Применение титановых сплавов

Свойства титана и его сплавов определяют широкие возможности их применения в авиастроении.

Особенно выгодно применять титановые сплавы в условиях нагрева до температур 300—600°С; в этом интервале алюминиевые и магниевые сплавы не могут быть использованы в связи с низкой прочностью, а стали нецелесообразно применять вследствие их большой плотности.

Сегодня самолеты становятся еще более титаноемкими. Это связано с тем, что в новых авиалайнерах увеличивается доля композиционных материалов, с которыми алюминий активно взаимодействует и коррозирует. Титан не подвержен таким процессам и увеличивает ресурс комплектующих изделий.

Три основных направления использования титана в авиастроении (рисунок 2.4):

1. для изготовления изделий сложной пространственной формы:

- окантовки люков и дверей, где возможно скопление влаги (используется высокая коррозионная стойкость титана);

- обшивки, на которые действует струя продуктов сгорания двигателя, огнеблокирующие противопожарные перегородки (используется высокая температура плавления и химическая инертность титана);

- тонкостенные трубопроводы воздушной системы (используется минимальный из всех металлов коэффициент термического расширения титана);

- настил пола грузовой кабины (используется высокая прочность и твердость);

2. для изготовления ответственных высоконагруженных узлов и агрегатов:

- стойки шасси;

- силовые элементы (кронштейны) механизации крыла;

- гидроцилиндры;

3. изготовление частей двигателя:

- лопаток и дисков компрессоров;

- воздухозаборников;

- роторов;

- корпусов компрессоров.

Таблица 2.3 – Средний химический состав, % и механические свойства деформируемых титановых сплавов

Сплав	AI	Mn	V	Mo	Cr	Прочие	, МПа	,%	KCU, МДж/м
-сплавы
ВТ5		—	—	—	—	—	700...900	10...15	0,45…0,6
ВТ5-1		—	—	—	—	2,5Sn	750...950	10...15	0,5...0,8
Псевдо- -сплавы
ОТ4		1,5	—	—	—	—	700...900	10…15	0,5... 1,0
ОТ4-2		1,5	—	—	—	—	1000...1200	12...20	0,4... 0,8
ВТ18	7,5	—	—	1,0	—	11Zr			0,2... 0,4
ВТ20	6,5—7,0		1—2,0	1—1,8	—	1INb	950...1100	8…10	—
0,3Si
2Zr
-сплавы
ВТ6*		—		—	—	—	1100…1150		0,4...0,8
ВТ8*	6,5	—	—	3,5	—	0,3Si	1100…1250	10…15	0,2...0,6
ВТ9*	6,5	—	—	3,5	—	2Zr	1100…1300	8…14	0,2...0,5
0,2Si
0,2Fe
ВТ 14*	5,5	—		3,0	—	—	1150…1400	6...10	0,3
ВТ16*	2,5	—	4,5	4,5	—	—	1250...1450	4...6	0,4...0,6
ВТ22*	5,0	—	5,0	5,0		1Fe	1200...1600	4...12	0,3
ВТЗ-1	6,0	—	—	2,5		1Fe	1000…1200	10…16	0,3...0,6
Псевдо- -сплавы
ВТ15		—	—			—	1300...1500		0,25
ВТЗ0	—	—	—		—	4,5Sn	1400...1500	7…11	—
-сплавы
ТС6		—				—	—	—	—
	—	—	—		—	—	860...900		0,8

Рисунок 2.2 - Предел прочности титановых сплавов в зависимости от температуры

Рисунок 2.3 - Сравнительные значения длительной прочности () и предела ползучести () при 500 и 600 °С жаропрочных титановых сплавов.

Из титановых сплавов в самолетах изготавливают: элероны, панели и поворотные узлы крыльев, стенки лонжеронов, панели, кронштейны, рули, решетки клина, каналы воздухозаборника, трубопроводы, шпангоуты, предкрылки и закрылки, гидросистемы, крепеж и ряд других деталей.

В самолетостроении высокотемпературные титановые сплавы применяют на передних кромках плоскостей сверхзвуковых самолетов, так как более дешевый алюминий теряет свою прочность вследствие аэродинамического нагрева; в деталях горизонтального хвостового оперения.

Титановые сплавы применяют для изготовления горячих секций планера, шпангоутов, фюзеляжа, смотровых панелей, соплового аппарата самолетов вертикального взлета.

Титан применяется в авиационной электронике. Напыление титана на поверхность электровакуумных приборов позволяет сохранять высокий вакуум. Здесь используется высокая газопоглощающая способность титана при нагревах выше 400 °С.

1 - передняя кромка крыла;

2 - элерон;

3 - конус;

4 - передняя кромка стабилизатора

Рисунок 2.4 - Детали самолета, изготовляемые из титановых сплавов

Титан получает все большее применение при постройке самолетов F-86 и F-100. В будущем из титана будут делать створки шасси, трубопроводы гидросистем, выхлопные патрубки и сопла, лонжероны, закрылки, откидные стойки и т. д.

Титан можно применять для изготовления броневых плит, лопастей пропеллера и снарядных ящиков.

В настоящее время титан применяется в конструкции самолетов военной авиации Дуглас Х-3 для обшивки, Рипаблик F-84F, Кертисс-Райт J-65 и Боинг В-52.

Применяется титан и при постройке гражданских самолетов DC-7. Фирма «Дуглас» заменой алюминиевых сплавов и нержавеющей стали титаном при изготовлении мотогондолы и противопожарных перегородок уже добилась экономии в весе конструкции самолета около 90 кг. В настоящее время вес титановых деталей в этом самолете составляет 2%, причем эту цифру предусматривается довести до 20% общего веса самолета.

Обычно для изготовления шассийных детелей заказывают титановые прутки, титановую проволоку, которые получают путем перекова и перекатки титановых слитков в титановый пруток, титановый лист, титановая проволока титановая труба, титановый сляб, следующих марок ВТ6, Ti6AL-4V, ВТ20, ВТ22, ВТ23, ОТ4, ОТ4-1, ОТ4-0, ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ8, ВТ9, ВТ25, ВТ14, ВТ15, 2В, 3М, ВТ16, ВТ3-1, ВТ5, ВТ5-1, ПТ3В, СП3В, ПТ7М, ПТ1-М, Grade1, Grade2, Grade5, ВТ18, ВТ18У, Сплав14, Сплав19, Сплав27, Сплав40, Сплав37, Сплав ТС6, АТ3, АТ6.

Наиболее подходящими марками титановых прутков, титановых листов Из титановых сплавов в самолетах изготавливают: элероны, панели и поворотные узлы крыльев, стенки лонжеронов, панели, кронштейны, рули, решетки клина, каналы воздухозаборника, трубопроводы, шпангоуты, предкрылки и закрылки, гидросистемы, крепеж и ряд других деталей.

для деталей фюзеляжа, шасси самолета используют титановые сплавы ВТ6, ВТ6С или по ASTM Ti6AL4V и Grade-5.

Титановые прутки марок ВТ6, Ti6AL-4V, ВТ20, ВТ22, ВТ23, ОТ4, ОТ4-1, ОТ4-0, ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ8, ВТ9, ВТ25, ВТ14, ВТ15, 2В, 3М, ВТ16, ВТ3-1, ВТ5, ВТ5-1, ПТ3В, СП3В, ПТ7М, ПТ1-М, Grade1, Grade2, Grade5, ВТ18, ВТ18У, Сплав14, Сплав19, Сплав27, Сплав40, Сплав37, Сплав ТС6, АТ3, АТ6, которые используются для изготовления основных и второстепенных узлов и механизмов летательных аппаратов и обладают повышенной износостойкостью, карозионной стойкостью и высокой прочностью.

За последние годы разработаны новые сплавы – ВТ25У, ВТ36, ВТ8-1 (модификация сплава ВТ8 для дисков компрессора), ВТ8М и ВТ8М-1 (последовательные модификации сплава ВТ8 для лопаток компрессора), а также освоены хорошо известные старые сплавы ВТ22 и ВТ6 для применения в авиадвигателях.

Титановые сплавы, работающие в двигателе при аналогичных температурных условиях:

- сплавы для изготовления деталей вентилятора и компрессора низкого давления (для температур до 300-350°С) - ВТ6 с Тi64, IМI318; ВТ22 с Тi6246, Тi-17;

- сплавы для производства деталей компрессора высокого давления (для температур до 450- 500°С) - ВТ8-1 с Тi6242S, IМI550, IМI685;

- сплавы, предназначенные для получения деталей компрессора высокого давления (для температур до 550°С) - ВТ25У с IМI829, IМI834;

- сплавы для изготовления деталей компрессора высокого давления (для температур до 600°С) - ВТ18У с IMI829, IMI834.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Б.К. Вульф, К.П. Ромадин «Авиационное материаловеденье», изд. «Машиностроение», М. 1967, с. 389.

2. А.Ф. Белов, Г.П, Бенедиктова, А.С, Висков и др. «Строение и свойства авиационных материалов». Под ред. акад. Белова А.Ф., докт. техн. наук, проф. Николенко В.В. М.: Металлургия, 1989, с. 368.

3. Александров В.Г., Базанов Б.И. «Справочник по авиационным материалов и технологии их применения». – М.: Транспорт, 1979, с. 263

4. file://localhost/I:/Применение титана в авиации, кораблестроении, военной технике.mht

5. file://localhost/I:/Титан. Мир металлов.mht

6. file://localhost/I:/Авиастроение.mht

7. http://www.titanmet.ru/literatura/1995-1-2-7.html

8. http://www.titanium-fiko.com/pages/avia1.htm

Дата добавления: 2015-07-12