高温高强高韧钛合金在飞机上的应用

高强钛合金是指经热处理后室温强度大于1000MPa 的钛合金.国外高强钛合金研发主要以美国和俄罗斯为主,而且产品都得到了广泛应用。我国高强钛合金研究则由仿制逐渐转型为自主研发,如北京有色金属研究总院研究的TB10合金(Ti-3Al-5Mo-5V-2Cr)典型性能为:σb=1360MPa,KIC=67MPam1/2,已用于航天结构件、飞机机身、机翼.西北有色金属研究院创新研制的Ti-1300、Ti-5322 等高强钛合金.Ti-1300 的抗拉强度超过1350MPa,延伸率超过8 % ,断裂韧性超过55MPa.m1/2.Ti-5322 抗拉强度超过1300MPa,延伸率超过7%。

航天飞行器要求钛合金必须具有优异的耐高温性能.国际上第一个高温钛合金是美国研制的Ti-6Al-4V钛合金，Ti-6Al-4V钛合金兼具α+β两相特征,在航天领域得到广泛应用。为最大限度发挥Al 固溶热强化作用，钛合金中还加入了Sn、Zr、Mo 和Si 等元素,相继开发了IMI679、Ti6242 以及IMI685、Ti6242S、IMI834、Ti1100、BT36等合金。

目前,国际先进的高温钛合金主要有美国研发的Ti1100钛合金(Ti-6Al-2.75Sn-4.0Zr-0.4Mo-0.45Si-0.07O2-0.02Fe), 其使用温度可达600℃,它具备较低的韧性和较大的疲劳裂纹扩展速率;英国的I MI 83 4(Ti -5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si-0.06C),同时具备了优异的高温蠕变性能和疲劳性能,使用温度590℃ ;俄罗斯研制的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- 6.5Al-3Sn-3Zr-1N b - 0.3Mo - 0.3Si- 0.2Gd)和Ti18(Ti-6Al-2Sn-4Zr4Mo-1W-0.2Si)合金,其使用温度分别为600 ℃、550 ~ 600 ℃、550 ℃ 和550 ℃。

我国研制的高温合金主要有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),其使用温度分别为550℃、600℃、600℃。

高韧损伤容限型钛合金在发动机叶片上的应用

典型的高强高韧钛合金是美国研制的Ti62222S合金，该钛合金具有良好的强度、塑性和断裂韧性匹配;疲劳裂纹扩展抗力高;具有深淬透性;高弹性模量;中温有良好的抗蠕变性能,室温断裂强度和屈服强度分别大于1300MPa和1200MPa,且其高温性能也很好。

TC21(Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-1Nb-0.1Si) 是我国创新研制的高强高韧损伤容限型钛合金.该钛合金具有良好的强度、塑性、断裂韧性、裂纹扩展速率的匹配,是一种非常有应用前景的高强高韧损伤容限型结构钛合金。由该钛合金生产的大规格钛棒在保证室温高强度的前提下,断裂韧性可高达90MPa.m1/2.钛及钛合金在航天领域的应用当今,钛应用最活跃的领域是航天。