Рассказываем о применении обработанных титановых деталей в аэрокосмической промышленности

 

 

С 1950-х годов началось применение детали обработки титана в аэрокосмической области быстро развивалась. В последние годы исследовательские проекты по применению титановых сплавов в аэрокосмической отрасли достигли большого прогресса, и многие сплавы также получили значительное развитие. В этой статье в основном говорится о применении деталей обработки титана в аэрокосмической продукции.

 

 

 

 

 

Характеристики титановых сплавов для аэрокосмической промышленности

 

 

 

 

(1) Высокая прочность. Детали из титана, обработанные на станке, обладают высокой прочностью. Его предел прочности на разрыв составляет 686-1176 МПа, а его плотность составляет всего около 60% от плотности стали, поэтому его удельная прочность очень высока.

 

 

(2) Отличные высокотемпературные характеристики. Титановый сплав может сохранять хорошие механические свойства при высоких температурах, его термостойкость намного выше, чем у алюминиевого сплава, а его рабочий температурный диапазон шире.

 

 

(3) Высокая коррозионная стойкость. На воздухе при температуре ниже 550°C на поверхности обработанных деталей из титана быстро образуется тонкая и плотная пленка оксида титана, а ее коррозионная стойкость выше, чем у большинства нержавеющих сталей.

 

 

 

 

 

Каковы области применения обработанных деталей из титанового сплава в аэрокосмической промышленности?

 

 

 

 

В авиационной промышленности применение титановых деталей для механической обработки делится на титановые сплавы для конструкций самолетов и титановые сплавы для конструкций двигателей. В аэрокосмической промышленности титановые сплавы в основном используются в качестве материалов для изготовления конструкций и контейнеров ракет, снарядов и космических аппаратов.

Авиационные конструкционные титановые сплавы, как правило, должны использоваться при температурах ниже 350°C, требуя высокой удельной прочности, хорошей вязкости, отличной усталостной прочности и хороших характеристик процесса сварки. Титановые сплавы для двигателей требуют высокой удельной прочности, хорошей термической стабильности, стойкости к окислению и ползучести. В дополнение к эксплуатационным требованиям к обработанным титановым деталям для авиации, аэрокосмические аппараты также требуют высокой термостойкости и радиационной стойкости.

 

 

 

 

 

 

Для авиакосмических двигателей области применения деталей из титана, обработанных механической обработкой, включают диски компрессора, лопатки, барабаны, роторы компрессора высокого давления, корпуса компрессора и т. д. Около 30% веса конструкции современных турбинных двигателей изготовлено из материалов из титанового сплава. Применение деталей из титана, обработанных механической обработкой, снижает качество лопаток компрессора и лопаток вентилятора, и в то же время увеличивает срок службы и интервалы между проверками деталей из титана, обработанных механической обработкой. Передняя кромка и кончик лопаток вентилятора двигателя Boeing 747-8GENX используют защитную втулку из титанового сплава, которая заменялась всего три раза за 10-летний период эксплуатации.

 

 

Аэрокосмические аппараты работают в экстремальных условиях, таких как сверхвысокая температура, сверхнизкая температура, высокий вакуум, высокое напряжение и сильная коррозия. В дополнение к превосходной технологии структурного проектирования, они также полагаются на превосходные характеристики и функции материалов из титанового сплава. Обработка и изготовление из титанового сплава топливных баков, оболочек ракетных двигателей, каналов сопел ракет, оболочек искусственных спутников и т. д. были типичными областями применения.

 

 

Детали из титана для авиационной промышленности должны пройти процессы литья в слитки, заготовки, штамповки и обработки, чтобы получить требуемую структуру материала и эксплуатационные характеристики. Они часто используются для изготовления основных подшипниковых компонентов каркаса самолета и роторов двигателей. Согласно HB5024-1989, наружный диаметр крупных поковок составляет не менее 500 мм. С развитием самолетов и двигателей требования к качеству деталей из титана для авиационной промышленности становятся все выше и выше, размер становится все больше и больше, а форма становится все сложнее.

Форма структурных частей обработанных деталей из авиационного титана сложна, а коэффициент использования материала обычно не превышает 10%. Материал четырех больших основных опорных рам самолета F-22 - Ti-6Al-4V ELI, а проектируемая площадь штамповок составляет 4.06～5.67 квадратных метров. В последние годы специализированное кузнечное оборудование для обработки деталей из авиационного титана в моей стране значительно улучшилось, и теперь можно производить 5 квадратных метров цельных поковок из титанового сплава.

 

 

Благодаря превосходным характеристикам материалов из титанового сплава, некоторые ключевые детали аэрокосмических аппаратов также обрабатываются и изготавливаются из титанового сплава. Например, кромка воздухозаборника — это деталь, изготовленная методом 3D-печати из титанового сплава, что реализует интегрированное проектирование и производство структурных деталей и функциональных деталей.

 

 

Крепеж из титанового сплава, обычно используемый в аэрокосмической промышленности, в основном включает заклепки, болты и специальные крепежи.

 

 

Основными областями применения деталей авиационной титановой обработки являются детали шасси, рамы, балки, обшивка фюзеляжа, тепловые экраны и т. д. Российский самолет Ил-76 использует высокопрочный титановый сплав ВТ22 для обработки и изготовления ключевых компонентов, таких как шасси и несущие балки. Материал балки трансмиссии основного шасси Boeing 747 — Ti-6Al-4V. Длина поковки составляет 6.20 метра, ширина — 0.95 метра, а масса — 1,545 килограммов.

Высокопрочный и высокопрочный титановый сплав Ti-62222S используется в ключевых деталях горизонтального вала стабилизатора самолета C-17. Задняя часть фюзеляжа и задний теплозащитный экран, где расположен двигатель самолета F-22, спроектированы с использованием тонкостенной конструкции из титанового сплава, которая имеет хорошую термостойкость.

 

 

Детали из титана, обработанные на американском самолете F-22, включают: болты из высокопрочного титанового сплава, гвозди с кольцевыми канавками, болты с конической полированной головкой, самозажимные болты, заклепки из титана-ниобия и соединительные гайки. Первый отечественный коммерческий большой самолет моей страны C919, совершивший полет в 2014 году, использовал более 200,000 XNUMX деталей из титана, обработанных на одном станке.

Разработка и применение крепежа из титанового сплава дает возможность дальнейшего снижения веса конструкций самолетов. Вес конструкции самолета Boeing 747 снижен на 1,814 кг после замены стали на титан. Российский самолет Ил-96 использует 142,000 600 крепежных элементов и заменяет сталь на титан, что снижает его вес на XNUMX кг.

 

 

 

 

 

 

Суммировать

 

 

 

 

Титановый сплав — это материал с высокой удельной прочностью, отличными высокотемпературными характеристиками и высокой коррозионной стойкостью. В будущем спрос на детали из титана для авиации самолеты должны иметь как более высокую прочность, более высокую ударную вязкость, более высокую устойчивость к повреждениям, так и более высокую термостойкость. Производительность и т. д. Поэтому направление развития применения материалов из титановых сплавов будет более требовательным.