Развитие отечественных жаропрочных титановых сплавов отстает от развитых стран, таких как США, Великобритания, Россия. На раннем этапе она в основном основывалась на подражании зрелым зарубежным брендам.
После долгих поисков и поисков научных исследователей постепенно сформировалась система из жаропрочного титанового сплава с добавлением редкоземельных элементов. Среди них наиболее типичными являются жаропрочные титановые сплавы Ti60, Ti600 и TG6 для авиационных двигателей при температуре 600°C. Жаропрочные титановые сплавы Ti65 и Ti750 используются в течение коротких периодов времени при температуре выше 600°C.
Чтобы обеспечить более высокую термическую прочность жаропрочных титановых сплавов, Ti60 имеет более высокую степень легирования, а также добавляется более высокое содержание Al, Sn, Si и других элементов. Состав: Ti–5.6Al–4.8Sn–2.0Zr–1.0Mo–1.0 Nd–0.35Si. Введение следового редкоземельного элемента Nd не только значительно улучшает исходную структуру сплава Ti60, но и улучшает стойкость к окислению. С одной стороны, добавление редкоземельных элементов может внутренне окисляться с образованием оксидов редкоземельных элементов, очищать матрицу и улучшать термическую стабильность; С другой стороны, коэффициент теплового расширения дисперсных и осажденных частиц оксида редкоземельных элементов отличается от коэффициента теплового расширения матрицы, и вокруг него легко образуются дислокационные кольца при охлаждении. Может дополнительно укрепить матрицу. В настоящее время Ti60 вышел на стадию опытного производства мелкосерийных полуфабрикатов.
Характерной особенностью Ti600 является добавление 0,1% редкоземельного элемента Y, а состав Ti–6.0Al–2.8Sn–4.0Zr–0.4Mo–0.45Si–0.1Y. По сравнению с зарубежными жаропрочными титановыми сплавами при температуре 600 °C, Ti600 имеет очевидные преимущества в характеристиках ползучести при условии обеспечения той же температуры в помещении и высоких температурных механических свойств. При тех же условиях нагружения напряжением остаточная деформация ниже, а производительность сварки хорошая. В настоящее время он завершил опытно-промышленные испытания и вступил в стадию индустриализации. Продукция в основном включает в себя пластины, прутки, малогабаритные клапаны, поковки и т. Д.
Характерной особенностью TG6 является замена Mo слабым β-стабилизирующим элементом Ta, увеличение содержания Si и добавление 0,06% C для расширения окна обработки двухфазной зоны. Состав: Ti–5.8Al–4.0Sn–4.0Zr–0.4Si–0.7Nb–1.5Ta -0.06C. Высокое содержание кремния значительно улучшает сопротивление ползучести сплава. Определенное количество элемента Ta, как β-стабилизирующего элемента, может эффективно улучшать его производительность при одновременном повышении прочности. В настоящее время сплав используется в производстве деталей компрессоров для авиационных двигателей с температурой ниже 600°C. Для краткосрочного применения жаропрочный титановый сплав Ti65 при температуре выше 600 °C имеет состав Ti–5.9Al–4Sn–3.5Zr–0.3Mo–0.3Nb–2.0Ta–0.4Si–1.0W–0.05C. Температура длительного использования составляет 650 °C, а температура кратковременного использования может достигать 750 °C. По сравнению с жаропрочным титановым сплавом с температурой 600 °C, добавление слабого β-стабилизирующего элемента Ta и элемента с высокой температурой плавления W не только эффективно компенсирует потерю прочности сплава, вызванную уменьшением нейтральных элементов Sn и Zr, но и улучшает сопротивление ползучести и долговечность Введение микроэлемента С также эффективно улучшает относительную температурную чувствительность исходного α при термической обработке верхней части двухфазного расширяет окно обработки двухфазной зоны и обеспечивает наилучшее соответствие прочности, ударной вязкости, ползучести и усталостных свойств. В настоящее время сплав все еще находится на стадии исследований и разработок.
Ti750 в настоящее время является самым высокотемпературным жаропрочным титановым сплавом, используемым в Китае. Его состав — Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6W-0.3Si, а температура кратковременного использования может достигать 750°C. Типичной особенностью является использование элемента W для улучшения высокотемпературных характеристик и элемента Si для улучшения сопротивления ползучести сплава. Однако содержание алюминия в Ti750 относительно высокое. После длительного старения или термического воздействия выпадает в осадок определенная упорядоченная фаза Ti3X (X есть Al, Sn и т.д.). ), что приводит к серьезному снижению пластичности и ударной вязкости сплава при комнатной температуре.
Таким образом, температура длительного использования жаропрочных титановых сплавов в мире не может превышать 600°C. Основная причина заключается в том, что температура использования выше 600°C. С одной стороны, трудно согласовать и согласовать термическую прочность и термическую стабильность сплава; Окислительные свойства резко падают, что приводит к снижению термической стабильности и усталостных характеристик. В соответствии с деталями, используемыми в компрессорной части авиационных двигателей, также существует риск возгорания титана. Возможные решения:
- Ищите новые дополнительные элементы.
- Полагайтесь на роль редкоземельных элементов: внутреннее окисление образует оксид редкоземельных элементов для очистки матрицы, использование разницы между окислением редкоземельных элементов и коэффициентом теплового расширения матрицы для формирования дислокационных колец в процессе охлаждения для укрепления матрицы, измельчения литых зерен и улучшения термической стабильности. Поэтому необходимо в полной мере изучить роль редкоземельных элементов.
- Разумно регламентировать и контролировать технологию термической обработки и систему термообработки. Благодаря точному контролю процесса термической обработки, включая контроль температуры термической обработки, скорости деформации, величины деформации и последующей скорости охлаждения, можно добиться точного прогнозирования структуры. Соответствующие характеристики структуры и точный организационный контроль имеют решающее значение для поиска наилучшего общего режима согласования характеристик сплава. Для некоторых сплавов с требованиями к эксплуатационным характеристикам в определенном направлении процесс деформации также можно контролировать, чтобы сформировать предпочтительную ориентацию вдоль этого направления, тем самым улучшая его характеристики в определенном направлении.
- Проведено большое количество исследований по антиокислительным покрытиям сплавов.
