Primjena titana u vodi tretirati


www.yunchtitanium.com

Proizvodnja napredne zrakoplovne opreme snažno potiče razvoj novih materijala i tehnologije zavarivanja. Prilikom rješavanja ključnih problema tehnologije proizvodnje zrakoplova, prednosti novih materijala (osobito titanovih legura) i zavarivanja postaju sve očitije, kao što je smanjenje težine konstrukcije. Tehnike zavarivanja, kao što su poboljšane konstrukcijske performanse, evoluirale su od originalnog pomoćnog proizvodnog procesa do ključne tehnologije u proizvodnji zrakoplova.


1 legura titana u području zrakoplovstva


Titan legura je naširoko koristi u zrakoplovstvu, zrakoplovne, vojne, kemijske, medicinske, offshore naftnih rudarstva i drugim područjima za svoje izvanredne performanse prednosti. Poznat je kao "space metal", "marine metal" i "smart metal". Titanova legura je novi tip metalnog konstrukcijskog materijala koji igra važnu ulogu u razvoju visokotehnološkog oružja i opreme nacionalne obrane. Uvršten je u novi tip konstrukcijskog metalnog materijala od strateškog značaja u 21. stoljeću, koji su mnoge vojne sile u svijetu navele kao ključni razvoj. Uz održiv i brz razvoj nacionalne ekonomije, titanove legure primjenjuju se u zrakoplovnim i naoružanim poljima, a potražnja za titanskim legurama u Kini povećala se po stopi od 20% do 30% godišnje.


1950-ih Sjedinjene Države razvile su prvu titanovu leguru (Ti-13V-11Cr-3Al) koja je doista korištena za let. Ova visoko-čvrsta titanova legura koja se može obraditi toplinom upotrijebljena je u zrakoplovima za brzo rano upozoravanje. Šezdesetih su se legure titana naširoko koristile u nevojnim aero motorima i mlaznicama širokog tijela, kao što je Boeing 747. Sedamdesetih godina, legure titana činile su oko 80% ukupnog tržišta titanovih legura u SAD-u. Tijekom 1980-ih i 1990-ih godina primjena titana i legura titana na zrakoplovima u Europi i Rusiji pokazala je značajan porast. Količina legure titana koja se koristi u zrakoplovima u Japanu također se povećava iz godine u godinu.


Primjena titanove legure na tijelu zrakoplova


Titanova legura je još jedan novi lagani konstrukcijski materijal koji se koristi u zrakoplovnoj industriji nakon čelika i aluminijske legure. Njegova razina primjene postala je važan pokazatelj za mjerenje naprednog stupnja odabira zrakoplova.


Titanova legura je jedan od važnih konstrukcijskih materijala za trup zrakoplova i motor. Kao materijal za tijelo s dobrim efektom smanjenja težine, upotreba titanove legure u polju komercijalnih i vojnih zrakoplova stalno raste s nadogradnjom svojih proizvoda u posljednjih 50 godina. Upotreba legure titana na vojnim zrakoplovima dosegnula je 30% ~ 40%. Sjedinjene Države preuzele su vodeću ulogu u uspješnoj primjeni koncepta dizajna sigurnosti šteta i kriterija za projektiranje tolerancije oštećenja na napredne borbene zrakoplove. F-22 borbeni zrakoplov koristio je veliki broj titanovih legura otpornih na oštećenja i velike integralne komponente kako bi zadovoljio zahtjeve dizajna visokog gubitka težine i dugog vijeka trajanja. Korištenje titanove legure u civilnim zrakoplovima također može iznositi oko 10% do 15%, od čega je doza od titana legure Boeinga 787 do 15%, što je najveći rekord u upotrebi titanove legure u civilnim zrakoplovima. Korištenje materijala Boeinga 787 prikazano je na slici 1. Prikaži.


Titanove legure koriste se u širokom rasponu primjena u suvremenim zrakoplovima. Koristi se trup zrakoplova, hidraulični cjevovod, podvozje, prozorski okviri kokpita, koža, zatvarači, poklopci, konstrukcije krila, lopatice ventilatora, lopatice kompresora itd. Titanova legura.


Primjena titanove legure na motor


Aeroengine kompresorske lopatice, diskovi i kućišta uglavnom se proizvode pomoću visokotemperaturnih titanovih legura. Ovi dijelovi zahtijevaju visoku specifičnu čvrstoću, otpornost na puzanje pri visokim temperaturama, čvrstoću na zamor i radne uvjete visoke temperature (300 ~ 600 ° C). Trajna čvrstoća i stabilnost tkiva. Kako se povećava omjer aero-motora i mase, izlazna temperatura kompresora na visokoj temperaturi raste, što rezultira povećanjem radne temperature lopatica i diskova od titanove legure. Nakon nekoliko desetljeća razvoja, maksimalna radna temperatura čvrste titanijeve legure ojačane čvrstom otopinom povećana je s 350 ° C na 600 ° C. Kineske titanove legure na visokoj temperaturi koje se koriste na motorima s radnim temperaturama ispod 400 ° C uglavnom su TC4 i TC6, koji se koriste za lopatice ventilatora s nižim radnim temperaturama motora i lopaticama 1 i 2; titan koji radi na temperaturi od oko 500 ° C. Legure su legure TC11, TA15 i TA7, od kojih je TC11 najveća legura titana koja se koristi u zrakoplovnim motorima u Kini.


Teško je zadovoljiti zahtjeve otpornosti na puzanje i čvrstoće na temperaturi okoline iznad 600 ° C. Uredno ojačani intermetalni spojevi od titana i aluminija su kandidati za potencijalnu uporabu na temperaturama iznad 600 ° C zbog njihove visoke specifične čvrstoće, specifične krutosti, visoke otpornosti na puzanje, odlične oksidacije i usporavanja plamena, među kojima je i Ti3Al. legura je oko 650 ° C, dok radna temperatura legure na osnovi TiAl može dostići 760 ~ 800 ° C.

2 napredna tehnologija spajanja s titanskom legurom


Prednosti primjene titanovih legura postale su sve očitije. Velika upotreba titanovih legura je trend zrakoplovne industrije u budućnosti, a napredna obrada zavarivanja titanovih legura oduvijek je bila najviše zabrinuta u području zrakoplovne proizvodnje.


Lasersko zavarivanje titanove legure


Za lasersko zavarivanje tankozidnih komponenti titanove legure zrakoplova, znanstvenici u zemlji i inozemstvu kontinuirano istražuju. Pekinški Institut za zrakoplovnu proizvodnju proveo je studiju o kutu laserskog zavarivanja legura titana. Istraživačka skupina Gongshuili provela je studiju s više kutova na laserskom zavarivanju CO2 od legure titana i utvrdila razumne parametre postupka laserskog zavarivanja ploča od 2,5 mm titanove legure. , U uvjetima penetracijskog zavarivanja, CO2 laser i YAG laserski zavareni spojevi s tankim pločama od titanove legure imaju dva tipična oblika poprečnog presjeka oblika nokta i oblikom X. Formiranje zavarivanja usko je povezano s unosom topline zavarivanja i gustoćom snage lasera. Kako se ulaz topline zavara i gustoća snage lasera povećavaju, presjek zavarivanja mijenja se od oblika nokta do obližnjeg oblika X. Kada se koristi ista specifikacija procesa za dobivanje oblika zavarivanja u blizini X-a, simetrija YAG laserskog zavarivanja je značajno viša od simetrije u CO2 laserskom zavarivanju.


S obzirom na podrezane defekte u laserskom zavarivanju od legure titana, Chen et al. primijenjeno A-TIG zavarivanje aktivnim sredstvom na CO2 lasersko zavarivanje titanove legure, koje može učinkovito poboljšati oštećenja pri zavarivanju i smanjiti lasersku snagu laserskog zavarivanja. Gustoća i prag unosa topline lemljenja. Aktivno sredstvo uglavnom poboljšava lasersko zavarivanje titanove legure s tri aspekta: prvo, povećava se apsorpcija laserske energije od legure titana; drugo, površinska napetost rastaljenog bazena se spušta, a smjer toka površinske napetosti se mijenja; opet, ne može se zanemariti da je protok smanjen. Ionizacija foto plazme smanjuje oblak plazme.


U konstrukciji zrakoplovnih struktura, materijali moraju imati ne samo visoku specifičnu čvrstoću i plastičnost, već i visoku lomnu žilavost i čvrstoću na zamor. Li Xiaoyan sa Tehnološkog sveučilišta u Pekingu proveo je eksperimentalna istraživanja o svojstvima zamaranja laserskog zavarivanja titanovih legura i aktivne glave za lasersko zavarivanje. Utvrđeno je da je srednji vijek trajanja laserskog zavarivanja i glave aktivnog laserskog zavarivanja od legure titanove legure niži od vijeka trajanja osnovnog metala, zbog visokog naprezanja. Na horizontalnoj razini, vijek trajanja laserski zavarenog spoja od legure titanova smanjuje se više, a niska razina naprezanja teži k trajanju zamora osnovnog metala.


Količina i trajanje pulsa su dva najvažnija parametra koji utječu na penetraciju. Glava laserskog zavarivanja dobivena pod različitim parametrima prikazana je na slici 2 (vršna snaga je energija lasera po jedinici vremena zadržavanja impulsa).


Laserski zavareni spoj od legure titana je neujednačeno tijelo, a njegova mikrostruktura i svojstva imaju velike promjene u gradijentu. Plastično oštećenje spoja znatno se razlikuje od plastičnog oštećenja uniformnog materijala. Istraživanje o plastičnom oštećenju legiranih zavarenih spojeva od legure titanove legure provela je Zhang Jianxun, istraživačka skupina Sveučilišta Xi'an Jiaotong. Utvrđeno je da je proces plastičnog oštećenja zavarenih spojeva laserskog dubokog taljenja legura titanova podijeljen na stvaranje, rast i polimerizaciju mikropora; Cijelo područje spoja je neravnomjerno raspodijeljeno, a volumenski udio nelinearno raspoređen duž zavarenog spoja od vara do zone toplinskog djelovanja na osnovni metal; Zakon o štetnosti mikropora zavarenog spoja se odnosi na veličinu opterećenja, a vara se oštećuje kada je opterećenje malo. Veća je od zone utjecaja topline i oštećenja osnovnog metala. Povećanjem vrijednosti opterećenja, volumenski udio zone zahvaćenog toplinom raste brže od vara. Kada se opterećenje povećava u određenoj mjeri, zona zahvaćena toplinom i osnovni metal su više oštećeni od vara. Šav.


U smislu procesa, količina defokusiranja laserske zrake je također ključni čimbenik koji utječe na kvalitetu spoja. Važnije je izlučivanje laserske zrake pri laserskom zavarivanju različitih titanskih legura. Istraživački tim sveučilišta u Tianjinu Hu Shengyi je zavario BTi-6431S / TA15 različitu titanovu leguru podešavanjem različitih količina za defokusiranje. Dobivena morfologija zgloba prikazana je na slici 3. U zoni fuzije formiraju se α 'martenzit i fazna α-faza, a kada je količina defokusiranja -0,2 mm, količina α' martenzita je manja od defokusiranja. 0,2 mm, a temperatura je visoka na obje strane. Transformacija α 'martenzitne i fine igličaste α faze dogodila se u zoni utjecaja topline, dok su se miješana faza α i β faze primarne faze pojavljivale u zoni niskotemperaturne topline. Međutim, eksperimentalna skupina postavila je vrijednost iznosa defokusiranja kao malu, što nije moglo dobro odražavati utjecaj zakona.




Elektronsko zavarivanje titanove legure


Kao napredna metoda obrade snopa visoke energije, od početka 1960-ih zavarivanje elektronskim zrakom primijenjeno je na zavarivanje plemenitih metala u industriji atomske energije, proizvodnji zrakoplova i zrakoplovnoj industriji. Uz brzi razvoj najsuvremenije tehnologije kao što su zrakoplovna i svemirska industrija, kao mali senzori tlaka, jednako veliki kao i kućišta letjelica, jedinstvenost materijala korištenih u zrakoplovnim komponentama i posebni zahtjevi zahtjeva za zavarivanjem, brzo je postalo elektronsko zavarivanje Potrebni procesi obrade važnih dijelova koriste se u velikom broju primjena za zavarivanje važnih nosivih dijelova zrakoplova i dijelova rotora motora.


Titan apsorbira O2 i N2 brzo na visokim temperaturama, krhke spojeve i dobiva se visokokvalitetnim zavarivanjem pomoću vakuumskih elektronskih zraka. Vakuumsko elektronsko zavarivanje titana i legura titana ima jedinstvene prednosti. Na dijelu trupa američkog borbenog zrakoplova F-22, dužina zavarivanja titanove legure elektroničkim zavarivanjem iznosi 87,6 mm, a debljina 6,4 do 25 mm. Osim toga, tehnologija zavarivanja elektronskim snopom također se koristi za zavarivanje dijafragmi mlaznica turbina, vratila visokotemperaturnog parnog stroja, statora turbina, lopatica plinskih turbina, rotora rotacijskih agregata, sklopova klackalica, kućišta, pogonskih vratila, nosača zrakoplova, podvozja i slično.


Zavarivanje debelim pločama od titanove legure elektronskim snopom može se postići uzimanjem razumnih mjera zavarivanja. Saresh i sur. Nacionalnog instituta za tehnologiju Calicut u Indiji obavio je jednožično elektroničko zavarivanje na debeloj ploči od 17,5 mm od legure titana, ali spoj nije uspio postići potpuno penetracijsko zavarivanje; kada se koristi dvostrano obostrano zavarivanje elektronskim snopom, može se postići debljina od 17,5 mm. Potpuno penetracijsko zavarivanje ploča od legure titana, ali zavarivanje sa stražnje strane treba biti što je moguće bliže zavarivanju s prednje strane kako bi se izbjegle šupljine u zoni taljenja uzrokovane kontaminacijom zavarenih spojeva.


Dobivanje pouzdanih spojnica je ključ za zavarivanje elektronskim snopom titanovih legura, jer će pouzdanost zajedničkih performansi izravno utjecati na sigurnost konstrukcija od legure titana, posebno u području zrakoplovne opreme. Tim Shi Yaowu Tehničkog sveučilišta u Pekingu koristio je elektronsko zavarivanje TC4-DT titanovih legura debljine 50 mm. Utvrđeno je da je elektronskim snopom povećana čvrstoća zavarivanja TC4-DT titanove legure, smanjena duktilnost i žilavost, te povećana sposobnost zatezanja. Položaj loma zajedničkog vlačnog testa je na osnovnom metalu daleko od zavara, a osnovni metal je slaba karika cijelog spoja. Vlačni lomovi osnovnog metala i metala šava pokazuju duktilne karakteristike loma, a vlačna svojstva metala zavara brzo se mijenjaju tijekom postupka zavarivanja elektronskim snopom, te se u zoni zavarivanja formiraju debeli cilindrični kristali i oblik igle. Povezano s martenzitom.


Trenje zavarivanja titanove legure


Trenutno, trenje zavarivanje titan legure u zrakoplovstvu polje uglavnom uključuje linearno trenje zavarivanje i trenje promiješati zavarivanje. Obje su nove metode spajanja čvrste faze. Metal se ne topi ili deformira tijekom postupka spajanja. Vlačna čvrstoća zavarenog spoja je bolja od čvrstoće zavarenog spoja. Ove dvije metode zavarivanja trenja postale su ključne proizvodne tehnologije u zrakoplovnim motorima.


Izlaz tiska za zračne motore prilagođen je sve većem okolišu visoke temperature. Jezgra i rub preše s velikim temperaturnim gradijentom zahtijevaju različite materijale od legure titana. Linearno zavarivanje trenja može ostvariti povezivanje različitih legura titana kako bi se udovoljilo dvostrukim zračnim performansama. Liu Ying i sur. Peking Aeronautical Manufacturing Engineering Research Institute analizira vlačne i visokog ciklusa zamor mehaničkih svojstava TC4 / TC17 različitog titana legure linearno trenje zavarenih spojeva. Utvrđeno je da su vlačna čvrstoća i vlačna čvrstoća spojeva pri sobnoj temperaturi između TC4 osnovnih metala. Između TC17 osnovnog metala i TC17 osnovnog materijala, performanse visokog ciklusnog zamora su preko 95% čvrstoće visokog ciklusnog zamora osnovnog metala TC4.


Liu i sur., Sveučilište u Osaki, Japan, proučavali su utjecaj teksture na lokalizaciju deformacije u zoni miješanja spoja tijekom zavarivanja titanove legure. U početnom stadiju deformacije zatezanja došlo je do plastične deformacije u zoni miješanja, uglavnom zbog zone miješanja i majke. U usporedbi s materijalom, Schmidov faktor ima viši prizmatični klizač. Kada je deformacija zatezanja veća od 0,1, razlika Schmidovog faktora između zone miješanja i osnovnog metala je značajno oslabljena, ali se povećava utjecaj veličine zrna.


Složeno zavarivanje titanove legure


Kao novi način zavarivanja, kompozitno zavarivanje sve više privlači pozornost istraživača u obradi zrakoplovnih titanovih legura. U posljednjih nekoliko godina, srodna istraživanja usredotočena su na tehnologiju zavarivanja laserskim / elektrolučnim zavarivanjem titanovih legura.


Nakon kompozitnog plazma luka glavni parametri postupka zavarivanja utječu na stvaranje vara. Utvrđeno je da se snaga lasera povećava i brzina zavarivanja se smanjuje. Oblik poprečnog presjeka kompozitnog zavarivanja i šava pojedinačnog laserskog zavarivanja mijenjaju se od oblika nokta do obližnjeg X oblika. Kompozitni zavar ima višu rezidualnu visinu i podrezivanje od jednog laserskog zavarivanja. "Sinergistički učinak" lasera / plazme ovisi o snazi lasera i brzini zavarivanja, što utječe na omjer širine i širine kompozitnog zavara.


Kompozitni laserski izvori topline temeljeni na TIG zavarivanju pomažu u poboljšanju kvalitete i učinkovitosti oblikovanja spojeva. Wang Min, iz Shenyang Instituta za automatizaciju, Kineske akademije znanosti, koristi TIG zavarivanje, lasersko-TIG luk hibridno zavarivanje tehnologija, i jednostrano zavarivanje dvostruke strane formiranje zavarivanje tehnologije za zavarivanje T-oblika strukture od legure titana otkrili su da rast zrna u području blizu proreza i zoni zahvaćenoj toplinom Tendencija hibridne glave za zavarivanje laserskog TIG luka je znatno veća od one u TIG glavi za zavarivanje. Zamorna čvrstoća kompozitnog zavarivanja je oko 50% veća od čvrstoće TIG zavarivanja, te je naglašen postupak lasersko-TIG zavarivanja. Sveobuhvatna mehanička svojstva strukture T-tipa od legura titana su superiorna u odnosu na TIG zavarene spojeve.


3 Zaključak


S razvojem znanosti o materijalima i izazovima energetske krize, zrakoplovna industrija postavila je veće zahtjeve za zrakoplovne materijale visoke temperature, visoke čvrstoće i otpornosti, te nove vrste visoke čvrstoće, visokog modula elastičnosti, niske gustoće i visoke temperature. otpornost. Potreba za titanskim legurama postaje sve hitnija. Primjena titanovih legura kao zrakoplovnih motora i zrakoplovnih tijela u budućem zrakoplovnom polju neizbježno uključuje povezivanje istih ili različitih titanovih legura. Iako su domaći i strani znanstvenici istraživali napredne tehnologije kao što su visokoenergetsko zračno zavarivanje, zavarivanje trenjem i hibridno zavarivanje za spajanje titanovih legura, stvarni tehnički problemi u primjeni u zrakoplovnoj industriji moraju se dalje prevladati.