ritardanti di fiamma. La lega C è una lega di titanio ignifuga ad alta resistenza sviluppata da Pratt & Whitney negli Stati Uniti. È stato utilizzato come componente dell'ugello vettoriale per il motore F119. La composizione nominale della lega è Ti-35V-15Cr (frazione di massa, %) e la lega contiene una grande quantità di costoso vanadio metallico. , unito al fatto che il processo di deformazione a caldo dei lingotti in lega Alloy-C richiede l'uso di alcune attrezzature speciali, aumentando ulteriormente il prezzo del materiale. La Russia ha condotto ricerche sulle leghe Ti-Cu a basso costo e ha segnalato le leghe BT25 e BT36. I ricercatori scientifici cinesi hanno fatto una sintesi sistematica e una valutazione pertinente dei primi lavori di ricerca sulle leghe di titanio per i motori.
