Материал: Специальные сплавы в аэрокосмической технике. Миленин А.В., Ожерельев В.В
ного комплекса свойств, обеспечивающих заданный ресурс работы изделия в целом. Сплав ВТ23М – логичное развитие современных высокопрочных титановых сплавов. Это перспективный сплав для применения в новых конструкциях изделий авиастроения, ракетостроения и космической техники.
Сплав ВТ43 является высокопрочным свариваемым сплавом с пределом прочности 1200-1300 МПа, нашедшим широкое применение в производстве деталей монолитных, сварных и паяных конструкциях самолетов, ракет и космических аппаратов (рис. 29) [24].
Рис. 29. Силовой набор фюзеляжа самолета [20]
Сплав ВТ22 – свариваемый титановый сплав ( в = 1030 МПа, 0,2 = 950 МПа) с высокой прокаливаемостью. Микроструктура околошовной зоны сварного соединения представлена на рис.30.
Из него изготавливают крупногабаритные детали внутреннего силового набора, детали и узлы шасси. Сплав широко применяется в конструкциях самолетов Ил-76, Ил-86, Ил-96, Як-42, Бе-200, Ту-204,
МиГ-29, Т-50.
Сплав ВТ22М – усовершенствованный свариваемый сплав ( в = 1100 МПа, 0,2 = 1020 МПа). Используется аналогично сплаву ВТ22.
46
Сплав ВТ22И является высокотехнологичным сплавом, используемым в производстве точных штамповок методом изотермического деформирования в условиях сверхпластичности, обеспечивающей изготовление термостойких деталей сложной конфигурации с однородной мелкозернистой структурой, высоким и устойчивым уровнем механических свойств (крышек люков, кронштейнов, панелей и др.).
Рис. 30. Микроструктура околошовной зоны соединения из сплава ВТ22 толщиной 60 мм, х400:
а) после сварки; б) после отжига при 750 ºС [15]
4.3. Жаропрочные титановые сплавы
Жаропрочность Ti сплавов в сравнении, с Ni сплавами, невелика, хотя Niимеет более низкую температуруплавления. Это связано с тем, что Ti свойственно явление полиморфизма (α→β при 882,5 ºС). При этом характеристики прочности Ti резко снижаются из-за увеличения подвижности атомов. Для получения жаропрочных титановых сплавов используют легирующие элементы (Al), повышающие температуру полиморфного превращения.
Диаграмма состояния системы Ti - Al приведена на рис.31. При высоких значениях концентрации Al получают интерме-
таллидные сплавы, которые по жаропрочности превосходят Ni сплавы. При этом вредное влияние аллотропического превращения прекращается и основой сплава становится химическое соединение TiAl (γ-фаза), модификации Ti исчезают. В сплавах, содержащих меньшее количество Al, основой является интерметаллидное со-
47
единение Ti3Al (α2- фаза) и модификации Ti существуют, но Тпп > 1100 ºС, что превышает рекомендуемую температуру эксплуатации этого сплава.
Рис. 31. Диаграмма состояния титан – алюминий как основа для разработки жаропрочных титановых сплавов [5]
Для создания титановыхсплавов необходимо наличие:
–бинарной системы титан-алюминий (основы сплава);
–легирующего элемента (типа изоморфных β-стабилизаторов (Mo, Nb) и нейтрального упрочнителя (Sn, Zr));
–для сложнолегированных сплавах использование эвтектоидных β-стабилизаторов (C, Fe), но с обязательным присутствием достаточного количества изоморфных β-стабилизаторов необходимых для блокировки реакции эвтектоидного распада, способной вызывать хрупкость;
–микролегирования Si и C для дополнительного повышения жаропрочности.
Влияние олова, циркония, алюминия на жаропрочность приведено на рис.32.
48
Рис. 32. Температурнаязависимостьпрочности бинарных титановых сплавовпо сравнениюспрочностьютитанатехнической чистоты [15]
Cплав ВТ3-1 используют для получения катанных и прессованных профилей; катаных, прессованных и кованых прутков; различных поковок и штамповок; полос, плит, раскатных колец; в опытном порядке - труб. Сплав удовлетворительно сваривается всеми видами сварки (применяемыми для Ti) с последующим отжигом, необходимым для восстановления пластичности сварного соединения. Микроструктура сплава представлена на рис. 33. Сплав ВТЗ-1 нашел широкое применение используется при изготовлении деталей двигателей, работающих длительное время при температурах до 400 °С.
В вертолетах титановые сплавы ВТ 3-1 главным образом используются для деталей системы несущего винта и привода, а также системы управления.
Сплав ВТ18ч – листовой конструкционный сплав высокотемпературного (до 600 ºС) применения. Прочностные характеристики: в = 1000-1200 МПа, 0,2 = 950-1150 МПа. Применяется для изготовленияобшивок самолетов, ракет, в конструкциях двигателей.
Сплав ВТ38 является жаропрочным, жаростойким с пониженной окисляемости, рабочей температурой до 650 ºС. Прочностные характеристики: в = 970 МПа, 0,2 = 530 МПа при температуре 650
49
ºС. Применяется для изготовления обшивок самолетов, ракет, в конструкциях двигателей.
Рис. 33. Микроструктура сплава ВТ3-1, х500: а) после отжига; б) после закалки с 800 ºС; в) после старения при 480 ºС [15]
4.4. Сплавы для фасонного литья
Литейные титановые сплавы отличаются малой склонностью к образованию горячих трещин, линейной усадкой равной 1 %, объемной усадкой - 3 %. Отливки изготавливаются методом фасонного литья в чугунные, стальные, специальные формы.
Литейные титановые сплавы обладают более низкими механическими свойствами, чем деформируемые соответствующей марки. Упрочняемая термическая обработка к ним не применяется, так как приводит к резкому снижению пластичности.
Одной из особенностей литейных Ti сплавов является то, что в их структуре отсутствует эвтектика. Образование эвтектика возможно только в тех сплавах, в которых концентрация второго компонента значительно превосходят пределы легирования промыш-
50