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航空宇宙機器部品に使用される機械加工のチタン材料

キーワード:チタン合金エンジン材料、チタン合金航空機機器部品、チタン合金部品加工、高温チタン合金、Ti-6242S、BT36、Ti60
チタン合金は、高い比強度、良好な耐食性および高温耐性という利点を有する。 チタン合金は、1950年代から航空宇宙産業で急速に発展してきました。 チタン合金は現代の航空機およびエンジンの主要構造材料の一つであり、それは航空機の重量を減らしそして構造効率を改善することができる。 航空機材料中のチタンの割合:旅客機ボーイング777の7%、輸送機C-17の10.3%、戦闘機F-4の8%、F-15の25.8%、およびF-22の39%。


高性能航空エンジンの開発は、高温チタン合金の開発を推進しており、チタン合金の使用温度は徐々に上昇している。 1950年代以来、350℃でTi-6Al-4V合金に代表されています。 IMI679とIMI829の開発後、IMI834アロイに代表される600℃にアップグレードされました。 現在、世界の最先端の高温チタン合金には、Ti-6242S、米国のTi-1100、英国のIMI 834、ロシアのBT 36、中国のTi-60があります。 表2は、600℃における主高温チタン合金の組成および性能特性を示す。
典型的な高温チタン合金の性能特性
表2:代表的な高温用チタン合金の性能特性

Ti − 6242S(Ti − 6Al − 2Sn − 4Zr − 2Mo − 0.1Si)チタン合金は、チタン合金の高温性能を改善する必要性を満たすために1960年代に米国で開発された。 特に、ニアアルファチタン合金はジェットエンジンの要求を満たすために開発された。 この合金の最高使用温度は540℃であり、室温σb = 930MPaである。 それは強度、クリープ強度、靭性および熱安定性の良好な組み合わせによって特徴付けられる。 そして、主にガスタービンエンジン部品、エンジン構造部品、航空機本体ホットエンド部品に使用される良好な溶接性能を持っています。

TI-6242S


BT36(Ti - 6.2A1 - 2Sn - 3.6Zr - 0.7Mo - 0.1Y - 5.0W - 0.15Si)合金は首尾よくロシアで600から650℃の温度で開発されたチタン合金です。 合金に5%Wおよび約0.1%Yを添加した。 Wの添加は、合金の熱強度を増加させることに大きな影響を与える。 少量のYを添加することによって、合金の粒径を著しく微細化することができ、合金の可塑性および熱安定性が改善される。

Ti60(Ti − 5.8Al − 4.8Sn − 2.0Zr − 1.0Mo − 0.35Si − 0.85Nd)合金。 600℃の高温チタン合金は、中国科学アカデミーの金属研究所と宝鶏非鉄金属加工工場によってTi55合金に基づいて開発されました。 Ti60合金の1つの特徴は、合金に1%のNd(質量分率)を添加することである。 Nd、SnおよびOに富む希土類相は、マトリックス中の酸素含有量を減らすために内部酸化によって形成される。 従って、それはマトリックスを精製しそして合金の熱安定性を改善するのに役割を果たす。 半工業的パイロット試験(圧縮機ディスクの型鍛造を含む)および包括的な性能測定をTi 60合金で行った。

国内外の研究状況によると、高温チタン合金の将来の開発動向は次のとおりです。
(1)600℃以上の高温チタン合金を新たに開発した。 高温チタン合金の使用温度を改善するために既存の高温チタン合金の組成の調整、加工技術の改善、または新しい高温チタン合金の開発が可能です。

(2)高温チタン合金中の希土類元素の役割はさらに研究されるべきである。 中国で開発された希土類元素を含む高温チタン合金は600℃の温度に達しており、優れた性能を持っています。 しかしながら、合金中の希土類元素のメカニズムはさらなる研究を必要とし、希土類元素を含有する高温チタン合金の開発のための理論的基礎を築く。
(3)合金は多強度強化の方向に成長する。 Ti ‐ Al ‐ Sn ‐ Zr ‐ Mo ‐ Si‐(RE)系は主にニアαチタン合金で構成されている; Si元素は高温チタン合金に不可欠な元素である。
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