Ứng dụng hợp kim titan trong động cơ máy bay

Động cơ là trái tim của máy bay. Các bộ phận quay như quạt của động cơ, đĩa và cánh máy nén cao áp không chỉ phải chịu ứng suất lớn mà còn phải có khả năng chịu nhiệt ở mức độ nhất định. Điều kiện làm việc như vậy quá nóng đối với nhôm và quá đặc đối với thép. Titan là sự lựa chọn tốt nhất. Titan có khả năng chịu nhiệt độ cao, chống rão và chống oxy hóa tốt ở nhiệt độ 300 ~ 650 độ. Đồng thời, một chỉ số hiệu suất quan trọng của động cơ là tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng, là tỷ số giữa lực đẩy do động cơ tạo ra và khối lượng của nó. Các động cơ đầu tiên có tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng là 2:3, nhưng hiện nay tỷ lệ này có thể lên tới 10. Tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng càng cao thì hiệu suất động cơ càng tốt. Sử dụng hợp kim titan thay vì hợp kim nhiệt độ cao gốc niken ban đầu có thể làm giảm khối lượng của động cơ và cải thiện đáng kể tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng của động cơ máy bay. Titanium ngày càng được sử dụng nhiều trong động cơ máy bay. Trong động cơ hàng không vũ trụ tiên tiến của nước ngoài, lượng hợp kim titan nhiệt độ cao chiếm 25% đến 40% tổng khối lượng động cơ. Ví dụ, hàm lượng hợp kim titan của động cơ F100 thế hệ thứ ba là 25% và hàm lượng hợp kim titan của động cơ F119 thế hệ thứ tư là 40%.

Các bộ phận của động cơ máy bay yêu cầu hợp kim titan phải có độ bền tức thời, khả năng chịu nhiệt, độ bền lâu dài, khả năng chống rão ở nhiệt độ cao và độ ổn định cấu trúc từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ cao hơn. Mặc dù hợp kim titan loại - và gần{3}} có độ bền kéo cao từ nhiệt độ phòng đến khoảng 300 độ, khả năng chống rão và độ ổn định chịu nhiệt của hợp kim giảm mạnh ở nhiệt độ cao hơn, vì vậy hợp kim titan loại - rất hiếm được sử dụng đã sử dụng. Được sử dụng trong động cơ máy bay. Hợp kim titan loại alpha và gần{8}}có đặc tính rão, độ bền và khả năng hàn tốt, đồng thời thích hợp để sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao.

Hợp kim titan không chỉ có đặc tính gia công nóng tốt mà còn có đặc tính toàn diện tốt trong môi trường nhiệt độ trung bình và cao. Do đó, hợp kim titan loại -type, gần{1}} và - -được sử dụng rộng rãi trong động cơ hàng không vũ trụ.
Hiện nay, nhiệt độ hoạt động tối đa của hợp kim titan nhiệt độ cao dùng trong động cơ hàng không vũ trụ đã tăng từ 350 độ lên 600 độ, có thể đáp ứng nhu cầu vật liệu của động cơ tiên tiến. Sau nửa thế kỷ nỗ lực của các nhà nghiên cứu hợp kim titan trên khắp thế giới, Ti811 (Ti-8Al-1Mo-1V), Ti-6Al-2Zr -1Mo-1V, Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo-0.25Si, Ti{{ 18}}.25Al-11Sn-5Zr, Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe{{29} }.3Si, Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr, Ti-6Al-2Sn{ {38}}Zr-6Mo, Ti-6.2Al- 2.8Mo-2Nb-2Sn-2.1Zr{{48} }.3Cr, Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-4Mo-0.45Si, Ti-5.8Al{{59} }Sn -3.5 Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si-0.06C), v.v., hợp kim.
Hợp kim Ti811 (Ti-8Al-1Mo-1V) có ưu điểm là mật độ thấp, mô đun đàn hồi cao, hiệu suất giảm rung tuyệt vời, ổn định nhiệt tốt, hiệu suất hàn tốt và khả năng định hình tốt . Độ cứng cụ thể của nó là cao nhất trong số tất cả các hợp kim titan công nghiệp. của. Zhao Yongqing và cộng sự. Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về độ ổn định nhiệt và hiệu suất mỏi ở nhiệt độ cao của hợp kim Ti811, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc vi mô và trạng thái bề mặt mẫu đến hiệu suất ổn định nhiệt của hợp kim Ti811. Kết quả cho thấy hợp kim Ti811 có cấu trúc đẳng trục và cấu trúc trạng thái kép có độ ổn định nhiệt tốt; sự tồn tại của cấu trúc dạng kim làm giảm độ ổn định nhiệt của hợp kim Ti811. Ngoài ra, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi hợp kim Ti811 được nung nóng ở nhiệt độ 425 độ, lớp oxit bề mặt và thời gian tiếp xúc không có tác động đáng kể đến độ ổn định nhiệt của hợp kim.

Ở nhiệt độ cao 350 độ và 500 độ, độ nhạy mỏi của hợp kim Ti811 tăng lên khi nhiệt độ tăng. Creep là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự thất bại FF của hợp kim Ti811 ở nhiệt độ cao. Sự thay đổi biên độ dịch chuyển ảnh hưởng đến độ mỏi. Vai trò và cơ chế của các yếu tố ứng suất và hao mòn trong quá trình FF.

Hợp kim titan chịu nhiệt thực tế hiện nay là Ti1100 và IMI834, đã được sử dụng lần lượt trong các động cơ sửa đổi EJ2000 và 55-712. Do xảy ra các vụ tai nạn "cháy titan", hợp kim titan chống cháy ngày càng thu hút được nhiều sự chú ý. Hoa Kỳ, Nga và các nước khác đã phát triển hợp kim titan mới có đặc tính chống cháy tốt. Hợp kim C là hợp kim titan chống cháy có độ bền cao được phát triển bởi Pratt & Whitney tại Hoa Kỳ. Nó đã được sử dụng làm thành phần vòi phun vector cho động cơ F119. Thành phần danh nghĩa của hợp kim là Ti-35V{10}}Cr (phần khối lượng, %) và hợp kim chứa một lượng lớn vanadi kim loại đắt tiền. , cùng với thực tế là quá trình biến dạng nóng của phôi hợp kim Alloy-C đòi hỏi phải sử dụng một số thiết bị đặc biệt, khiến giá vật liệu càng tăng cao. Nga đã tiến hành nghiên cứu hợp kim Ti-Cu giá rẻ và báo cáo hợp kim BT25 và BT36. Các nhà nghiên cứu khoa học Trung Quốc đã đưa ra một bản tóm tắt có hệ thống và đánh giá thích đáng về công trình nghiên cứu ban đầu về hợp kim titan dùng cho động cơ.