Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Титан — один из самых распространенных элементов в земной коре. Уникальный комплекс свойств титановых сплавов, сочетающих малую плотность, высокую прочность, коррозионную и термическую стойкость, определил области его применения. Титановые сплавы широко применяются в авиационной и ракетно-космической технике, судостроении, химическом и энергетическом машиностроении, медицине. Они перспективны в автомобилестроении. Особый интерес представляет использование титановых сплавов в точном приборостроении, где требуется сочетание высокой удельной прочности и инертности при взаимодействии с материалами иной химической природы при действии значительных нагрузок.
Из титановых сплавов могут быть изготовлены детали широкой номенклатуры: крупногабаритные поковки, штамповки, катаные и кованые плиты, а также полуфабрикаты мелкого сечения, такие как прутки, листовой прокат для силовых конструкций, в том числе длительно работающих при температурах до 350 °С. Наибольшее распространение получили технологии штамповки и сварки оболочек из титановых сплавов при изготовлении корпусов летательных аппаратов, подводных лодок, шар-баллонов высокого давления. В точном приборостроении детали из титановых сплавов выполняют, главным образом, методами механической обработки с низкими показателями использования материала и большой трудоемкостью. Поэтому разработку новых энергоэффективных и высокопроизводительных технологий производства деталей точного приборостроения из титановых сплавов смело можно отнести к числу приоритетных задач технологического развития.
Среди прогрессивных способов получения металлических деталей сложной формы с высоким коэффициентом использования материала выделяются технологии переработки порошковых смесей. Сравнительно недавно, наряду с уже хорошо освоенными технологиями спекания, получили развитие технологии литья под давлением металлополимерных смесей. За рубежом подобная технология получила наименование Metal Injection Molding (MIM).
Суть технологии заключается в приготовлении металлополимерной смеси, формования из нее заготовки детали путем консолидации смеси под действием умеренной силовой нагрузки, удаление органического связующего и спекание заготовки. Достоинствами метода является не только высокая производительность и высокая размерная точность, но и возможность производства деталей сложной формы с малыми потерями металла и регулируемым качества поверхности.
Вместе с тем в нашей стране технологии литья под давлением металлополимерных смесей пока освоены лишь для ограниченного набора металлов (стали и медные сплавы). Номенклатура порошковых материалов отечественного производства весьма узкая, а их поставки из-за рубежа затруднительны или вообще невозможны. Отечественные технологические регламенты и стандарты для данной технологии находятся в стадии разработки. В силу ограниченной информации нет оснований для прямого переноса зарубежного опыта на выполнение технологических экспериментов с литьем титано-полимерных порошковых смесей. Таким образом, налицо все признаки актуальности темы диссертационной работы, результаты которой могут обеспечить заметный прогресс в совершенствования производства ответственных деталей точного приборостроения.
В 1950-х годах в США впервые был разработан титановый сплав Ti-13V-11Cr-3Al в скоростных самолетах ДРЛО, благодаря чему этот легкий, высокопрочный, термообрабатываемый сплав использовался для полетов. В 1960-х годах титановый сплав широко использовался в невоенных авиационных двигателях и широкофюзеляжных реактивных самолетах, таких как Boeing 747. В 1970-е годы применение титановых сплавов в авиационной промышленности составляло около 80% всего рынка титановых сплавов в США. В других развитых странах, таких как Европа, Россия и Япония, Титан и титановые сплавы, применяемые на самолетах, значительно возросли. Титан — еще один новый легкий конструкционный материал, применяемый в аэрокосмической и авиационной области после стального и алюминиевого сплава, и его уровень применения стал важным показателем для измерения передового уровня выбора авиационного материала [1].
Титановый сплав является одним из важных конструкционных материалов корпуса и рамы самолета. Как вид материала для снижения веса, титановый сплав, используемый в коммерческих и военных самолетах, неуклонно растет в последние 50 лет, и использование титанового сплава на военных самолетах достигло около 30...40 % [2]. Соединенные Штаты-первая страна, которая успешно применила конструкторские критерии безопасности повреждений и устойчивости к повреждениям к современным истребителям. Истребитель F-22 использует большое количество титанового сплава с устойчивостью к повреждениям и его большие интегральные компоненты для удовлетворения конструктивных требований высокой потери веса и длительного срока службы. Количество титанового сплава в гражданских самолетах также может составлять около 10...15 % от его общего использования, среди которых планер Boeing 787 достигает 15 %, что устанавливает самый высокий рекорд титанового сплава, используемого в планере. Фюзеляж современных самолетов, гидравлические трубы, шасси, оконные рамы кабины пилотов, обшивка, крепежные элементы, двери, конструкция крыла, лопасти вентилятора, лопасти компрессора и другие детали в основном изготавливаются из титанового сплава.
Титановый сплав является основным авиационным материалом газотурбинного двигателя, на долю которого приходится около 30% конструкционного качества современного турбореактивного двигателя. Титановый сплав для конструкции двигателя может еще больше снизить качество лопатки компрессора и лопатки вентилятора, продлить срок службы деталей и цикл ремонта, чтобы обеспечить безопасность и устойчивость самолета. Лопатки компрессора и компрессорный комплект являются самыми ранними деталями двигателя из титанового сплава, современные реактивные двигатели с большими передними лопатками вентилятора и спиннингом также изготавливаются из титанового сплава, эти детали требуют материалов в условиях высокой температуры (300...600 °С), обладают высокой удельной прочностью, высокой термостойкостью на ползучесть, усталостной прочностью, прочностью на разрыв и стабильностью [3].
С улучшением тяговооруженности авиационного двигателя, повышением температуры выхода компрессора высокого давления, приводящим к повышению температуры лопатки и диска, твердым раствором упрочняющего титанового сплава самая высокая рабочая температура повышается с 350 до 600 °С. Альфа-Бета титановые сплавы Ti-6AI-4V основной материал под 400 °С для лопастей вентилятора и компрессора, лопастей уровня [4]. В настоящее время лопасти вентилятора и другие детали реактивных двигателей в основном изготавливаются из новых оболочек из титанового сплава. Например, оболочка из титанового сплава, используемая на передней части и наконечнике лопастей вентилятора двигателя 747-8GENX, была заменена только три раза за 10 лет, доказывая, что лопасти вентилятора из титанового сплава выдержали строгие испытания на самолете Boeing 777 [5].
Титан и его сплавы нашли большой и разнообразный рынок в аэрокосмической промышленности, такой как коммерческие и военные самолеты, космические приложения, ракеты и различные подсистемы, такие как двигатели и аксессуары. Lkalloy имеет большой ассортимент материалов, готовых к немедленной поставке в аэрокосмическую промышленность. Мы даже создали коллекцию других аэрокосмических марок из нержавеющей стали, никеля и сплавов на основе меди, чтобы удовлетворить потребности более требовательных к безопасности критически важных компонентов [6].
