Grades et applications des alliages de titane et de titane dans l'industrie aérospatiale

1.α Les alliages comprennent des alliages de titane commercialement purs (CP) et des alliages de titane ne contenant que des éléments stables α et / ou des éléments neutres.

1.1 Titane pur industriel

Le titane pur industriel est principalement composé de phase α hexagonale (HCP), tandis que en raison des impuretés résiduelles des matières premières de titane éponge ou de l'ajout de FE, le titane pur industriel contient également une petite quantité de (<5% ) La phase β, selon la résistance à la traction selon 240-550 MPa divisé en 4 grades (G1, G2, G3 et G4 dans les normes ASTM), plus le grade est élevé, plus la concentration d'oxygène qui peut jouer le renforcement de la solution solide intermittente, donc, donc plus la force est élevée. Titane aérospatial

Le titane du CP est principalement utilisé dans les zones qui nécessitent une bonne résistance à la corrosion et des propriétés de soudage, mais n'ont pas d'exigences de résistance élevée. Dans le champ de l'aviation, CP Titanium est principalement utilisé dans les tubes de chauffage de l'air pour les systèmes de déidage des bords d'attaque des ailes, les tuyaux de contrôle environnemental de la cabine, les tuyaux hydrauliques et divers dispositifs de serrage et de support.

1.2 Titane Alloy Ti-5Al-2.5Sneli

Une autre classe d'alliages de titane de type α contient l'élément stable α AL et l'élément d'alliage neutre Sn afin d'obtenir une force plus élevée que le CP. Les alliages de titane de type α les plus courants dans le domaine de l'aviation comprennent le TI-5AL-2.5SN ELI (intervalle interstitiel plus faible, ultra-bas), développé par la Russie et les États-Unis, et la marque russe est BT5-1. Sur la base de l'alliage de titane commun Ti-5AL-2.5SN, l'alliage améliore considérablement sa résistance et sa ténacité à des températures extrêmement basses en réduisant le contenu des éléments intermittents, et a toujours une bonne ténacité et une faible conductivité thermique à 20k (-250 ℃) à basse température Conditions, principalement utilisées dans les navires à basse température, les pipelines à basse température et la turbine de turbine de moteur liquide.

2 alliage de titane presque alpha et son application

Ces alliages contiennent principalement des quantités AL, SN et ZR et de petites quantités (pas plus de 2% en poids) d'éléments stables β à faible diffusion tels que Mo ou NB, V et Si (pas plus de 0,5%). L'ajout de MO ou NB peut stabiliser une petite quantité de la phase β conservée à température ambiante pour jouer un certain rôle de renforcement.

Les alliages de titane proches alpha ne sont pas aussi forts que les alliages α + β ou β à température ambiante, mais ont une résistance supérieure au fluage à haute température, ce qui est particulièrement important pour les applications à haute température car elles peuvent maintenir une résistance suffisante à des températures élevées.

Les principales notes d'alliages de titane proche de l'Alpha les plus couramment utilisées dans l'industrie de l'application aérospatiale et de l'aviation comprennent Ti-3-2.5, Ti-6-2-4-2, Ti-1100, IMI834 et BT-36.

(1) TI-3AL-2.5V (Ti-3-2,5). Le TI-3AL-2.5V est un alliage de titane de type presque alpha développé aux États-Unis, qui est de 20% à 50% plus fort que le titane pur à température ambiante et à haute température, et convient aux systèmes hydrauliques et de tuyauterie hydrauliques et de carburant des avions et du moteur . Chez Boeing, le TI-3-2.5 est utilisé pour toutes les tuyaux hydrauliques de l'avion, à l'exception de la tuyauterie hydraulique de la baie d'atterrissage qui entraîne le train d'atterrissage principal. Un grand nombre de pipelines de pression d'huile sur la navette spatiale sont équipés de tuyaux en alliage TI-3AL-2.5V sans faille, ce qui peut réduire le poids des pipelines de 40%.

(2) TI-6AL-2SN-4ZR-2MO-0.08SI (TI-6-2-4-2S). En raison de la résistance au fluage à haute température de presque l'alliage de titane de type α est meilleur que l'alliage α + β, dans les moteurs modernes, les lames de compresseur utilisent deux matériaux de titane utilisés dans les avions, la température du gaz avant est inférieure à 300 ℃, le matériau est Ti -6-4, le reste du matériau de l'étage final est un matériau à haute résistance en alliage en alliage 6242 et le titane 6246, peut être utilisé jusqu'à 540 ℃. Dans les années 1970, le RMI américain (Reactive Metals Inc) a développé un alliage TI-6242S avec une température de plus de 500 ℃ en ajoutant des éléments SI. En affinant les grains β pour contrôler la structure aciculaire, la résistance à la fatigue et la résistance au fluage de l'alliage sont obtenues, de sorte qu'elle a une forte résistance, une rigidité élevée, une résistance au fluage et une bonne stabilité thermique à 565 ℃, et est largement utilisée dans les composants du moteur de turbine . La figure 2 montre le rotor de compresseur en titane de 3-9.

(3) TI-1100 (TI-6AL-2.75 SN-4ZR-0.4MO-0.45SI-0.7O2-0.2FE). TI-1100 L'alliage de titane à haute température presque α est un horaire pour répondre aux besoins des nouveaux moteurs aérodynamiques pour une résistance élevée à haute température en alliage de titane et une ténacité à haute fracture, et développé dans les années 1980, l'alliage est en fait le développement de TI-6242SI, son La température d'utilisation peut atteindre 593 ℃, elle est actuellement utilisée dans le moteur Lycoming T55-712.

(4) TI-5.8 AL-4SN-3.5ZR-0.5MO-0.7NB-0.35SI-0.06C (IMI834). IMI834 est un superalliage moteur développé par Rolls-Royce (la plus grande entreprise de moteur aérodynamique d'Europe), et la température de travail peut atteindre 600 ° C dans la production industrielle. 834 L'alliage est principalement utilisé dans les anneaux de moteur aérodynamiques, les disques de compresseur et les lames.

(5) TI-6.2AL-2SN-3.6ZR-0.7 MO-0.1Y-5.0 W-0.15 Si (BT36). Le BT36 est un alliage de titane avec une température de 600-650 ℃ développé avec succès en Russie en 1992. L'alliage remplace 1% NB avec un point de fusion élevé à 5% W sur la base de BT18Y. L'ajout de W améliore considérablement la résistance, le fluage et la durabilité de l'alliage à température ambiante et améliore la stabilité thermique de l'alliage.

Alliage 3α + β et son application

L'alliage α + β est de loin l'alliage de titane le plus utilisé. Il a une teneur plus élevée d'éléments bêta (4 à 6%), il a donc une teneur en phase bêta plus élevée que les alliages de titane proche de l'alpha et peut obtenir une résistance plus élevée grâce à un traitement thermique. Les principaux mécanismes de renforcement comprennent la rétention de la phase β métastable à la température ambiante et la formation de martensite de la phase β d'origine en éteinte à la température ambiante. En vieillissant un alliage contenant une phase β métastable, un α feuilleté peut être généré dans cette région, ce qui peut augmenter la résistance avec le moins de perte de plastique que possible.

L'alliage α + β le plus couramment utilisé est le TI-6AL-4V (Ti-6-4), d'autres alliages α + β pour l'aviation comprennent le TI-6AL-6V-2SN (Ti-662), Ti-6Al-2Sn-2zr -2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2-2S), TI-6AL-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2S), TI-6AL-6V-2SN (Ti-662), Ti-6Al-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2S), TI-6AL-6V-2SN (TI-6V-2SN), TI-6AL-2SN -2zr-2mo-2cr-0.2si. IMI550 (TI-4AL-2SN-4MO-0.5SI).

(1) Ti-6Al-4V (Ti-6-4). Le TI-6-4 est le matériau en alliage de titane le plus utilisé, avec de bonnes propriétés complètes, souvent utilisées à l'état recuit, la résistance à la traction la plus basse de 896MPA (130ksi). Le TI-6-4 est un alliage de titane renforcé à la chaleur avec une bonne soudabilité, une bonne formulation et des propriétés de forgeage. Il s'agit de l'alliage principal du titane utilisé dans les pièces structurelles du fuselage, et est également utilisé dans la fabrication de lames de compresseur de moteur à réaction, des impulseurs, du train d'atterrissage et des pièces structurelles, des fixations, des supports, des accessoires d'avions, des cadres, des structures de linge, des pipelines.

(2) TI-6AL-6V-2SN (Ti-662). La résistance à la traction du TI-662 est de 1030 MPA, la limite d'élasticité est de 970 MPA, la résistance est supérieure à TI-6-4, une excellente résistance à la corrosion, les performances de soudage et de traitement sont moyennes, utilisées dans le fuselage d'aéronef, le moteur-fusée, les composants des réacteurs nucléaires, Ces dernières années, l'application de forage pétrolier a augmenté.

(3) TI-6AL-2SN-2ZR-2MO-2CR-0.2SI (6-2-2-2-2). Développé par RMI dans les années 1970, le 6-2-2-2 a une excellente résistance, de la ténacité à la fracture, des propriétés à haute température, ainsi qu'une bonne machinabilité et une soudabilité pour les pièces structurelles épaisses. Utilisé pour le fuselage, l'aile, la structure du moteur. L'alliage a une résistance élevée, la résistance de 1068 MPa à l'état recuit, après le renforcement et le vieillissement de la solution, il peut atteindre la résistance maximale de 1241 MPA, et a une grande tolérance aux dégâts, et est largement utilisé dans les parties structurelles de chasse, telles que les États-Unis States Air Force F-22 Raptor Fighter.

(3) TI-4AL-2SN-4MO-0.5SI (IMI550). L'IMI550, développé par la British Imperial Metal Company (IMI), a une résistance à la traction de 1100 MPA, une limite d'élasticité de 940 MPa et une température de fonctionnement de 400 ℃ pour les pièces structurelles du fuselage et du moteur. Utilisé pour la première fois comme alliage résistant au fluage dans les moteurs Rolls Royce Pegasus et Olympus, il a ensuite été utilisé dans les fuselages d'aéronefs civils et militaires européens tels que Jaguar, Tornado et Airbus.