Anwendung einer Titanlegierung in Flugzeugtriebwerken
Der Motor ist das Herzstück des Flugzeugs. Rotierende Teile wie der Motorlüfter, die Hochdruckverdichterscheibe und die Schaufeln müssen nicht nur großen Belastungen standhalten, sondern auch eine gewisse Hitzebeständigkeit aufweisen. Solche Arbeitsbedingungen sind für Aluminium zu heiß und für Stahl zu dicht. Titan ist die beste Wahl. Titan weist eine gute Hochtemperaturbeständigkeit, Kriechfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturen von 300 bis 650 Grad auf. Ein wichtiger Leistungsindikator des Triebwerks ist gleichzeitig das Schub-Gewichts-Verhältnis, also das Verhältnis des vom Triebwerk erzeugten Schubs zu seiner Masse. Die ersten Triebwerke hatten ein Schub-Gewichts-Verhältnis von 2:3, mittlerweile kann es aber auch 10 erreichen. Je höher das Schub-Gewichts-Verhältnis, desto besser die Triebwerksleistung. Die Verwendung einer Titanlegierung anstelle der ursprünglichen Hochtemperaturlegierung auf Nickelbasis kann die Masse des Triebwerks reduzieren und das Schub-Gewichts-Verhältnis des Flugzeugtriebwerks erheblich verbessern. Titan wird zunehmend in Flugzeugtriebwerken eingesetzt. In fortschrittlichen ausländischen Triebwerken der Luft- und Raumfahrt macht der Anteil der Hochtemperatur-Titanlegierung 25 bis 40 % der gesamten Triebwerksmasse aus. Beispielsweise beträgt der Titanlegierungsgehalt des Motors F100 der dritten Generation 25 % und der Titanlegierungsgehalt des Motors F119 der vierten Generation 40 %.
Für Flugzeugtriebwerkskomponenten müssen Titanlegierungen eine gute Sofortfestigkeit, Hitzebeständigkeit, Dauerfestigkeit, Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen und strukturelle Stabilität von Raumtemperatur bis zu höheren Temperaturen aufweisen. Obwohl Titanlegierungen vom -Typ und nahezu - --Typ von Raumtemperatur bis etwa 300 Grad eine hohe Zugfestigkeit aufweisen, nehmen die Kriechfestigkeit und die Hitzebeständigkeit der Legierungen bei höheren Temperaturen stark ab, sodass Titanlegierungen vom -Typ selten verwendet werden gebraucht. Wird in Flugzeugtriebwerken verwendet. Titanlegierungen vom Alpha-Typ und Near- --Typ weisen gute Kriecheigenschaften, Haltbarkeit und Schweißbarkeit auf und eignen sich für den Einsatz in Hochtemperaturumgebungen.
Titanlegierungen verfügen nicht nur über gute Warmumformeigenschaften, sondern auch über gute umfassende Eigenschaften in Umgebungen mit mittleren und hohen Temperaturen. Daher werden Titanlegierungen vom Typ -, Near-- --Typ und - --Typ häufig in Luft- und Raumfahrtmotoren verwendet.
Derzeit wurde die maximale Betriebstemperatur von Hochtemperatur-Titanlegierungen, die in Luft- und Raumfahrtmotoren verwendet werden, von 350 Grad auf 600 Grad erhöht, was den Materialanforderungen fortschrittlicher Motoren gerecht werden kann. Nach einem halben Jahrhundert der Bemühungen von Titanlegierungsforschern auf der ganzen Welt, 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) usw. Legierung.
Die Ti811-Legierung (Ti-8Al-1Mo-1V) bietet die Vorteile einer geringen Dichte, eines hohen Elastizitätsmoduls, einer hervorragenden Vibrationsdämpfungsleistung, einer guten thermischen Stabilität, einer guten Schweißleistung und einer guten Formbarkeit . Seine spezifische Steifigkeit ist die höchste aller industriellen Titanlegierungen. von. Zhao Yongqing et al. Wir haben eine eingehende Studie zur thermischen Stabilität und Hochtemperatur-Ermüdungsleistung der Ti811-Legierung durchgeführt und den Einfluss der Mikrostruktur und des Probenoberflächenzustands auf die thermische Stabilitätsleistung der Ti811-Legierung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ti811-Legierung mit gleichachsiger Struktur und Dual-State-Struktur eine gute thermische Stabilität aufweist; Das Vorhandensein einer nadelartigen Struktur verringert die thermische Stabilität der Ti811-Legierung. Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass die Oberflächenoxidschicht und die Einwirkungszeit keinen wesentlichen Einfluss auf die thermische Stabilität der Legierung haben, wenn die Ti811-Legierung auf 425 Grad erhitzt wird.
Bei hohen Temperaturen von 350 Grad und 500 Grad nimmt die Reibermüdungsempfindlichkeit der Ti811-Legierung mit steigender Temperatur zu. Kriechen ist ein wichtiger Faktor, der das FF-Versagen der Ti811-Legierung bei hohen Temperaturen beeinflusst. Änderungen der Verschiebungsamplitude wirken sich auf die Ermüdung aus. Die Rolle und der Mechanismus von Stressfaktoren und Verschleiß während des FF-Prozesses.
Die derzeit praktisch einsetzbaren hitzebeständigen Titanlegierungen sind Ti1100 und IMI834, die in EJ2000- bzw. 55-712-modifizierten Motoren verwendet wurden. Aufgrund des Auftretens von „Titanbränden“-Unfällen haben flammhemmende Titanlegierungen immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Vereinigten Staaten, Russland und andere Länder haben neue Titanlegierungen mit guten flammhemmenden Eigenschaften entwickelt. Alloy C ist eine hochfeste flammhemmende Titanlegierung, die von Pratt & Whitney in den USA entwickelt wurde. Es wurde als Vektordüsenkomponente für den F119-Motor verwendet. Die nominelle Zusammensetzung der Legierung ist Ti-35V-15Cr (Massenanteil, %), und die Legierung enthält eine große Menge des teuren Metalls Vanadium. , gepaart mit der Tatsache, dass der Heißverformungsprozess von Alloy-C-Legierungsbarren den Einsatz einiger Spezialgeräte erfordert, was den Materialpreis weiter erhöht. Russland hat Untersuchungen zu kostengünstigen Ti-Cu-Legierungen durchgeführt und über BT25- und BT36-Legierungen berichtet. Chinesische Wissenschaftler haben eine systematische Zusammenfassung und sachdienliche Bewertung der frühen Forschungsarbeiten zu Titanlegierungen für Motoren erstellt.
