Développement et application des caractéristiques des alliages de titane pour l'aéronautique

Depuis la production industrialisée de titane dans les années 1940, il a été largement utilisé dans l'aérospatiale, l'industrie militaire, la marine en raison de sa haute résistance, de sa bonne résistance à la corrosion, non magnétique, de ses bonnes performances de soudage et d'autres avantages, ainsi que de la supraconductivité, de la mémoire et d'autres avantages. Dans les domaines du développement, de la pétrochimie, de la production d'énergie, de la supraconductivité, etc., il a la réputation de "Almighty Metal", "Marine Metal", "Third Metal", "Modern Metal" etc. Avec l'exploration continue des excellentes propriétés du titane, son champ d'application continue de s'étendre et il deviendra le troisième métal structurel après l'acier et l'aluminium. Compte tenu du rôle important du titane dans la défense nationale, l'aviation, la haute technologie et d'autres domaines, il a été très apprécié par les États-Unis, la Russie, la Grande-Bretagne, la France et d'autres puissances militaires et le Japon et d'autres pays, et répertorié comme un métal structurel clé avec une importance stratégique au 21e siècle. Le développement de la science et de la technologie du titane, y compris les nouveaux alliages, les nouvelles technologies de fusion et les technologies d'application, subit des changements rapides. L'industrie chinoise du titane a connu des hauts et des bas pendant près de 40 ans. Avec le soutien de l'État, il a fait de grands progrès et a établi son propre système indépendant d'industrie du titane. En 2000, la Chine a produit 1 751 tonnes d'éponge de titane et 2 206 tonnes de matériaux traités au titane. En 2008, la Chine a produit 49 632 tonnes d'éponge de titane, une augmentation de 27,3 fois en 8 ans. En 2008, la Chine a produit 27 737 tonnes de matériaux traités au titane, soit une augmentation de 11,6 fois. fois.

En raison du coût élevé des matières premières en alliage de titane, 70 % -80 % des matériaux en titane à l'étranger sont utilisés dans les industries aéronautique et aérospatiale. La demande d'alliages de titane dans les domaines de l'aviation et de l'aérospatiale de mon pays est également particulièrement importante. À l'heure actuelle, la proportion d'alliages de titane utilisés dans les avions de pointe en cours de développement dans mon pays est d'environ 10 % -12 %, la proportion de titane utilisée dans les avions militaires est plus élevée, d'environ 20 % -30 %, et la proportion de titane utilisé dans les moteurs d'avions militaires est supérieure à 30 %. . La quantité de titane utilisée dans les nouvelles fusées et missiles augmente également.

Cet article résume principalement les progrès de la recherche et de l'application du titane dans les domaines de l'aviation et de l'aérospatiale aux États-Unis, en Russie, en Grande-Bretagne, au Japon et en Chine, qui peuvent servir de référence pour l'application et le développement de l'industrie du titane de mon pays dans l'aviation. et les domaines de l'aérospatiale.

Au fur et à mesure que le concept de conception des avions passe progressivement de la résistance statique pure dans le passé à la sécurité ---durée de vie, dommages---sécurité, et jusqu'au concept de conception moderne de tolérance aux dommages, les matériaux avancés en alliage de titane évoluent progressivement vers une haute ténacité à la rupture et faible propagation des fissures. Taux d'alliages de titane tolérants aux dommages. À l'heure actuelle, les pays développés étrangers ont été à l'avant-garde du développement de nouveaux matériaux en alliage de titane résistants aux dommages et de leur application dans les avions de pointe, en particulier tels que Ti-6Al-4VELI de résistance moyenne et haute -force Ti-6-222s, etc. Il a été utilisé avec succès dans les avions de nouvelle génération tels que les américains F-22, F-35 et C-17. Améliorer considérablement la durée de vie et l'efficacité au combat de l'avion. Avec le développement des concepts de conception d'avions, les idées de conception de tolérance aux dommages des structures en alliage de titane ont également commencé à retenir l'attention dans mon pays. Depuis le "dixième plan quinquennal", mon pays a développé indépendamment l'alliage de titane TC4-DT à résistance moyenne et haute résistance aux dommages et l'alliage de titane TC21 à haute résistance et haute résistance aux dommages, et a établi l'usinage de l'alliage de titane résistant aux dommages. technologie, qui a jeté les bases de la technologie d'application des matériaux pour le développement de nouveaux avions dans mon pays. Afin de répondre aux besoins de développement d'alliages de titane pour les structures aéronautiques et aérospatiales, mon pays a développé indépendamment des alliages de titane à fil à faible résistance et à haute ténacité (NiTi) et des alliages de tuyaux (TA18), 1300MPa-2000Mpa série ultra -alliages de titane à haute résistance (TB8, TB9, TB20), etc., un nouveau système de matériaux en alliage de titane aux caractéristiques chinoises pour les structures d'avions a été initialement formé, et une nouvelle génération d'alliages de titane pour les structures aéronautiques et aérospatiales a été établie. Les performances spécifiques sont indiquées dans le tableau 1

Principaux indicateurs techniques des alliages de titane structuraux typiques

Ti-6Al-4V (TC4) est un alliage de titane de résistance moyenne développé au début des années 1960. Il possède d'excellentes propriétés globales et est connu comme un alliage universel. C'est l'alliage à usage général le plus ancien et le plus largement utilisé pour les structures aéronautiques et aérospatiales. Alliages de titane, y compris les plaques, les barres et les pièces forgées, etc. L'alliage a de bonnes propriétés de soudage et d'usinabilité, et l'alliage à grain fin a une superplasticité, et des composants complexes peuvent être fabriqués par le processus combiné de formation/diffusion superplastique (SPF/DB ). Les alliages de titane structuraux à haute résistance désignent généralement des alliages ayant une résistance à la traction supérieure à 1 000 MPa. À l'heure actuelle, les alliages de titane à haute résistance qui représentent le niveau avancé international et ont été pratiquement utilisés dans les avions comprennent principalement des alliages de type métastable Ti-15-3, 21S, un alliage de type proche Ti-1023 et {{16 }} alliage de titane biphasé BT22. L'utilisation d'un alliage de titane structurel à haute résistance pour remplacer l'acier de construction à haute résistance 30CrMnSiA couramment utilisé dans les structures d'avions peut réduire le poids de plus de 20 %.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) est un biphasé à haute résistance, haute ténacité et tolérant aux dommages alliage de titane développé dans les années 1970. Après traitement thermomécanique, l'alliage présente les avantages d'une résistance élevée, d'une bonne tolérance aux dommages et d'une excellente résistance à la croissance des fissures de fatigue, et convient à la fabrication de composants porteurs à haute résistance et haute ténacité. En ajoutant un élément Si, l'alliage conserve une résistance élevée à température moyenne, ce qui est meilleur que Ti-6Al-4V. La tôle d'alliage peut être formée de manière superplastique à température ambiante.

Ti-10V-2Fe-3Al(TB6) est un alliage de titane proche du bêta à haute résistance et haute ténacité développé à la fin des années 1970. L'alliage présente les avantages d'une résistance spécifique élevée, d'une bonne ténacité à la rupture, d'une grande zone de durcissement, d'une faible anisotropie, de bonnes performances de forgeage et d'une forte résistance à la corrosion, et présente de nombreux avantages d'un alliage de titane métastable sans perte - alliage de titane. Les caractéristiques de la solution solide peuvent répondre aux exigences de conception de tolérance aux dommages et d'efficacité structurelle élevée, de fiabilité élevée et de faible coût. La température de travail maximale est de 320 degrés. Les principaux produits de cet alliage sont les barres, les pièces forgées, les tôles épaisses et les profilés. Grâce au traitement thermique de mise en solution et de vieillissement, une bonne adéquation entre la résistance, la plasticité et la ténacité à la rupture peut être obtenue, et il convient à la fabrication de pièces structurelles avec des exigences élevées en matière de résistance et de ténacité à la rupture. Une excellente ténacité et un faible taux de croissance des fissures peuvent être obtenus par un traitement thermomécanique, qui convient aux structures ayant des exigences élevées en matière de ténacité à la rupture.