کاربرد آلیاژ تیتانیوم در موتورهای هوایی

موتور قلب هواپیما است. قطعات چرخان مانند فن موتور، دیسک کمپرسور پرفشار و تیغه ها نه تنها باید در برابر استرس زیادی مقاومت کنند، بلکه باید درجه خاصی از مقاومت حرارتی را نیز داشته باشند. چنین شرایط کاری برای آلومینیوم بسیار گرم و برای فولاد بسیار متراکم است. تیتانیوم بهترین انتخاب است. تیتانیوم مقاومت خوبی در دمای بالا، مقاومت در برابر خزش و مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای 300 تا 650 درجه دارد. در عین حال، یک شاخص عملکرد مهم موتور، نسبت رانش به وزن است که نسبت نیروی رانش تولید شده توسط موتور به جرم آن است. موتورهای اولیه نسبت رانش به وزن 2:3 داشتند، اما اکنون می تواند به 10 برسد. هر چه نسبت رانش به وزن بیشتر باشد، عملکرد موتور بهتر است. استفاده از آلیاژ تیتانیوم به جای آلیاژ اصلی با دمای بالا مبتنی بر نیکل می تواند جرم موتور را کاهش دهد و نسبت رانش به وزن موتور هواپیما را تا حد زیادی بهبود بخشد. تیتانیوم به طور فزاینده ای در موتورهای هواپیما استفاده می شود. در موتورهای پیشرفته هوافضای خارجی، مقدار آلیاژ تیتانیوم با دمای بالا 25 تا 40 درصد از کل جرم موتور را تشکیل می دهد. به عنوان مثال، محتوای آلیاژ تیتانیوم موتور نسل سوم F100 25٪ و محتوای آلیاژ تیتانیوم در موتور نسل چهارم F119 40٪ است.

اجزای موتور هوا نیاز به آلیاژهای تیتانیوم دارند تا دارای استحکام فوری خوب، مقاومت در برابر حرارت، استحکام پایدار، مقاومت در برابر خزش در دمای بالا و پایداری ساختاری از دمای اتاق تا دمای بالاتر باشند. اگرچه آلیاژهای تیتانیوم نوع و نزدیک{3} دارای استحکام کششی بالایی از دمای اتاق تا حدود 300 درجه هستند، مقاومت در برابر خزش و پایداری مقاوم در برابر حرارت آلیاژها در دماهای بالاتر به شدت کاهش می‌یابد، بنابراین آلیاژهای تیتانیوم از نوع نادر هستند. استفاده شده. در موتور هواپیما استفاده می شود. آلیاژهای تیتانیوم آلفا و نزدیک{8} دارای خواص خزشی، دوام و جوش پذیری خوبی هستند و برای استفاده در محیط های با دمای بالا مناسب هستند.

آلیاژ تیتانیوم نه تنها دارای خواص گرم کاری خوب است، بلکه دارای خواص جامع خوبی در محیط های دمای متوسط ​​و بالا است. بنابراین، آلیاژهای تیتانیوم نوع-، نزدیک- -و نوع - -به طور گسترده در موتورهای هوافضا استفاده می‌شوند.
در حال حاضر، حداکثر دمای عملیاتی آلیاژهای تیتانیوم با دمای بالا مورد استفاده در موتورهای هوافضا از 350 درجه به 600 درجه افزایش یافته است که می تواند نیازهای مواد موتورهای پیشرفته را برآورده کند. پس از نیم قرن تلاش محققان آلیاژ تیتانیوم در سراسر جهان، Ti811 (Ti-8Al-1Mo-1V)، Ti-6Al-2Zr -1 Mo{ 18}}.25Al-11Sn-5Zr، Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0}.5Fe{{29} }.3Si، Ti{31}}Al-4Mo-4Cr-2Sn-2}Zr، Ti-6}}Al-2Sn{ {38}}Zr-6Mo، Ti-6.2Al- 2.8Mo-2}Nb-2}Sn-2}}}}}}}}}}}}}}}}.۱Zr{{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) و غیره آلیاژ.
آلیاژ Ti811 (Ti-8Al-1Mo{3}}V) دارای مزایای چگالی کم، مدول الاستیک بالا، عملکرد میرایی ارتعاش عالی، پایداری حرارتی خوب، عملکرد جوشکاری خوب و شکل‌پذیری خوب است. . سفتی خاص آن در بین تمام آلیاژهای تیتانیوم صنعتی بالاترین است. از. ژائو یونگ کینگ و همکاران ما یک مطالعه عمیق در مورد پایداری حرارتی و عملکرد خستگی در دمای بالا آلیاژ Ti811 انجام دادیم و تأثیر ریزساختار و حالت سطح نمونه را بر عملکرد پایداری حرارتی آلیاژ Ti811 مطالعه کردیم. نتایج نشان می دهد که آلیاژ Ti811 با ساختار هم محور و ساختار دو حالته پایداری حرارتی خوبی دارد. وجود ساختار سوزنی مانند، پایداری حرارتی آلیاژ Ti811 را کاهش می دهد. علاوه بر این، مطالعات نشان داده است که وقتی آلیاژ Ti811 در دمای 425 درجه حرارت داده می شود، لایه اکسید سطحی و زمان قرار گرفتن در معرض تاثیر قابل توجهی بر پایداری حرارتی آلیاژ ندارد.

در دماهای بالای 350 درجه و 500 درجه، حساسیت به خستگی آلیاژ Ti811 با افزایش دما افزایش می یابد. خزش عامل مهمی است که بر شکست FF آلیاژ Ti811 در دماهای بالا تأثیر می گذارد. تغییرات در دامنه جابجایی بر خستگی تأثیر می گذارد. نقش و مکانیسم عوامل استرس و سایش در طول فرآیند FF

آلیاژهای تیتانیوم مقاوم در برابر حرارت در حال حاضر Ti1100 و IMI834 هستند که به ترتیب در موتورهای اصلاح شده EJ2000 و 55-712 استفاده شده‌اند. با توجه به وقوع حوادث "آتش سوزی تیتانیوم" آلیاژهای تیتانیوم ضد شعله بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. ایالات متحده، روسیه و سایر کشورها آلیاژهای تیتانیوم جدیدی با خواص مقاوم در برابر شعله تولید کرده اند. آلیاژ C یک آلیاژ تیتانیوم مقاوم در برابر شعله است که توسط پرت اند ویتنی در ایالات متحده ساخته شده است. به عنوان یک جزء نازل برداری برای موتور F119 استفاده شده است. ترکیب اسمی آلیاژ Ti{9}}V{10}}Cr (کسر جرمی، %) است و آلیاژ حاوی مقدار زیادی فلز گران قیمت وانادیوم است. ، همراه با این واقعیت که فرآیند تغییر شکل گرم شمش های آلیاژی آلیاژ C مستلزم استفاده از برخی تجهیزات خاص است که باعث افزایش بیشتر قیمت مواد می شود. روسیه تحقیقاتی را روی آلیاژهای ارزان قیمت Ti-Cu انجام داده و آلیاژهای BT25 و BT36 را گزارش کرده است. محققان علمی چینی یک خلاصه سیستماتیک و ارزیابی مناسب از کارهای تحقیقاتی اولیه روی آلیاژهای تیتانیوم برای موتورها انجام داده اند.