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航空産業におけるチタン合金製品の特定用途

難燃性チタン合金デビュー
「チタンスパーク」を回避するために、ロシアは銅を含有する高容量BTT-1およびBTT-3難燃性チタン合金を開発しましたが、それらはそれらの劣った機械的性質および鋳造特性のためまだ工業化されていません。 最近米国で発明されたアロイック(Ti − 35V − 15Cr)難燃性チタン合金は、F119エンジンの高圧圧縮機ハウジング、ベーンおよびベクターテールノズル(F / A − 22パワーユニット)戦闘機にうまく適用された。 これは、高温チタン合金の分野における最新のハイライトであり、チタン合金の歴史に入る最初のベータ型チタン合金および難燃性チタン合金である。
この合金は3つの難燃性原則を持っています。
まず、外国およびいくつかの航空宇宙材料研究機関による研究結果が示しています。 回転子部品と固定子部品が相対摩擦によって加熱されると、低融点(675℃)V 2 O 5の最初の溶融は、熱を吸収し、潤滑化し、酸化膜の内部応力を減少させるように働く。

第二に、ノースウエスト非鉄金属研究所によって行われた実験は、合金の熱伝導率が通常のチタン合金のそれよりはるかに高いことを示しています。
第三に、CALPHAD技術を用いた北京非鉄金属研究所の結果は、合金の組成が可能な限り「断熱燃焼温度」の要件を満たすことを示しています。
適切な材料およびノースウエスト研究所と共同開発した低温耐性チタン合金のTi-40で着色KARIは、インストールテストを待つために開発されました。 表面難燃性合金を形成するための金属浸透技術の使用は、他の比較的安価な技術的方法である。


航空機エンジン用チタン合金材料-α

チタンマトリックス複合材料の初期夜明け
長年にわたり、世界はチタンベースの複合材料(TMC)のエンジニアリングに取り組んできました、そして最近F119エンジンに適用されました。 すなわち、SiC繊維Ti − 6242S複合材料を用いてベクトルノズルドライバーピストンを製造する。 少し前までは、オランダの航空機着陸装置開発会社であるSP Aerospaceは、オランダ王国空軍がチタンベースの複合主着陸装置の後部ピラーでF-16をテストしたと発表しました。 オリジナルの300M鋼と比較して、新しい材料は40%重量を減らすことができます、そして、コストは戦闘機デザインによって認識されるインデックスに近いです。 したがって、ロッキードマーチンはまた、このTMC材料を使用してF-35ジョイントアタック機の着陸装置部品を製造する予定です。 中空ワイドコードファンブレードを製造するためにTi − 6Al − 4V合金の代わりにTMCを使用することのコストはより低いと言われている。

繊維/チタンラミネート
層間ハイブリッド材料(図3に示す)は、単一の金属材料よりも比強度と疲労寿命が高く、繊維強化複合材料よりもはるかに安価であるため、大きな関心を集めています。 1980年代以来、この材料は第一世代のARALL(アラミド繊維アルミニウム合金ラミネート)、第二世代のGLARE(ガラス繊維アルミニウム合金ラミネート)を受けています。 第3世代のCARE(炭素繊維アルミニウム合金ラミネート)は、第4世代のTiGr(グラファイト繊維チタン合金ラミネート)に開発されました。
材料研究所によって開発された簡単な経路は、元の舵アルミニウムリベット孔が亀裂伝播解決するために、ARALL中国語J-8ラダーのII使用されてきました。 GLAREはA380胴体サイディングおよびテールフィンに広く使用されていますが、TiGrはB7E7翼および胴体スキンを製造するために使用されています。 TIGRはハニカムサンドイッチパネルにも使用できます。 実際には、自動的に配置されたTiGr積層体の性能が手で配置されたTiGr積層体の性能よりも優れていることが示されている。 炭素繊維とアルミニウム合金との間の接触腐食の問題を解決することは困難であるため、今日までのところ、CAREには市販製品がない。 TiGrは電気化学的腐食の問題がなく、全体的な性能(特に比強度および高温性能)をさらに向上させることができる。

航空エンジン用チタン合金ブレードショットピーニング
超塑性チタン合金はユニークです
超塑性成形、等温鍛造および近等温鍛造などの先端技術の優位性はそれ自身の開発を促進してきた。しかしながら、過度の鍛造温度によって引き起こされる高価な金型製造および加熱の問題は、製品コストのさらなる低減およびプロセス技術のさらなる応用に影響を与える。そこで、日本はSP700(Ti-4.5Al-3v-2Fe-1Mo)合金を発表しました。これはSP(超塑性略称)を持つ最初のチタン合金です。Ti − 6Al − 4Vと比較して、等温鍛造または超塑性成形の温度は120℃(すなわち900℃から780℃)低下し、最適な超塑性条件下での伸びは2倍(すなわち1000から)である。 %)は2000%に増加しました。Ti-6Al-4Vと比較して、SP700は優れた機械的性質、熱処理硬化性および冷間加工性も持っています。SP700が上記の優れた特性を有する重要な理由は、SP700が同じプロセス条件下でより微細な粒径のTi − 6Al − 4V(それぞれ2マイクロメートルおよび5マイクロメートル)を得ることができることである。そのため、SP700はゴルフクラブやモンキーレンチなどのスポーツ用品製造用の新しいエンジニアリング合金として使用されています。また、世界中の航空業界の注目を集めており、航空機やエンジン部品への適用の可能性を検討しています。

超大型構造部材の鍛造プロセスにおける残留音波ビーム
構造効率を改善し、構造重量を減らし、生産サイクルを短縮し、そして生産コストを削減するために、構造統合は先進航空機の重要な開発方向です。F / A-22の胴体フレームは、これまでにない大きなチタン鍛造品を必要とするモノリシック構造をしています。F / A22中間体には4つの大型Ti-6Al-4V一体型フレームがあり、最大の "583"フレーム鍛造品の重量は2770 kgで、投影面積は5.53平方メートルで、これまでで最大の航空宇宙用チタン鍛造品です。F / A-22後部胴体のエンジンルームフレームも大きいです。 Weiman Gordonは、45,000トンの油圧プレスでフレームダイ鍛造品を製造しています。鍛造品の長さは3.8メートル、幅は1.7メートル、投影面積は5.2平方メートル、重さは1590キログラムです。従来のTi − 6Al − 4V合金の型鍛造変形抵抗によれば、このような大きな投影面積鍛造は鍛造することが不可能である。既知の状況は、同社が超大型チタン鍛造品の形状と微細構造を確保するために3つの重要な技術を使用していることを示しています。
まず、優れた潤滑剤を使用して変形抵抗を減らします。
2つ目は、コンピューターの有限要素法を使用して、金型鍛造プロセスの金属レオロジーと充填条件をシミュレートし、最終的な形状とサイズを保証できるプロセス(金型とプリフォームの設計を含む)を決定することです。
3つ目は、最終鍛造品の構造特性を確保するために、プロセス全体を通してプロセス設計(パンチングから最終型鍛造まで)を行うことです。
私たちはこの「コンサート」の美しさを大体感じることができますが。 45000tの油圧プレスで大きな鍛造品が鍛造される理由はまだ完全には理解されていませんが、謎や他の可能性を探るためにビームの残響を味わう必要があります。


チタン合金着陸装置

金属型精密鋳造プロセス再開
昔、人々はチタン合金鋳造の金属鋳造(長期鋳造)の可能性を否定しました。 しかしながら、最近の米国におけるPratt&Whitneyの実施は、金属の種類がチタン合金鋳造に適しているだけではないことを示している。 さらに、セラミックタイプ(溶接金型)と比較して、コストを40%削減し、汚染を減らし、より優れた引張強度と疲労強度を持つチタン合金精密鋳造品を得ることができ、さらにチタン合金鍛造品の性能と比較できます。 Pratt&Whitneyは金属タイプの精密鋳造技術を使用して、F119エンジンの4番目と5番目の高圧コンプレッサー用の難燃性チタン合金羽根を製造しています。 同社はまた、ファンブレードを含むローターブレードの製造に使用される金属タイプの精密鋳造プロセスの可能性を探求する予定です。

大規模構造鋳造プロセスは優勢です
最近、航空用チタン合金の技術開発における最も輝かしい「輝点」は、大規模な一体構造部品のインベストメント鋳造法である。米国と中国の先進エンジンの中には、この技術を使用して一体型ケーシングを製造しているものがあります。より顕著なものです:Ti-6Al-4V合金製のF / A22垂直テールラダーアクチュエータ、およびV22チルトローター航空機のアダプターシートなどの6つの大型一体構造は、この新しい精密鋳造プロセスを使用しています。例としてV-22アダプターを取ります。 それはもともと43の部品と536のファスナーから組み立てられました。それがソリッド鋳物になると、3つの部品と32個の締め付け部品で組み立てられています。これは生産サイクル(加工と取り付け時間が62%減少しました。)を大幅に短縮し、構造重量を30%まで減らしました。F / A22の2つの最大の一体型キャスティングは2つのTi-6Al-4Vジョイントで、両サイドにオーガニックウイングがあります(製品重量はそれぞれ87kgと58kg)。これらの重要なコンポーネントによるキャスティングの大胆な使用は、主に重要なテクノロジとその重要な効果に依存しています。 3つの主要技術
一つは高レベルで正確なコンピュータシミュレーション技術です。
第二は、熱間静水圧プレス技術(大型機器を含む)です。
3つ目は、新しいタイプのベータ熱処理技術です。
顕著な効果は、形状、集合組織および冶金学的品質を精密に制御した大きくて複雑な精密鋳造品を同時にうまく開発することができ、許容応力および安全信頼性を鍛造品と同等にすることができることである。
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