Аэрокосмические титановые сплавы в основном подразделяются на три типа в зависимости от их микроструктуры и эксплуатационных характеристик: титановые сплавы α-типа (включая почти α-сплавы), титановые сплавы α+β-типа и титановые сплавы β-типа. В США разработана передовая система титановых сплавов для аэрокосмической промышленности, включающая широкий ассортимент марок. Эти материалы включают сплавы, способные работать при высоких температурах до 600 °C, такие как Ti-1100, и высокопрочные и высоковязкие β-сплавы, такие как Ti-10-2-3 (Ti-10V-2Fe-3Al).
Альфа-титановые сплавы обладают превосходной стойкостью к ползучести и свариваемостью, что делает их предпочтительным выбором для компонентов из высокотемпературных сплавов . Например, Ti-6242S (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si) широко используется во вращающихся деталях, таких как лопатки и роторы в газотурбинных двигателях. Представитель α+β титанового сплава, Ti-6Al-4V, является наиболее широко используемым титановым сплавом в аэрокосмической промышленности, составляя приблизительно 60% всех изделий из титановых сплавов. Он обладает минимальной прочностью на растяжение 896 МПа и демонстрирует отличные усталостные и изломоустойчивые свойства. β-титановые сплавы, такие как Ti-15-3 (Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al), демонстрируют значительно повышенную прочность после термической обработки, при этом прочность пластины достигает σb ≥ 1310 МПа. Они широко используются в авиационных конструкционных элементах и трубопроводных системах.
Разработка титановых сплавов для аэрокосмической промышленности ведётся в направлении повышения термостойкости, улучшения соотношения прочности к вязкости и приобретения специальных свойств, таких как огнестойкость. В частности, некоторые аэрокосмические сплавы содержат драгоценные металлы для оптимизации высокотемпературной стабильности и механических характеристик.
В ответ на эти инновации в области аэрокосмических сплавов отрасль переработки титана также совершенствует свои технологии восстановления и структуры ценообразования.
Аэрокосмические титановые сплавы наиболее широко применяются в авиационных двигателях, где их вес может составлять более 30% от веса двигателя. В таких ключевых компонентах, как диски вентилятора и лопатки турбины , диски и лопатки компрессора, а также корпуса двигателей, широко используются аэрокосмические титановые сплавы.
В компрессорных секциях титановые сплавы заменили ранее применявшиеся стали, значительно снизив вес и обеспечив устойчивость к рабочим температурам от 300 до 550 °C. Высокотемпературные титановые сплавы, разработанные в Европе и США, такие как Ti-1100 и IMI834, могут работать при температурах до 600 °C и специально предназначены для изготовления высокотемпературных компонентов двигателей. Разработанный в Великобритании сплав IMI834 после обработки на твердый раствор и старения в области β-2-фазы обладает прочностью при комнатной температуре σb ≥930 МПа, высокой ползучестью и превосходной усталостной прочностью. Он используется в дисках турбин компрессоров среднего и высокого давления двигателя RR Trent 800.
В российских авиадвигателях титановые сплавы составляют до 36% деталей. Работая в экстремальных условиях, эти детали требуют исключительной жаростойкости и прочности — свойств, которые делают титановые сплавы для аэрокосмической промышленности предпочтительным материалом для основных деталей двигателей.
Аэрокосмические титановые сплавы также широко используются в трубопроводных системах, арматуре и сосудах высокого давления в гидравлических и топливных системах самолетов. В этих системах сплав Ti-3Al-2.5V обычно применяется в системах гидравлических трубопроводов высокого давления, работающих при давлении до 28 МПа, заменяя нержавеющую сталь 21-6-9 и обеспечивая снижение веса на 40%.
В трубопроводах системы управления Boeing 777 используется сплав Ti-15-3 вместо низкопрочного титана повышенной прочности, что снижает вес самолёта на 63,5 кг. Применение титановых сплавов в топливных системах в аэрокосмической промышленности также включает сварные конструкции гидроаккумуляторов и топливных баков. Разработанный в России сплав ВТ43 специально разработан для изготовления сварных конструкций газовых баллонов, гидроаккумуляторов и топливных баков для аэрокосмической техники.
Эти компоненты системы используют высокие прочностные, коррозионные и усталостные свойства титановых сплавов, применяемых в аэрокосмической промышленности, для обеспечения надёжной эксплуатации самолётов в сложных условиях. Некоторые специализированные титановые сплавы, применяемые в аэрокосмической промышленности, содержат драгоценные металлы для повышения долговременной стабильности в коррозионных средах.
Значимость титановых сплавов для аэрокосмической промышленности обусловлена их уникальным сочетанием свойств. Они обладают высокой удельной прочностью, будучи примерно на 40% легче стали при эквивалентной прочности, что является критическим преимуществом для аэрокосмической промышленности, стремящейся к облегчению конструкций. Титановые сплавы обладают широким диапазоном рабочих температур, сохраняя стабильные характеристики от криогенных условий до высоких температур 600 °C.
Чем совершеннее самолёт, тем выше содержание титана. Например, американский истребитель четвёртого поколения F-22 содержит 41% титана, что делает его самолётом с самым высоким содержанием титана. В Boeing 777 титановые сплавы используются для изготовления пластин киля, изготовленных из термоформованных панелей, поскольку их коэффициент теплового расширения хорошо согласуется с коэффициентом теплового расширения углеродного волокна, что позволяет избежать проблем с электрохимической коррозией, возникающих при взаимодействии алюминия с графитом.
С экономической точки зрения, хотя аэрокосмические титановые сплавы имеют более высокую первоначальную стоимость, оптимизированные конструкции и процессы, такие как российский сплав ВТ43, позволяют снизить затраты на 20%, уменьшить энергозатраты на термообработку на 50%, а также уменьшить трудоёмкость обработки давлением на 20% и механическую обработку на 30%. Эти свойства делают аэрокосмические титановые сплавы незаменимыми ключевыми материалами в современной аэрокосмической промышленности. Некоторые высокопроизводительные аэрокосмические титановые сплавы содержат драгоценные металлы, что обеспечивает надёжность в экстремальных условиях и делает их востребованными компаниями по переработке драгоценных металлов .
Язык
