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作者: 正反紅(深圳)溫(wen)控技術有限公(gong)司發表時間:2017-12-08 14:12:10瀏(liu)覽量:3584【小中大】
航天工業是(shi)(shi)一個(ge)國(guo)家(jia)經濟(ji)實力和科技水(shui)平的(de)(de)綜合(he)(he)(he)(he)體現,是(shi)(shi)國(guo)家(jia)綜合(he)(he)(he)(he)國(guo)力強大(da)的(de)(de)重要標志. 高(gao)性(xing)能(neng)鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)及鈦(tai)基復合(he)(he)(he)(he)材(cai)料在航天結構(gou)材(cai)料中的(de)(de)應用(yong)對于降低結構(gou)重量和提高(gao)飛行器(qi)的(de)(de)結構(gou)效率、服役可靠性(xing)及延(yan)長壽命具有(you)極其(qi)(qi)主(zhu)要的(de)(de)作用(yong),因此近(jin)些(xie)年國(guo)內外鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)研究(jiu)和生(sheng)產單位研發(fa)了大(da)量高(gao)性(xing)能(neng)鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)新材(cai)料,具有(you)其(qi)(qi)他金(jin)(jin)屬(shu)無(wu)法(fa)比(bi)擬的(de)(de)高(gao)比(bi)強度、高(gao)耐腐蝕性(xing)、高(gao)耐久性(xing)等特(te)點.鈦(tai)金(jin)(jin)屬(shu)材(cai)料零部件,包括(kuo)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)棒材(cai)、鍛件、環材(cai)、管材(cai)、板材(cai)等在東方紅(hong)衛星、長征系(xi)列火箭和系(xi)列導彈等關鍵結構(gou)中做(zuo)出(chu)了巨大(da)貢獻.展望未(wei)來,航天工業對鈦(tai)材(cai)料的(de)(de)需求將呈(cheng)高(gao)速增(zeng)長態勢,鈦(tai)及鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)憑借(jie)其(qi)(qi)獨特(te)而優越的(de)(de)性(xing)能(neng)將會在航天市場(chang)大(da)放異彩。
1. 高溫鈦合金
航天(tian)飛(fei)行(xing)器要(yao)求(qiu)鈦合金必須具有優(you)異的(de)(de)耐(nai)高溫性能.國(guo)際上第(di)一個高溫鈦合金是美國(guo)研制的(de)(de)Ti-6Al-4V合金.
Ti-6Al-4V合(he)金(jin)(jin)兼具α+β兩相特征,在航天領域得到廣(guang)泛應用.為最大(da)限度發(fa)揮Al 固溶熱(re)強化作用,鈦合(he)金(jin)(jin)中還(huan)加入了Sn、Zr、Mo 和Si 等元素,相繼開(kai)發(fa)了IMI679、Ti6242 以及IMI685、Ti6242S、IMI834、Ti1100、BT36 等合(he)金(jin)(jin).
目前,國際先進的高(gao)溫鈦合金主要有美國研發的Ti1100 合金(Ti-6Al-2.75Sn-4.0Zr-0.4Mo-0.45Si-0.07O2-0.02Fe), 其(qi)使(shi)用(yong)(yong)(yong)溫度可達600℃,它具備較(jiao)低的韌性和(he)較(jiao)大(da)的疲勞裂紋擴展速率;英(ying)國的I MI 83 4(Ti -5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si-0.06C),同時(shi)具備了優異的高(gao)溫蠕變性能和(he)疲勞性能,使(shi)用(yong)(yong)(yong)溫度590℃ ;俄羅斯研制的BT36(Ti-6.2Al-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-0.15Si-5W)、BT18Y(Ti-6.5Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-1Nb-0.2 5 S i)、Ti633G(Ti- 6.5A l-3 S n-3 Z r-1N b - 0.3Mo - 0.3 S i- 0.2 G d)和(he)T i 18(T i- 6 A l-2 S n - 4 Z r 4Mo -1W-0.2Si)合金,其(qi)使(shi)用(yong)(yong)(yong)溫度分別為600 ℃、550 ~ 600 ℃、550 ℃ 和(he)550 ℃.
我國研制的高溫(wen)合金主(zhu)要有Ti55(Ti-5.5Al-4Sn-2Zr-1Mo-0.25Si-1Nd)、Ti6 0(Ti-5.8A l-4.8 Sn-2Zr-1Mo-0.35Si-0.85Nd)和Ti600(Ti-6Al-2.8Sn-4Zr-0.5Mo-0.4Si-1Y),其使用溫(wen)度(du)分別為550℃、600℃、600℃.
2. 低溫鈦合金
鈦合金在(zai)發動機葉片上(shang)的應用
一些鈦(tai)(tai)和鈦(tai)(tai)合金在(zai)低(di)(di)溫(wen)和超低(di)(di)溫(wen)下仍能保持其原有的(de)(de)機械性能.許多退火的(de)(de)鈦(tai)(tai)合金在(zai)-195.5℃溫(wen)度(du)下還(huan)具有足夠使用的(de)(de)延性和斷裂韌性.含(han)間隙元素特(te)別(bie)低(di)(di)的(de)(de)Ti-5Al-2.5SnELI 的(de)(de)強度(du)隨溫(wen)度(du)的(de)(de)降(jiang)低(di)(di)而提高,但塑性降(jiang)低(di)(di)的(de)(de)不(bu)多,在(zai)低(di)(di)溫(wen)下仍有較好的(de)(de)延性及(ji)韌性,可在(zai)-252.7℃溫(wen)度(du)下使用.
NINCT20 合金(jin)是我(wo)國研制的用于(yu)火箭(jian)發(fa)動(dong)機(ji)液氫管(guan)路的新型(xing)低(di)溫鈦合金(jin),該合金(jin)具有(you)強度(du)(du)適中(600 ~ 700MPa)、低(di)溫性能(neng)、焊接性能(neng)、冷成(cheng)型(xing)性能(neng)及液氫相容性優異的特點,在-253℃(20K)溫度(du)(du)下,強度(du)(du)可達1200MPa 以上(shang),延伸率可達10% 以上(shang).
3. 高強鈦合
高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)鈦(tai)(tai)合金(jin)是(shi)指經熱處理后室溫(wen)強(qiang)(qiang)度(du)大于1000MPa 的(de)鈦(tai)(tai)合金(jin).國外高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)鈦(tai)(tai)合金(jin)研(yan)(yan)發(fa)(fa)主(zhu)(zhu)要以(yi)美國和俄羅斯為主(zhu)(zhu),而且產品都得到(dao)了廣泛(fan)應用.我國高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)鈦(tai)(tai)合金(jin)研(yan)(yan)究(jiu)則由仿制逐(zhu)漸轉型為自主(zhu)(zhu)研(yan)(yan)發(fa)(fa),如北京有色(se)金(jin)屬(shu)研(yan)(yan)究(jiu)總院研(yan)(yan)究(jiu)的(de)TB10 合金(jin)(Ti-3Al-5Mo-5V-2Cr)典型性能為:σb=1360MPa,KIC=67MPam1/2,已用于航天(tian)結(jie)構件、飛機(ji)機(ji)身、機(ji)翼.西(xi)北有色(se)金(jin)屬(shu)研(yan)(yan)究(jiu)院創新研(yan)(yan)制的(de)Ti-1300、Ti-5322 等 高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)鈦(tai)(tai)合金(jin).Ti-1300 的(de)抗拉強(qiang)(qiang)度(du)超(chao)過(guo)1350MPa,延伸率超(chao)過(guo)8%,斷裂韌性超(chao)過(guo)55MPa.m1/2.Ti-5322 抗拉強(qiang)(qiang)度(du)超(chao)過(guo)1300MPa,延伸率超(chao)過(guo)7%.
4. 高強高韌鈦合(he)金
高韌(ren)損傷容限型(xing)鈦合金在發(fa)動機葉(xie)片(pian)上的應用
典型的(de)高強(qiang)高韌鈦(tai)合金(jin)(jin)是(shi)美國(guo)研制(zhi)的(de)Ti62222S 合金(jin)(jin).該合金(jin)(jin)具有良好的(de)強(qiang)度(du)(du)、塑性和(he)斷裂(lie)韌性匹配;疲勞裂(lie)紋擴展抗力高;具有深淬透性;高彈性模(mo)量;中溫有良好的(de)抗蠕變(bian)性能(neng),室溫斷裂(lie)強(qiang)度(du)(du)和(he)屈服強(qiang)度(du)(du)分(fen)別大于(yu)1300MPa和(he)1200MPa,且其高溫性能(neng)也很好.
TC21(Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-1Nb-0.1Si) 是我國(guo)創新研制的高(gao)強(qiang)高(gao)韌損傷容(rong)限(xian)型(xing)鈦合(he)金(jin).該合(he)金(jin)具有(you)良好的強(qiang)度、塑性、斷裂(lie)韌性、裂(lie)紋擴展速率的匹(pi)配,是一種非常有(you)應用(yong)前景的高(gao)強(qiang)高(gao)韌損傷容(rong)限(xian)型(xing)結構(gou)鈦合(he)金(jin).由該合(he)金(jin)生產的大規格棒材(cai)在保證室溫高(gao)強(qiang)度的前提(ti)下,斷裂(lie)韌性可(ke)高(gao)達90MPa.m1/2.
BT i-65 5 4 ( T i-6Cr-5Mo-5V-4Al) 是寶鈦集團研制的高強高韌鈦合金,該(gai)材(cai)料的力學性能可以達(da)到Rm=1270MPa,Rp0.2=1230MPa,KIC=77.8MPam1/2.
北京有(you)色(se)金屬研(yan)究院(yuan)和寶鈦集團共同研(yan)制的(de)Ti-63高(gao)強高(gao)韌鈦合(he)金(Ti-Al-V-Cr-Mo-Sn-Zr-Si),其Rm=1200MPa,KIC=77MPa.m1/2.
鈦及鈦合金在航天領域(yu)的(de)應(ying)用當今,鈦應(ying)用最活(huo)躍(yue)的(de)領域(yu)是航天.
1. 美國
美(mei)國(guo)(guo)鈦及鈦合(he)(he)(he)金(jin)在(zai)航天工(gong)程上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)始于1955 年,美(mei)國(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)火箭發動(dong)機(ji)殼體(ti)材料廣泛(fan)使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)了鈦合(he)(he)(he)金(jin).鈦合(he)(he)(he)金(jin)還廣泛(fan)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)于各種(zhong)結構(gou)件(jian)."阿(a)波羅(luo)"宇宙(zhou)飛船共有約50 個壓力容器,其中85% 是用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)鈦制(zhi)成(cheng)(cheng).大(da)力神Ⅲ過渡級發動(dong)機(ji),改用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)鈦合(he)(he)(he)金(jin)推進(jin)劑貯箱后(hou)重(zhong)量減(jian)輕35%."阿(a)波羅(luo)"號(hao)宇宙(zhou)飛船的(de)(de)(de)(de)(de)托架(jia)、夾(jia)具和緊固(gu)件(jian)均用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)鈦制(zhi)成(cheng)(cheng),共使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)68 噸鈦材.航天工(gong)程用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)壓力容器中也(ye)使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)了大(da)量的(de)(de)(de)(de)(de)鈦材,使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)最多的(de)(de)(de)(de)(de)是Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn.導彈(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)彈(dan)(dan)頭上(shang)也(ye)使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)了鈦合(he)(he)(he)金(jin).美(mei)國(guo)(guo)大(da)多采用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)輻射(she)冷卻式發動(dong)機(ji)噴(pen)管(guan),這種(zhong)噴(pen)管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)一部分用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)鈦合(he)(he)(he)金(jin)制(zhi)造.
美(mei)國(guo)(guo)(guo)生產的(de)(de)(de)(de)Ti3Al 基(ji)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)Ti-21Nb-14Al 和Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo 鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)箔材(cai)已(yi)制成導彈(dan)尾翼和燃燒室噴管密封片等.美(mei)國(guo)(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)超高聲速載人飛行器的(de)(de)(de)(de)熱防(fang)護系統采(cai)用(yong)了Ti1100 鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)作(zuo)(zuo)為防(fang)熱瓦,火箭(jian)運載器X-33 采(cai)用(yong)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)作(zuo)(zuo)為其機(ji)身背(bei)風面(mian)大(da)面(mian)積防(fang)熱系統材(cai)料(liao).美(mei)國(guo)(guo)(guo)鈦(tai)金(jin)(jin)屬公(gong)司(si)(Timet)研制的(de)(de)(de)(de)β21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si)已(yi)被美(mei)國(guo)(guo)(guo)國(guo)(guo)(guo)家宇航(hang)局(ju)確定用(yong)于(yu)美(mei)國(guo)(guo)(guo)國(guo)(guo)(guo)家航(hang)空航(hang)天飛機(ji)的(de)(de)(de)(de)機(ji)身和機(ji)翼壁板.美(mei)國(guo)(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)Bodycote、ADMA等公(gong)司(si)采(cai)用(yong)粉末冶金(jin)(jin)方法(fa)生產各種(zhong)導彈(dan)武器用(yong)的(de)(de)(de)(de)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)部件(jian).美(mei)國(guo)(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)休(xiu)斯公(gong)司(si)、BAE 公(gong)司(si)等采(cai)用(yong)超塑(su)成形技術制造鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)導彈(dan)外(wai)殼,推進劑貯箱(xiang)等,不(bu)但減輕了重量(liang),而且減少費用(yong)30% ~ 40%.
2. 日(ri)本
日本在(zai)火(huo)箭上(shang)應用鈦(tai)(tai)合金(jin)的(de)歷(li)史可追溯到(dao)1968 年.日本第一顆試(shi)驗衛星(xing)"大(da)角"號使用了Ti-2Al-2Mn 鈦(tai)(tai)合金(jin).
其他應用的(de)(de)例子有(you)機翼(yi)的(de)(de)前緣部位、噴嘴(zui)的(de)(de)夾持(chi)器、多級火箭的(de)(de)斷裂接頭部位等.日本研制(zhi)的(de)(de)低溫結(jie)構鈦合金LT700(Ti-3Al-5Sn-1Mo-0.2Si)已用來制(zhi)作(zuo)液氫(qing)渦輪(lun)泵.
3. 俄羅斯
1957 年10 月,世界上第一(yi)顆人造(zao)地球衛星Sputnik1 在俄(e)羅斯(si)發射成功,開創了人類航(hang)天(tian)新紀元.俄(e)羅斯(si)鈦(tai)在航(hang)天(tian)工程(cheng)上應用(yong)的實例很多.如"能源- 暴(bao)風雪"號(hao)、"和(he)(he)(he)平-1"號(hao)、"進步"號(hao)、"金星"號(hao)、"月球"號(hao)航(hang)天(tian)器中均廣泛使用(yong)了鈦(tai)及鈦(tai)合(he)(he)金材(cai)料,用(yong)OT4合(he)(he)金板材(cai)制(zhi)(zhi)造(zao)液(ye)體燃料火箭發動機的燃燒倉(cang)和(he)(he)(he)"和(he)(he)(he)平-1"號(hao)軌(gui)道站(zhan)對接(jie)(jie)件,用(yong)OT4-1 合(he)(he)金制(zhi)(zhi)造(zao)發動機吊架構件、燃料箱、管(guan)接(jie)(jie)頭(tou)和(he)(he)(he)托架等.BT5-1 和(he)(he)(he)ПT3B 合(he)(he)金用(yong)于(yu)制(zhi)(zhi)造(zao)容器- 增壓(ya)系(xi)統蓄壓(ya)器和(he)(he)(he)低(di)溫液(ye)體儲存(cun)箱,BT5-1 合(he)(he)金還用(yong)于(yu)制(zhi)(zhi)造(zao)液(ye)氫(qing)輸(shu)送(song)泵的葉輪.此外(wai),TH1 合(he)(he)金還用(yong)作天(tian)線、推桿、接(jie)(jie)觸器及航(hang)天(tian)減震部(bu)件.
4. 中國
中國(guo)在"太空(kong)之路(lu)"上(shang)(shang)已取得了(le)令世界(jie)矚目的(de)成就(jiu).從1970 年4 月24 日長征一(yi)(yi)號(hao)運載(zai)(zai)火箭將"東(dong)方紅一(yi)(yi)號(hao)"衛(wei)星(xing)送上(shang)(shang)預定的(de)軌道(dao)以來,我(wo)國(guo)已經發射了(le)長征系(xi)列運載(zai)(zai)火箭和神舟系(xi)列飛船,這些航天器上(shang)(shang)均使(shi)用(yong)了(le)鈦(tai)材(cai).如我(wo)國(guo)研制的(de)液(ye)氫環境下使(shi)用(yong)的(de)低(di)溫TA7ELI 鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)氣(qi)瓶已用(yong)于CZ-XX 系(xi)列運載(zai)(zai)火箭;我(wo)國(guo)還(huan)用(yong)BT20 鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)制造導(dao)彈的(de)外(wai)殼(ke)(ke)體和燃料油箱殼(ke)(ke)體;用(yong)TC4ELI 鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)制造運載(zai)(zai)火箭的(de)低(di)溫液(ye)氧、液(ye)氫高壓氣(qi)瓶等.
我國載人飛船各艙段的(de)(de)結構(gou)材料(liao)的(de)(de)內(nei)部(bu)結構(gou)為(wei)耐(nai)熱鈦(tai)(tai)合金;我國航(hang)天飛機的(de)(de)軌道器的(de)(de)支承主發動(dong)機的(de)(de)推力結構(gou)用鈦(tai)(tai)合金制(zhi)造.此外,鈦(tai)(tai)合金還用于制(zhi)造火箭機盤、導彈(dan)基座構(gou)件、導彈(dan)動(dong)力葉片套等.
正反(fan)紅作(zuo)為國(guo)內(nei)首個在(zai)鈦合(he)(he)(he)金等(deng)記憶合(he)(he)(he)金領域取得卓越成(cheng)績的(de)企(qi)業,已成(cheng)功突破記憶合(he)(he)(he)金相變溫(wen)度±1°,在(zai)鈦合(he)(he)(he)金等(deng)高新材料的(de)研發技(ji)術水平躋身世界前列(lie)。
鈦合金手表
我(wo)國(guo)研制的(de)TB2 合金(jin)(Ti-3Al-5Mo-5V-8Cr),于1984 年(nian)首次應用(yong)(yong)(yong)于衛(wei)星(xing)(xing)星(xing)(xing)箭(jian)連接帶(dai),目前(qian)已用(yong)(yong)(yong)于各(ge)種型(xing)號衛(wei)星(xing)(xing)20 多次;TB10 合金(jin)(Ti-3Al-5Mo-5V-2Cr)已用(yong)(yong)(yong)于航天結構(gou)件、飛機(ji)(ji)機(ji)(ji)身、機(ji)(ji)翼(yi)結構(gou)中的(de)鍛造零件;NINCT20 鈦(tai)(tai)合金(jin)不僅可用(yong)(yong)(yong)于火箭(jian)發動(dong)機(ji)(ji)管路(lu)系(xi)統,而(er)且(qie)還可廣泛用(yong)(yong)(yong)于宇航工業形狀復(fu)雜的(de)低溫管路(lu)系(xi)統.此外,我(wo)國(guo)制造的(de)航天鈦(tai)(tai)手表也(ye)引起了(le)世(shi)人的(de)關注.這種鈦(tai)(tai)合金(jin)手表重量僅為94 克,且(qie)精確無比.
形狀(zhuang)記憶合金溫控領域(yu)全球(qiu)綜(zong)合服務商