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上九天揽明月,舍钛又其谁!

2017-10-11 11:32:05 

钛合金应用

1948年美国杜邦公司采用镁法成吨生产海绵钛——这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始,时至今日,钛及其合金已广泛应用于航空航天和军事工业上。据不完全统计,钛在航空航天上的应用约占钛总产量的70%左右,包括航天器、人造卫星壳体连结座、高强螺栓、燃料箱,导弹尾翼、弹头壳体等。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件。80年代以来,耐热高强钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600~650℃。A2(Ti3Al)和r(TiAl)基合金的出现,使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端热端方向推进。结构钛合金也向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。当今,钛应用最活跃的领域是航天,主要用于制作火箭、导弹的结构件。现在由小编领您去看看各大航空强国都用钛做了什么:

美国在这方面走在世界前列。20实际60年代,阿波罗载人飞船登上月球,钛合金在其中做了重要贡献,"阿波罗"宇宙飞船共有约50个压力容器,其中85%是用钛制成。大力神Ⅲ过渡级发动机,改用钛合金推进剂贮箱后重量减轻35%。"阿波罗"号宇宙飞船的托架、夹具和紧固件均用钛制成,共使用68吨钛材。

另外,航天工程用的压力容器中也使用了大量的钛材,使用最多的是Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn。导弹的弹头上也使用了钛合金。美国大多采用辐射冷却式发动机喷管,这种喷管的一部分用钛合金制造。
美国生产的Ti3Al基钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo钛合金箔材已制成导弹尾翼和燃烧室喷管密封片等。美国的超高声速载人飞行器的热防护系统采用了Ti1100钛合金作为防热瓦,火箭运载器X-33采用钛合金作为其机身背风面大面积防热系统材料。美国钛金属公司(Timet)研制的β21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si)已被美国国家宇航局确定用于美国国家航空航天飞机的机身和机翼壁板.美国的Bodycote、ADMA等公司采用粉末冶金方法生产各种导弹武器用的钛合金部件。美国的休斯公司、BAE 公司等采用超塑成形技术制造钛合金导弹外壳,推进剂贮箱等,不但减轻了重量,而且减少费用30%~40%。

美国《洛杉矶时报》称,美国计划在2018年执行“猎户座”无人环月飞行任务,它将绕月球飞行约3个星期。真正的载人飞行将在2021年进行。材料和技术的新一轮角逐开始了。

钛合金

西欧为了同美日抗衡,近50年来,大大加快以军事为背景的钛合金的应用研究。其中法国使用新合金Ti-17制造了GE90和M88发动机零件,其工作温度为350℃~400℃。用Ti-6242和Ti-6246合金制造了MTP390发动机的零件。法国人还利用Ti-6246合金制造了阿里亚娜-5发射器的结构零件,将β-CEZ钛合金用于M88-X 未来型发动机中,其工作温度为400℃~450℃,另外法国还开发了β-CEZ合金的SPF-DB板材成型工艺,并生产了该钛合金的精密铸件,用于空中客车民航客机的舱门滑动装置。英国在钛合金应用方面也取得了一定成绩,如IMI834钛合金广泛用于罗尔斯-罗伊斯Trent700发动机中,其工作温度可达600℃,重量比镍基超合金同等部件减轻50kg。

俄罗斯作为美国竞争对手一直注重航空航天上钛材的使用量。其航空工业主要使用三种钛合金:(1)板材用合金;(2)锻件、紧固件用合金;(3)铸造合金。板材用合金主要是074系列中等强度,加工性能好的钛合金如BT1-00,BT1-0 等。锻件用合金主要有BT22,其淬透深度可达200mm,可用于制造各种高负载航空零件。铸造合金有BT18y,BT36后者是使用温度最高的合金,推荐使用温度为550℃~600℃,并用它制造了压气机盘。航空紧固件广泛使用BT16合金。1957年10 月,世界上第一颗人造地球卫星Sputnik1在俄罗斯发射成功,开创了人类航天新纪元。俄罗斯钛在航天工程上应用的实例很多。如"能源-暴风雪"号、"和平-1"号、"进步"号、"金星"号、"月球"号航天器中均广泛使用了钛及钛合金材料,用OT4合金板材制造液体燃料火箭发动机的燃烧仓和"和平-1"号轨道站对接件,用OT4-1合金制造发动机吊架构件、燃料箱、管接头和托架等。BT5-1和ПT3B合金用于制造容器-增压系统蓄压器和低温液体储存箱,BT5-1合金还用于制造液氢输送泵的叶轮。此外,TH1合金还用作天线、推杆、接触器及航天减震部件等。

日本在火箭上应用钛合金的历史可追溯到1968年。日本第一颗试验卫星"大角"号使用了Ti-2Al-2Mn钛合金。其他应用的例子有机翼的前缘部位、喷嘴的夹持器、多级火箭的断裂接头部位等。日本研制的低温结构钛合金LT700(Ti-3Al-5Sn-1Mo-0.2Si)已用来制作液氢涡轮泵。

中国在"太空之路"上已取得了令世界瞩目的成就。从1970年4月24日长征一号运载火箭将"东方红一号"卫星送上预定的轨道以来,我国已经发射了长征系列运载火箭和神舟系列飞船,这些航天器上均使用了钛材。如我国研制的液氢环境下使用的低温TA7ELI钛合金气瓶已用于CZ-XX系列运载火箭;我国还用BT20钛合金制造导弹的外壳体和燃料油箱壳体;用TC4ELI钛合金制造运载火箭的低温液氧、液氢高压气瓶等。

宝钛集团有限公司作为国家高新科技企业,曾先后为我国神舟1~10号飞船提供了重要的钛金属材料,包括合金棒材、锻件、环材、管材、板材等,为神舟系列的发射成功做出了贡献,也为东方红卫星、长征系列火箭和系列导弹等提供了关键的结构材料。
我国载人飞船各舱段的结构材料的内部结构为耐热钛合金;我国航天飞机的轨道器的支承主发动机的推力结构用钛合金制造。此外,钛合金还用于制造火箭机盘、导弹基座构件、导弹动力叶片套等。我国研制的TB2合金(Ti-3Al-5Mo-5V-8Cr),于1984年首次应用于卫星星箭连接带,目前已用于各种型号卫星20多次;TB10合金(Ti-3Al-5Mo-5V-2Cr)已用于航天结构件、飞机机身、机翼结构中的锻造零件;NINCT20 钛合金不仅可用于火箭发动机管路系统,而且还可广泛用于宇航工业形状复杂的低温管路系统。此外,我国制造的航天钛手表也引起了世人的关注。这种钛合金手表重量仅为94克,且精确无比。

经过40多年的研究,我国在这个领域取得了可喜的成绩。从“东方红”卫星上天到“神舟”飞船发射成功以及新型战机问世等,这其中都有钛合金的贡献。“九五”期间,为满足航空航天等部门需要国家把钛合金作为新材料的发展重点之一。“十五”期间又进一步开发航空航天用高温钛合金、阻燃钛合金、高强钛合金、TiAl金属间化合物、钛基复合材料。相信,通过“十五”攻关,一批新型钛合金将在航天事业中再立新功。

钛合金前途

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