發(fā)布日期:2023-8-12 17:31:28
全球航空業(yè)將保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)的勢(shì)頭,據(jù)空客預(yù)測(cè),到2035年航空市場(chǎng)對(duì)新增飛機(jī)的需求將帶來(lái)超過(guò)5萬(wàn)億美元的投資。而為了降低燃料消耗和減少碳排放,減重成為飛機(jī)制造商關(guān)注的核心問(wèn)題。鈦合金材料由于具有獨(dú)特的高強(qiáng)度-重量比性能,最早應(yīng)用于航空工業(yè)部門,用在航空器的多個(gè)部件,如起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、彈簧、襟翼導(dǎo)軌、氣動(dòng)系統(tǒng)管道和機(jī)身部件等。航空工業(yè)對(duì)鈦合金材料的性能提出了越來(lái)越高的要求,如高強(qiáng)度-重量比,高抗氧化性能,斷裂韌性、耐腐蝕性能、疲勞強(qiáng)度和抗蠕變性能[1]。
航空業(yè)已成為鈦合金最大用戶,美國(guó)的鈦材主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,約占使用總量的60%。在美國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)的更新?lián)Q代中,鈦合金和復(fù)合材料的使用比例不斷上升,第五代戰(zhàn) 斗機(jī)F-35用鈦量達(dá)到27%,F-22戰(zhàn)機(jī)用鈦量則高達(dá)41%,其中發(fā)動(dòng)機(jī)的葉輪、盤、葉片、機(jī)匣、燃燒室筒體和尾噴管等均為鈦合金材料制造[2,3]。
本文按材料顯微組織類型,對(duì)國(guó)外開(kāi)發(fā)的航空航天領(lǐng)域鈦及鈦合金主要牌號(hào)、應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了介紹和分析。
1、α型鈦合金及應(yīng)用
α合金包括工業(yè)純鈦(CommerciallyPure,簡(jiǎn)稱CP)及只含α穩(wěn)定元素和/或中性元素的鈦合金[1,4]。
1.1工業(yè)純鈦
工業(yè)純鈦主要由密排六方晶體(HCP)α相構(gòu)成,同時(shí)由于源自海綿鈦原料殘存雜質(zhì)或人為添加帶來(lái)的Fe元素,工業(yè)純鈦中還含有少量的(<5%)的β相,按拉伸強(qiáng)度按240-550MPa分4個(gè)牌號(hào)(ASTM標(biāo)準(zhǔn)中G1、G2、G3和G4),牌號(hào)越高其中可以發(fā)揮間歇固溶強(qiáng)化的氧濃度越高,因此強(qiáng)度也越高[5]。
CP鈦主要用于要求具有良好的耐腐蝕性和焊接性能,但對(duì)強(qiáng)度要求不高的領(lǐng)域。在航空領(lǐng)域,CP鈦主要用于機(jī)翼前緣除冰系統(tǒng)的空氣加熱管,機(jī)艙環(huán)境控制系統(tǒng)管道,液壓管道以及各種夾持和支架裝置。
1.2鈦合金Ti-5Al-2.5SnELI
另一類α型鈦合金含有α穩(wěn)定元素Al和中性合金元素Sn,目的是獲得比CP更高的強(qiáng)度。航空領(lǐng)域最常見(jiàn)的α型鈦合金包括Ti-5Al-2.5SnELI(Extralowinterstitial,超低間歇),由俄羅斯和美國(guó)開(kāi)發(fā),俄羅斯牌號(hào)為BT5-1。該合金是在普通鈦合金Ti-5Al-2.5Sn基礎(chǔ)上,通過(guò)降低間歇元素含量,顯著提升其在極低溫下的強(qiáng)度和韌性,在20K(-250℃)低溫 條件下仍具有良好的韌性和較低的熱導(dǎo)率[6],主要用于低溫容器、低溫管道以及液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪油泵葉輪,如圖1所示。
2、近α型鈦合金及應(yīng)用
這類合金主要含Al、Sn和Zr以及少量(不超過(guò)重量2%)低擴(kuò)散率β穩(wěn)定元素,如Mo或Nb、V及Si(不超過(guò)0.5%)。加入Mo或Nb可在室溫下穩(wěn)定少量被保留的β相, 以起到某種強(qiáng)化作用。
近α型鈦合金在室溫下強(qiáng)度不如α+β或β合金,但具有優(yōu)越的抗高溫蠕變性能,由于在高溫下仍可保持足夠強(qiáng)度,這一點(diǎn)對(duì)于高溫應(yīng)用尤為重要。
航空業(yè)最常見(jiàn)的近α型鈦合金主要牌號(hào)包括Ti-3-2.5、Ti-6-2-4-2S、Ti-1100、IMI834以及BT-36。
(1)Ti-3Al-2.5V(Ti-3-2.5)。
Ti-3Al-2.5V是美國(guó)開(kāi)發(fā)的一種近α型鈦合金,在室溫和高溫下強(qiáng)度比純鈦高出20%~50%,適用于飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)液壓和燃油等管路系統(tǒng)。在 波音,除驅(qū)動(dòng)主起落架的起落架艙液壓管道外,飛機(jī)的所有液壓管道均采用Ti-3-2.5。航天飛機(jī)上的大量油壓管路采用Ti-3Al-2.5V合金無(wú)縫管做配管,能使管路減重40% [7,8]。
(2)Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si(Ti-6-2-4-2S)。
由于近α型鈦合金抗高溫蠕變強(qiáng)度優(yōu)于α+β合金,在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)中,壓氣機(jī)葉片使用兩種材質(zhì),前級(jí)葉片燃?xì)鉁囟鹊陀?00℃,材質(zhì)為Ti-6-4,其余末級(jí)材質(zhì)采用高蠕變強(qiáng)度合 金Ti-6-2-4-2S,可以在高達(dá)540℃下使用。70年代,美國(guó)RMI(ReactiveMetalsInc)通過(guò)添加Si元素,開(kāi)發(fā)了使用溫度超過(guò)500℃的Ti-6242S合金,采用細(xì)化β晶?刂漆槧 組織的方法,實(shí)現(xiàn)了合金疲勞強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度兼顧,使之在565℃下具有高強(qiáng)度、高剛度、抗蠕變和好的熱穩(wěn)定性,廣泛應(yīng)用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件[4]。
(3)Ti-1100(Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si-0.7O2-0.2Fe)
。Ti-1100近α高溫鈦合金是Timet為滿足新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高溫鈦合金高抗蠕變性能和高斷裂韌性的需求,而在20世紀(jì)80年代研制的,該合金實(shí)際上是Ti-6242Si的發(fā)展型,其使用溫度達(dá)可593℃,目前已用于美國(guó)萊康明發(fā)動(dòng)機(jī)公司(LYCOMING)的T55-712型發(fā)動(dòng)機(jī)[9,10]。
(4)Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.5Mo-0.7Nb-0.35Si-0.06C(IMI834)。
IMI834是英國(guó)勞斯萊斯公司(Rolls-Royce,歐洲最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè))研制的發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金,工作溫度可達(dá)600℃。目前,一般認(rèn)為它是已投入工業(yè)生產(chǎn)的最高溫近α鈦合金。834合金主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)件、壓氣機(jī)輪盤及葉片。
(5)Ti-6.2Al-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-0.1Y-5.0W-0.15Si(BT36)。
BT36是俄羅斯于1992年研制成功的一種使用溫度在600-650℃的鈦合金,該合金在BT18Y的基礎(chǔ)上用5%的高熔點(diǎn)W代替1%Nb,W的加入對(duì)合金的室溫強(qiáng)度、蠕變和持久性有明顯的改善,提高了合金的熱穩(wěn)定性[11]。
3、α+β合金及應(yīng)用
α+β合金是迄今為止應(yīng)用最廣泛的鈦合金。其具有更高含量的(4-6%)β元素,因此與近α型鈦合金相比,其β相含量更高,可以通過(guò)熱處理獲得更高的強(qiáng)度。主要強(qiáng)化機(jī)制包括在室溫下保留亞穩(wěn)β相,通過(guò)淬火到室溫從原始β相生成馬氏體。通過(guò)對(duì)含有亞穩(wěn)β相的合金進(jìn)行時(shí)效處理,可以在該區(qū)域生成片狀α,這樣可以在盡可能減少塑性損失的情況下提高強(qiáng)度。
最常用的α+β合金是Ti-6Al-4V(Ti-6-4),其他航空用α+β合金包括Ti-6Al-6V-2Sn(Ti-662),Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.2Si(6-2-2-2-2S),IMI550(Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si)。
(1)Ti-6Al-4V(Ti-6-4)。
Ti-6-4是應(yīng)用最廣泛的鈦合金材料,具有良好的綜合性能,常在退火態(tài)下使用,最低拉伸強(qiáng)度896MPa(130ksi)。
Ti-6-4屬于可熱處理強(qiáng)化鈦合金,具有較好的焊接性能、成形性和鍛造性能,是機(jī)身結(jié)構(gòu)件使用的主要鈦合金,同時(shí)用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)葉片、葉輪以及起落架和結(jié)構(gòu)件,緊固件,支架,飛機(jī)附件,框架,桁條結(jié)構(gòu)、管道。
(2)Ti-6Al-6V-2Sn(Ti-662)。
Ti-662拉伸強(qiáng)度1030MPa,屈服強(qiáng)度970MPa,強(qiáng)度高于Ti-6-4,耐腐蝕性能優(yōu)異,焊接和加工性能中等,用于飛機(jī)機(jī)身、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆部件,近年在石油鉆井上應(yīng)用增多[12,13]。
(3)Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.2Si(6-2-2-2-2S)。
6-2-2-2-2S由RMI在1970年代開(kāi)發(fā),具有優(yōu)異的強(qiáng)度、斷裂韌性、高溫性能,以及良好的加工性能和焊接性能,適用于厚型結(jié)構(gòu)件。用于機(jī)身、機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件[14]。該合金強(qiáng)度高,在退火態(tài)的強(qiáng)度1068MPa,經(jīng)固溶強(qiáng)化和時(shí)效,可達(dá)到最大強(qiáng)度1241MPa,并具有較大的損傷容限,廣泛用于戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)件,如美國(guó)空軍F-22Raptor戰(zhàn)斗機(jī)[15,16]。
(4)Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si(IMI550)。
IMI550由英國(guó)帝國(guó)金屬公司(IMI)研制,拉伸強(qiáng)度達(dá)1100MPa,屈服強(qiáng)度達(dá)940MPa,使用溫度達(dá)到400℃,用于機(jī)身和發(fā)動(dòng)
機(jī)結(jié)構(gòu)件[17]。最早作為抗蠕變合金用于勞斯萊斯飛馬和奧林匹斯(RollsRoycePegasusandOlympus)發(fā)動(dòng)機(jī),后來(lái)又用于歐洲民用和軍用飛機(jī)機(jī)身,如美洲虎(Jaguar)、 狂風(fēng)(Tornado)和空客(Airbus)。
4、β合金及應(yīng)用
β合金是強(qiáng)度最高的鈦合金,拉伸強(qiáng)度可達(dá)1240MPa。 在經(jīng)過(guò)快速冷卻后仍可在室溫下保留100%的亞穩(wěn)β相。通過(guò)運(yùn)用不同的時(shí)效溫度和時(shí)間,可以控制某個(gè)合金β相基體中α相析出的大小和比例,從而獲得比α+β合金更高的強(qiáng)度,選定適宜的時(shí)效溫度和時(shí)間可以獲得不同的性能。
除了少數(shù)例外,β合金不用于高溫應(yīng)用,因?yàn)橐话闱闆r下,隨著溫度的升高,β合金的強(qiáng)度會(huì)比近α和α+β合金下降更快,并且不如近α型鈦合金那樣具有抗蠕變性能。
β合金主要用于強(qiáng)度要求較高的結(jié)構(gòu)件,如飛機(jī)起落架,從波音777開(kāi)始,已在多款新型大型商用飛機(jī)上應(yīng)用。波音777和787采用β合金的其他構(gòu)件包括襟翼滑軌、彈簧、輔助 動(dòng)力單元支柱(APUStrut)、滅火罐、夾子和托架以及排氣管。
用于航空的β合金包括Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr、Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-35V-15Cr和Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si。
(1)Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-10-2-3)。
Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-10-2-3)合金是由美國(guó)Timet公司、Boeing公司、Wyman-Gordon于20世紀(jì)70年代共同研制的高強(qiáng)近β合金,成功應(yīng)用于飛機(jī)起落架主承重梁、機(jī)翼和轉(zhuǎn)軸等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件[18]。該合金經(jīng)過(guò)在波音757上試用后,獲批正式用在波音777的起落架上,如圖3所示。此后,空客也使用Ti-10-2-3用作A380飛機(jī)的起落架。
(2)Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr(Ti-5553)。
Ti-5553合金是由俄羅斯上薩爾達(dá)(VSMPO)與歐洲空客公司聯(lián)合研制的一種新型高強(qiáng)高韌近β鈦合金,其名義成分為Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr,比Ti-10-2-3合金強(qiáng)度稍高(大約1240MPa),經(jīng)熱處理后,抗拉強(qiáng)度可超過(guò)1500MPa,有一定加工性能優(yōu)勢(shì),淬透性更佳。特別適用于制造大規(guī)格承力構(gòu)件,如機(jī)翼/吊掛接頭、起落架/機(jī)翼接頭以及起落架等零件。波音新型787飛機(jī)起落架大部分部件使用Ti-5553合金,空客A350-1000的起落架部件也使用該合金[19,20]。
(3)Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(Ti-15-3-3-3)。
Ti-15-3-3-3是美國(guó)70年代研制成功的亞穩(wěn)定β型鈦合金。經(jīng)800℃30minAC+540℃8hAC處理,室溫拉伸強(qiáng)度達(dá)1100MPa,延伸率仍在9%以上。該合金具有優(yōu)良的壓延性、冷成形性和焊接性能,是一種理想的航空構(gòu)件材料[21]。
主要用作機(jī)身結(jié)構(gòu)件和航空緊固件,還可用來(lái)制作彈簧,如圖4所示。用β鈦合金代替鋼質(zhì)彈簧可以獲得70%的減重。
(4)Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo(Ti-6-2-4-6)。
Ti-6-2-4-6是美國(guó)Timet公司在20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)的一種高M(jìn)o含量的高溫鈦合金,具有耐高溫性能(使用溫度在420℃)、良好的強(qiáng)度、耐腐蝕、焊接及加工性能。該合金在固溶時(shí)效或雙重退火后的低周疲勞強(qiáng)度明顯高于相應(yīng)的Ti-6Al-4V合金,同時(shí)具有較高的高溫蠕變強(qiáng)度和瞬時(shí)強(qiáng)度,可制造渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤件和葉片[22]。
(5)Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr(Ti-17)。
Ti-17是美國(guó)通用電氣公司在70年代初期開(kāi)始研究與開(kāi)發(fā)的β型合金,強(qiáng)度高、韌性好,室溫下屈服強(qiáng)度為1137~1166MPa,
抗拉強(qiáng)度為1196~1235MPa,延伸率為8%以上。同時(shí)具有良好的抗裂紋生長(zhǎng)/疲勞性能和斷裂韌性。主要用作一些新研制強(qiáng)度要求較高的大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇盤和氣壓機(jī)盤。美國(guó)通用電氣公司和WymanGordon公司采用Ti-17合金制造了發(fā)動(dòng)機(jī)用盤件和直升飛機(jī)轉(zhuǎn)子卡軸。日本神戶制鋼所也開(kāi)始研制該合金并用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)盤件[23]。
(6)Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr(β-C)。
β-C是1969年美國(guó)RMI公司開(kāi)發(fā)的亞穩(wěn)β鈦合金。該合金含有更多的固溶體,拉伸強(qiáng)度可達(dá)到1240MPa,由于強(qiáng)度高,其塑性和容損性能(斷裂韌性和疲勞裂紋生長(zhǎng)速率)低于α+β合金,因此不常用于關(guān)鍵承重部件,通常用作飛機(jī)彈簧、緊固件、連接件及導(dǎo)彈部件。
研究表明,將少量C(0.1%)加入β-C,在時(shí)效前進(jìn)行一定的冷變形,可以加快時(shí)效期間α相析出,同時(shí)減少晶界α(GBα)形成,并促使晶粒細(xì)化,可以在獲得高達(dá)1500MPa強(qiáng)度的同時(shí),保持較好的延性[24]。
(7)Ti-35V-15Cr(AlloyC)。
只有一種真正的(穩(wěn)定)β合金具有有限的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值,這就是AlloyC,名義成分為Ti-35V-15Cr-0.05C,由普·惠(Prattand Whitney公司,美國(guó)最大的兩家航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司之一)開(kāi)發(fā)。由于β穩(wěn)定合金含量相當(dāng)高,因此AlloyC在服役溫度下β相不會(huì)像普通β合金那樣分解成α+β相。該合 金室溫拉伸性能1071MPa,屈服強(qiáng)度1023MPa,延伸率14.7,蠕變溫度540℃,由于具有防火(不燃燒)性能,而被普·惠用作軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)[25]。而其他鈦合金在高 質(zhì)量流速下(比如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣流),會(huì)發(fā)生燃燒,供燃燒的“燃料”就是幾乎所有鈦合金中都必不可少的鈦和鋁。
(8)Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si(β-21S)。
β-21S(Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si)是TIMET開(kāi)發(fā)的一種超高強(qiáng)度新型β合金。該合金強(qiáng)度高,塑性好,通過(guò)熱處理,時(shí)效到很高的強(qiáng)度水平(抗拉強(qiáng)度>1450MPa),塑 性仍保持在Ti-1023的水平。β-21S在加工和使用期間具有顯著的抗氧化性能,更適合加工成薄板。β-21S比其它β合金能承受更高的溫度,長(zhǎng)時(shí)間工作溫度可達(dá)540℃[26]。 由于具有更好的耐高溫性能,這種合金可以用作航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾椎,如圖5所示,此處噴口暴露于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣。用β-21S代替鎳基合金可以大幅度減輕噴口和尾椎的重量。
5、鈦鋁合金及應(yīng)用
鈦鋁合金,比近α型鈦合金具有更好的耐高溫性能。鈦鋁合金有多種金屬間化合物,主要有Al含量較少的Ti3Al(α2)和Al含量較多的TiAl(ϒ)兩種。其中ϒ合金耐高溫 能力達(dá)到725℃,高于常規(guī)鈦合金的工作溫度。目前已有ϒ合金用于發(fā)動(dòng)機(jī)制造,在商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中用作低壓渦輪葉片,如圖6所示。
目前波音787的GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)以及空客A-320NEO和波音737MAX的CFMLEAP發(fā)動(dòng)機(jī)最后兩級(jí)低壓渦輪(LPT)工作葉片均釆用ϒ合金Ti-48Al-2Nb-2Cr制造。 使用這種合金使GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)每級(jí)葉片減重約90kg。2006年美國(guó)GE公司使用Ti-48Al-2Nb-2Cr合金作為在GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)中第6、7級(jí)低壓渦輪葉片。這是鈦鋁合金首次大規(guī) 模進(jìn)入實(shí)際關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用[27]。圖7為用ϒ合金制造的GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪轉(zhuǎn)子。
6、結(jié)語(yǔ)
對(duì)美歐航空航天鈦及鈦合金牌號(hào)的梳理分析表明,近年來(lái)國(guó)外開(kāi)發(fā)的高溫鈦合金、低溫鈦合金、高強(qiáng)高韌β型鈦合金、阻燃鈦合金和損傷容限型鈦合金在航空航天領(lǐng)域得到了 廣泛應(yīng)用,代表了航空航天高性能鈦合金材料的發(fā)展方向。
(1)高溫鈦合金。
20世紀(jì)50年代開(kāi)發(fā)的高溫鈦合金以美國(guó)開(kāi)發(fā)的Ti-6Al-4V合金為代表,其適應(yīng)溫度為300-350℃[28]。后來(lái)開(kāi)發(fā)的高溫鈦合金以近α型為主,以美國(guó)開(kāi) 發(fā)的Ti-6-2-4-2S、Ti-1100,英國(guó)開(kāi)發(fā)的IMI834以及俄羅斯開(kāi)發(fā)的BT-36為代表,使用溫度高達(dá)600℃。高溫鈦合金以其優(yōu)良的熱強(qiáng)性和高的比強(qiáng)度,在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中獲得 了廣泛的應(yīng)用。高溫鈦合金的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是鈦鋁合金,即以鈦鋁為基礎(chǔ)的Ti3Al(α2)和TiAl(ϒ)金屬間化合物,其中ϒ合金耐高溫能力達(dá)到725℃。鈦鋁合金成為未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)及飛機(jī)結(jié)構(gòu)件最具競(jìng)爭(zhēng)力的材料。
(2)低溫鈦合金。
一些鈦和鈦合金在低溫和超低溫下仍能保持其原有的機(jī)械性能。美國(guó)對(duì)于低溫鈦合金的研究主要集中于α型Ti-5Al-2.5SnELI以及α+β型鈦合金Ti-6Al-4VELI[6],通過(guò)降低間歇元素含量,兩種鈦合金在20K極低溫度下保持良好的強(qiáng)度和韌性,用于低溫容器、低溫管道以及液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪。
(3)高強(qiáng)鈦合金。高強(qiáng)度鈦合金一般指抗拉強(qiáng)度在1,000MPa以上的鈦合金,國(guó)外高強(qiáng)鈦合金研發(fā)主要以美國(guó)和俄羅斯為主。β合金是強(qiáng)度最高的鈦合金,目前代表國(guó)際先進(jìn)水平并在航空領(lǐng)域獲得實(shí)際應(yīng)用的高強(qiáng)度鈦合金主要為β型鈦合金,如美國(guó)Ti-10-2-3、Ti-15-3-3-3和β-21S,俄羅斯Ti-5-5-5-3-1等,主要用于強(qiáng)度要求較高的結(jié)構(gòu)件,如飛機(jī)起落架以及機(jī)身等部件。
(4)阻燃鈦合金。
為解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金材料的“鈦燃燒”問(wèn)題,以滿足高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)的需要,美國(guó)和俄羅斯從20世紀(jì)70年代開(kāi)始就開(kāi)展阻燃鈦合金的研制。阻燃 鈦合金主要包括兩個(gè)合金系:美國(guó)的Ti-V-Cr系A(chǔ)lloyC(T-35V-15Cr);俄羅斯的Ti-Cu-Al系BTT-1、BTT-3[3]。其中AlloyC是一種穩(wěn)定β型阻燃鈦合金,具有較高的室溫和高溫強(qiáng)度,良好的蠕變強(qiáng)度,優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度和冷成形性,已成功應(yīng)用于F119發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)機(jī)匣、導(dǎo)向葉片和矢量尾噴管。
(5)損傷容限鈦合金。
為了滿足新型飛機(jī)對(duì)材料比強(qiáng)度、抗疲勞性能、裂紋擴(kuò)展性能、斷裂韌性、壽命期成本等綜合性能的要求,國(guó)外已研制出高斷裂韌性和低裂紋擴(kuò)展速率的 損傷容限型鈦合金,以美國(guó)開(kāi)發(fā)的α+β型合金Ti-6Al-4VELI及Ti-6-2-2-2-2S為代表。Ti-6Al-4VELI為中強(qiáng)損傷容限鈦合金,Ti-6-2-2-2-2S為高強(qiáng)損傷容限鈦合金,在美國(guó)F-22戰(zhàn)斗機(jī)得到大量應(yīng)用[29]。
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