隨著我國新一代渦扇航空發動機和第 3 代戰斗機的研制生產,鈦合金在我國航空工業中的應用得到了快速發展,同時也對鈦合金的性能提出越來越高的要求。這種要求集中表現在兩個方面,一是更高的斷裂韌性,二是在保證足夠斷裂韌性的基礎上獲得超過1100MPa的高強度。
以往的事故分析表明,飛機機體結構常會出現一種低應力斷裂現象,即構件的工作應力低于材料的屈服強度而發生的脆性斷裂,這是由于構件內部存在由鑄造、鍛造、熱處理,甚至機械加工所產生的微裂紋。這種帶有裂紋的構件使用時的安全性、可靠性和壽命,取決于裂紋失穩擴展的抵抗能力,這個能力就是以斷裂韌性為標志:KIC。研究表明,β型鈦合金可以在更高的強度水平上具有比α型鈦合金與α+β兩相鈦合金更好的斷裂韌性,滿足提高飛機構件的結構效益和構件壽命的要求。與此同時,隨著我國航空航天工業的迅速發展,新一代標準件要求材料強度水平達1100~ 1300MPa級以上,所以研發1100~1300MPa級以上的β型鈦合金材料及其加工工藝成為我國材料工程技術人員的當務之急。 TB6鈦合金(Ti-10V-2Fe-3Al),是迄今為止應用最為廣泛的一種高強高韌近β型鈦合金,是一種為適應損傷容限性設計原則而產生的高結構效益、高可靠性和低制造成本的鈦合金,合金中以Fe和V為主要β穩定元素。常規使用狀態下 Rm≥1100 MPa,KIC≥60 MPa·m1 /2,已經應用于波音777 客機起落架主梁、A380主起落架支撐等部件。該合金研制的技術難點是避免β穩定元素的偏析。 TC18 鈦合金(Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe),是一種近β型合金,具有高強、高韌、高淬透性,強度極限在退火狀態下可達1080 MPa,在強化熱處理狀態下可達1200 MPa 或更高,具有滿意的延伸率、斷面收縮率和沖擊韌性。我國西北有色金屬研究院、北京航空材料研究院等單位聯合研制的TC21(Ti-6Al-2Mo-1.5Cr-2Zr-2Sn-2Nb),是具有我國自主知識產權的第一個高強高韌損傷容限鈦合金。目前使用狀態下 Rm≥1100MPa,KIC≥70 MPa·m1 /2。該合金已經在我國第 3 代先進飛機上獲得了工程化應用。 用V作為鈦合金β相 穩定元素有一個缺點,即V的抗氧化能力很差,所以這些β鈦合金的使用溫度一般不超過300℃。為了使合金具有良好的抗氧化性能和高溫性能,要選用抗氧化性能良好的的高熔點Mo和Nb作為β相穩定元素。TB8鈦合金(Ti-3Al-15Mo-2.7Nb-0.25Si)是針對抗氧化金屬及復合材料基體的需求而研制的一種β型鈦合金。該合金不僅具有優異成形性、深淬透性、良好的抗腐蝕能力,還具有優異的高溫抗氧化性能,可用于制作有溫度要求的飛機結構件或發動機部件緊固件和液壓管材等。
波音777飛機發動機艙導風罩選用該合金后獲得了很好的效果。國內某型號飛機采用該材料代替30CrMnSiA結構鋼后,機身承力框焊接組合件實現減重15%~20%,大大提高了飛機的結構效益。目前我國已經能夠生產出強度高于1300 MPa的TB8鈦合金棒絲材。









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