항공 우주 산업의 티타늄 및 티타늄 합금의 등급 및 응용

4. 합금 및 그 적용

베타 합금은 티타늄 합금의 최고 강도, 최대 1240mpa의 인장 강도입니다. 급격한 냉각 후, 준 안정 β상의 100%가 실온에서 유지 될 수있다. 상이한 노화 온도 및 시간을 사용함으로써, 합금의 β 상 매트릭스에서 α 상 강수량의 크기와 비율은 α+β 합금보다 더 높은 강도를 얻기 위해 제어 될 수 있으며, 적절한 것을 선택함으로써 다른 특성을 얻을 수있다. 노화 온도와 시간.

몇 가지 예외를 제외하고, 베타 합금은 일반적으로 베타 합금이 온도가 증가하는 알파 및 α+ 베타 합금보다 강도가 더 빠르게 감소하고 근처와 동일한 크리프 저항을 갖지 않기 때문에 고온 응용에 사용되지 않습니다. 알파 합금.

베타 합금은 주로 Boeing 777부터 항공기 랜딩 기어와 같은 고강도 요구 사항이 높은 구조 부품에 주로 사용되며 다수의 새로운 대형 상업용 항공기에 적용되었습니다. 777 및 787의 베타 합금에 사용되는 다른 구성 요소로는 플랩 레일, 스프링, APU 스트럿, 소방차, 클램프 및 브래킷 및 배기관이 포함됩니다.

항공에 사용 된 베타 합금에는 Ti-10V-2Fe-3al, Ti-5AL-5MO-5V-3CR, TI-15V-3CR-3AL-3SN, TI-6AL-2SN-4ZR-6MO, TI-5AL-2SN이 포함됩니다. -2ZR-4MO-4CR, TI-3AL-8V-6CR-4MO-4ZR, TI-35V-15CR 및 TI-15MO-2.7NB-3AL-0.2SI.

(1) TI-10V-2FE-3AL (TI-10-2-3). TI-10V-2FE-3AL (TI-10-2-3) 합금은 1970 년대 미국 타임 메트 컴퍼니, 보잉 회사 및 와이맨-고든 (Wyman-Gordon)이 공동으로 개발 한 베타 합금 근처의 높은 강도입니다. 항공기 랜딩 기어의 메인 베어링 빔, 날개 및 샤프트와 같은 주요 구조 부품에 성공적으로 적용되었습니다. 보잉 757에 대한 시험 후, 합금은 그림 3과 같이 보잉 777의 랜딩 기어에 사용하도록 공식적으로 승인되었습니다. 항공기.

(2) TI-5AL-5MO-5V-3CR (TI-5553). TI-5553 합금은 러시아의 상단 SARDA (VSMPO)와 유럽 에어 버스 회사가 공동으로 개발 한 β 티타늄 합금 근처의 새로운 고 강도 및 고기심으로 TI-5AL-5MO-5V-3CR-1ZR입니다. TI-10-2-3 합금 강도 (약 1240mpa)보다 약간 높습니다. 열처리 후, 인장 강도는 1500mpa를 초과 할 수 있으며, 특정 처리 성능 장점과 더 나은 경화성. 윙/행거 조인트, 랜딩 기어/윙 조인트 및 랜딩 기어 부품과 같은 대형 베어링 구성 요소의 제조에 특히 적합합니다. TI-5553 합금은 Boeing의 새로운 787 항공기의 랜딩 기어의 대부분에 사용되며 Airbus A350-1000의 랜딩 기어 부분에도 사용됩니다.

(3) TI-15V-3CR-3SN-3AL (TI-15-3-3-3). TI-15-3-3-3은 1970 년대 미국에서 개발 된 준 안정성 β- 타입 티타늄 합금입니다. 800 ℃에서 처리 한 후 30minac+540 ℃ 8HAC에서, 실온에서의 인장 강도는 1100mpa에 도달했으며 신장은 여전히 ​​9%이상이었다. 합금은 우수한 압축 연성, 냉간 형성성 및 용접 특성을 가지며 항공 성분에 이상적인 재료입니다. 주로 동체 구조 부품 및 항공 패스너로 사용되며 그림 4와 같이 스프링을 만드는 데 사용될 수 있습니다. 스틸 스프링 대신 베타 티타늄을 사용하면 70%의 무게 감소를 달성 할 수 있습니다.

(4) TI-6AL-2SN-4ZR-6MO (TI-6-2-4-6). 티타늄 6246은 1960 년대 타임트가 개발 한 높은 MO 함량의 고온 티타늄 합금으로, 고온 저항 (420 ° C의 온도 사용), 강도, 부식성, 용접 및 가공 특성으로 고온 저항이 있습니다. 용액 노화 또는 이중 어닐링 후 합금의 낮은 사이클 피로 강도는 상응하는 TI-6AL-4V 합금의 것보다 분명히 높으며, 고온 크리프 강도 및 순간 강도, 티타늄 합금 항공 우주를 갖습니다. 터빈 엔진 압축기 디스크 및 블레이드.

(5) TI-5AL-2SN-2ZR-4MO-4CR (TI-17). TI-17은 1970 년대 초 미국 일반 전기 회사가 β- 타입 합금, 고강도, 강도, 1137 ~ 1166mpa의 실온에서 1196 ~ 1235mpa의 인장 강도, 강도의 연구 및 개발을 시작했습니다. 8%이상. 동시에, 그것은 균열 성장/피로 저항성과 골절 강인성이 양호합니다. 주로 강도 요구 사항이 높은 새로 개발 된 일부 대형 항공기 엔진 팬 디스크 및 공기압 엔진 디스크에 사용됩니다. 미국 General Electric Company와 Wyman Gordon Company는 TI-17 합금을 사용하여 엔진 디스크 및 헬리콥터 로터 클램프 샤프트를 제조했습니다. 일본의 고베 스틸은 또한 합금을 개발하기 시작했으며 엔진 디스크 제조에 사용되었습니다.

(6) TI-3AL-8V-6CR-4MO-4ZR (β-C). β-C는 1969 년에 RMI에 의해 개발 된 준 안정성 β- 티타늄 합금입니다.이 합금에는보다 견고한 용액이 포함되어 있으며, 긴장 강도는 고강도, 플라스틱 및 손실 내성 특성 (골절 강인성 및 피로 균열 성장률)으로 인해 1240 MPa에 도달 할 수 있습니다. α+β 합금보다 낮으므로 일반적으로 항공기 스프링, 패스너, 커넥터 및 미사일 구성 요소로 사용되는 임계 하중 구성 요소에서 일반적으로 사용되지 않습니다.

연구에 따르면 β-C에 소량의 C (0.1%)를 첨가하고 노화하기 전에 특정 냉간 변형을 수행하면 노화 동안 α 상의 강수량을 가속화하고 입자 경계 α (GB-α)의 형성을 줄이고, 곡물 정제를 촉진하고 최대 1500mpa의 강도를 얻는 동안 우수한 연성을 유지하십시오.

(7) TI-35V-15CR (합금 C). Pratt and Whitney, Inc.가 제조 한 명목상 TI-35V-15CR-0.05C가 제한된 상업용 적용 제한된 합금 C, 미국에서 가장 큰 항공기 엔진 제조 회사 중 하나가있는 진정한 (안정적인) 베타 합금은 하나뿐입니다. 개발. β- 안정화 된 합금의 높은 함량으로 인해, 합금 C는 정상적인 β 합금과 같이 서비스 온도에서 β 상을 α+β 상으로 분해하지 않는다. 합금은 실온에서 1071mpa의 인장 특성, 1023 MPa의 항복 강도, 14.7의 신장 및 540 ℃의 크리프 온도를 가지며, Pratt & Whitney는 화재로 인해 군용 엔진의 배기 시스템으로 사용됩니다. 보호 (비합체) 특성. 다른 티타늄 합금은 높은 질량 유량 (예 : 제트 엔진 공기 흐름)에서 연소 될 것이며, 연소를위한 "연료"는 티타늄과 알루미늄으로, 거의 모든 티타늄 합금에 필수적입니다.

(8) T I-1 5 M O-2.7 N B-3 AL-0.2 S I (β-21 1 초). β-21S (TI-15MO-2.7NB-3AL-0.2SI)는 타이밍에 의해 개발 된 새로운 초고속 강도 β- 합금입니다. 합금은 강도와 ​​가소성이 높고 열처리를 통해 매우 높은 강도 수준 (인장 강도> 1450mpa)으로 가소성은 여전히 ​​TI-1023 수준에서 유지됩니다. β-21은 처리 및 사용 중 상당한 항산화 특성을 가지므로 얇은 시트로 처리하는 데 더 적합합니다. β-21은 다른 β 합금보다 더 높은 온도를 견딜 수 있으며 장기 작업 온도는 540 ℃에 도달 할 수있다.

고온에 대한 저항이 더 좋기 때문에,이 합금은도 5에 도시 된 바와 같이, 노즐이 엔진 배기구에 노출되는 동료 엔진 꼬리 척추로 사용될 수있다. 니켈 기반 합금을 β-21S로 대체하면 노즐과 꼬리 척추의 중량이 크게 줄어들 수 있습니다.

결론

미국 및 유럽 항공 우주 티타늄 및 티타늄 합금의 분석에 따르면 최근 몇 년 동안 고온 티타늄 합금, 저온 티타늄 합금, 고강도 및 고강도 β 티타늄 합금, 화염 지연 티타늄 합금 및 손상 내성 티타늄 합금이 보유한 것으로 나타났습니다. 항공 우주 분야에서 널리 사용되어 항공 우주 고성능 티타늄 합금 재료의 개발 방향을 나타냅니다.

(1) 고온 티타늄 합금. 1950 년대에 개발 된 고온 티타늄 합금은 미국에서 개발 된 TI-6AL-4V 합금으로 표현되며, 이는 300-350 ° C의 온도에 적합합니다. α 유형, TI-6-2-4-2S 및 TI-1100으로 대표되는 미국에서 개발 된 TI-1100, IMI834는 영국에서 개발되었으며 러시아에서 개발되었으며 온도는 600 °로 높습니다. 고온 티타늄 합금은 우수한 열 강도와 높은 특이 적 강도로 인해 에어로 엔진에서 널리 사용되었습니다. 고온 티타늄 합금의 또 다른 발달 경향은 티타늄 알루미늄 합금, 즉 티타늄 및 알루미늄에 기초한 Ti3al (α2) 및 Tial (ϒ) 간 화합물이며, 그 중 ϒ 합금은 725 ℃의 고온 저항성을 갖는다. 티타늄 알루미늄 합금은 미래의 항공기 엔진 및 항공기 구조 부품에서 가장 경쟁력있는 재료가되었습니다.

(2) 저온 티타늄 합금. 일부 티타늄 및 티타늄 합금은 원래의 기계적 특성을 낮고 초 저온에서 유지할 수 있습니다. 미국의 저온 티타늄 합금에 대한 연구는 주로 α 유형 TI-5AL-2.5SN ELI 및 α+β 유형 TI-6AL-4V ELI에 중점을 둡니다. 간헐적 요소의 함량을 줄임으로써, 2 개의 티타늄 합금은 20K의 매우 낮은 온도에서 좋은 강도와 ​​인성을 유지합니다. 극저온 용기, 극저온 파이프 및 액체 로켓 엔진 임펠러에 사용됩니다.

(3) 고강도 티타늄 합금. 고강도 티타늄 합금은 일반적으로 1,000mpa 이상의 인장 강도를 갖는 티타늄 합금을 말하며, 외국 고 강성 티타늄 합금은 주로 미국과 러시아에서 개발됩니다. 베타 합금은 현재 국제 고급 수준과 항공 분야를 나타내는 최고 강도 티타늄 합금으로, 주로 고강도 티타늄 합금의 실제 적용을 얻기 위해 주로 미국 TI-10-2-3,와 같은 β 형 티타늄 합금의 실제 적용을 얻는다. TI-15-3-3-3 및 β-21S, 러시아 TI-5-5-5-3-1 등. 주로 항공기 랜딩 기어 및 동체 부품과 같은 높은 강도 요구 사항이있는 구조 부품에 사용됩니다.

(4) 화염 지연 티타늄 합금. 항공기 엔진에 대한 티타늄 합금 재료의 "티타늄 연소"문제를 해결하기 위해 미국과 러시아는 1970 년대 이후 화염 지연 티타늄 합금의 개발을 수행했습니다. 불꽃 지연 티타늄 합금은 주로 두 가지 합금 시스템을 포함합니다. 미국 TI-V-CR 시스템 합금 C (T-35V-15CR); 러시아 TI-CU-AL 시리즈는 BTT-1 및 BTT-3입니다. [3] 합금 C는 높은 실내 및 고온 강도, 우수한 크리프 강도, 우수한 피로 강도 및 차가운 형성성을 갖는 안정적인 β 유형 불꽃 지연 티타늄 합금입니다. F119 엔진의 테일 노즐.

손상 공차 티타늄 합금. 재료 특이 적 강도, 피로 저항, 균열 성장, 골절 강인함, 수명주기 비용 및 기타 포괄적 인 특성에 대한 새로운 항공기의 요구 사항을 충족시키기 위해, 높은 골절 강인성을 갖는 손상 내성 티타늄 합금이 해외에서 개발되었습니다. 그것은 미국에서 개발 된 α+β 합금 TI-6AL-4V ELI 및 TI-6-2-2-2-2로 표현됩니다. TI-6AL-4V ELI는 중간 강도 손상 공차 티타늄 합금이며, TI-6-2-2-2-2S는 F-22 전투기에서 널리 사용되는 고강도 손상 공차 티타늄 합금입니다. 미국.