Progrés de l'aplicació de la tecnologia de càsting de precisió d'aliatge de titani al camp aeroespacial

I. Antecedents del tema

Per satisfer la demanda de parts estructurals de metall de rendiment altes - en l'actualització de vehicles aeroespacials, les tecnologies de producció i els materials utilitzats per a aquests components milloren i evolucionen contínuament. Els aliatges de titani es caracteritzen per baixa densitat, una gran resistència específica, una forta resistència a la corrosió i una excel·lent resistència a la temperatura -. S’utilitzen àmpliament en la càrrega crítica - que porten components estructurals al camp aeroespacial i el seu ús continua creixent. No obstant això, durant el procés de fabricació de peces d’aliatge de titani, reptes com la força de tall elevada i el desgast ràpid de l’eina condueixen a una baixa eficiència de processament i costos elevats. Aquests factors limiten l’aplicació més àmplia de les parts d’aliatge de titani en baixos - Altitud, armes i vaixells.

La tecnologia de colada d’inversions és una solució eficaç per aconseguir el modelat integrat de mida -, fina - emmurallada i complex - components d’aliatge estructurat de titani, alhora que redueixen els costos de fabricació. Després de dècades de desenvolupament, més del 90% de les foses d’aliatge de titani utilitzades a la indústria aeroespacial es produeixen avui a través de la càsting d’inversions. Actualment, la indústria aeroespacial de la Xina es troba en una etapa de desenvolupament ràpid. El procés de localització s’ha accelerat sota la complexa situació internacional dels darrers anys. Es preveu que la demanda total de precisió de la indústria aeroespacial domèstica superi els 100 mil milions de iuans en el futur.

II. Mètodes de recerca

Aquest treball revisa l'estat actual del càsting de precisió d'aliatge de titani a la indústria aeroespacial dels darrers anys. Resumeix el desenvolupament de tecnologies, materials i aplicacions de productes de precisió de precisió de titani i internacionalment. L’estudi se centra en la fabricació de motlles, la fabricació de closques, la fusió i l’abocament, i publicar el processament - en tecnologia de colada. Cobreix principalment el rendiment de colada i les propietats mecàniques dels aliatges de titani de TC4, High - a prop - aliatges de titani i aliatges d'alumini Titani- en desenvolupament de materials. Pel que fa a les colades de precisió d’aliatge de titani, el treball introdueix principalment components estructurals per als motors aeroespacials. Finalment, resumeix els problemes existents i proposa indicacions futures, com ara establir una base de dades de materials, reduir els costos de producció i desenvolupar programes de simulació de colades.

Iii. Contingut de recerca

(1) Desenvolupament de la tecnologia de càsting de precisió d'aliatge de titani

El procés de producció per a les colades d’inversió d’aliatge de titani inclou principalment la fabricació de motlles de cera, la fabricació de closques, la fusió i l’abocament, i publicar el processament -. Primer, un model de càsting dissenyat amb ordinador - programari de disseny (CAD) de disseny (CAD) es converteix en un motlle de cera mitjançant un motlle o equip de fabricació additiva. A continuació, s’aplica un material refractari de capa multi - a la seva superfície per formar una closca ceràmica. La closca s’escalfa per fondre’s i treure la cera. Després de sinteritzar i ceramicitzar la closca a altes temperatures, l’aliatge de titani fos s’aboca al motlle. Una vegada que el metall es solidifica i es refreda, la closca es trenca per eliminar el sistema de colada i engranatge. Finalment, el càsting experimenta els passos de processament post - com ara tallar, arrabassar, mòlta, inspecció, recollir i reparar per obtenir el producte acabat.

(2) Desenvolupament de precisió

El desenvolupament de la tecnologia de colada de precisió de titani i la de materials d’aliatge de titani repartit es reforcen mútuament. Per utilitzar plenament les propietats úniques dels aliatges de titani i adaptar -se a les seves característiques de colada, s’han de desenvolupar i millorar les tècniques de colada dirigides. A més, per simplificar el procés de càsting i els costos de control, les composicions d’aliatge s’han d’ajustar per optimitzar la castabilitat i publicar el processament -, sense comprometre significativament el rendiment. Sota aquest enfocament iteratiu i progressiu, tant la tecnologia de càsting de precisió de titani com el company de càsting

La tecnologia de càsting per a aliatges convencionals de titani ha millorat contínuament, mentre que s’han desenvolupat nous materials d’aliatge de titani de rendiment High -. El més utilitzat + Titani aliatge a casa i internacional és ZTC4. Entre els aliatges de titani propers -, Zta15 és el més utilitzat. Els aliatges de titani capaços de suportar les temperatures superiors als 550 graus inclouen TI1100, IMI834, TI6242, ZTI55, ZTI60 i ZTI65. Els aliatges Tial tenen una densitat inferior a la de titani convencionals i també ofereixen una excel·lent resistència a la temperatura i resistència a l’oxidació. Poden substituir el níquel - basats en superalls en el rang de temperatura de 600-1000 graus per als motors d'avió. L’aliatge Ti₂alnb ofereix una resistència a la temperatura superior - superior en comparació amb la majoria dels aliatges TIAL, amb una temperatura de funcionament de fins a 800 graus. Té un gran potencial per substituir el níquel de repartiment

(3) Appli

Després de dècades de desenvolupament, les colades de precisió d’aliatge de titani s’utilitzen àmpliament en parts estructurals crítiques dels vehicles aeroespacials. L’ús de components de fosa integralment ha contribuït significativament a millorar l’estabilitat estructural, ampliar la vida útil, reduir el pes global, simplificar el muntatge i reduir els costos de fabricació. Les colades de precisió de titani convencionals s’utilitzen més destacades en aplicacions aeroespacials

L’Institut de Materials Aeronàutics de Beijing s’ha convertit en un proveïdor principal de les plaques de suport per als motors Airbus CFM56 - i també és un proveïdor de foses d’aliatge de titani per als motors LEAP - 1A, 1B i 1C. L’Institut d’Investigació Metal de l’Acadèmia Xinesa de Ciències, l’Institut de Beijing de Materials Aeronàutics, Northwestern Polytechnical University i Harbin Institute of Technology han desenvolupat difusors d’aliatge, fulles i fosa de turbines. Les fulles de turbina de baixa pressió d’aliatge de 45XD produïdes per l’Institut de Recerca Metall han superat els processos d’avaluació i verificació per a la gran quantitat d’empenta XWB de Trent, alt, alt

Les foses d’aliatge de titani també s’utilitzen àmpliament en components de míssils, incloses les aletes de la cua, les carcasses de capçalera, els cossos de coets i els connectors. En vehicles i satèl·lits aeroespacials, les foses d’aliatge de titani s’utilitzen principalment per a suports, plaques, articulacions i càmeres

I

En els darrers anys, l’aplicació de tecnologies, materials i productes de càsting d’aliatge de titani al sector aeroespacial ha fet un progrés notable. La Xina s’ha convertit en líder mundial en el desenvolupament de materials d’aliatge de titani de repartiment. La tecnologia de càsting de precisió d’aliatge de titani ha aconseguit en gran mesura la localització i s’utilitza àmpliament en components estructurals aeroespacials clau. No obstant això, es mantenen les llacunes entre les empreses de càsting de precisió de titani xinès i els seus homòlegs avançats als Estats Units. Alguns

1. Promoció i adopció lenta de nous aliatges de titani de càsting;

2. Dificultat per reduir els costos de producció de les colades de precisió d’aliatge de titani;

3. Tecnologia de simulació de colades d’aliatge de titani subdesenvolupada;

4. Intensa competència de l’avanç ràpid de la fabricació d’additius d’aliatge de titani.

5. Per abordar aquests reptes i millorar el nivell d’aplicació del càsting de precisió d’aliatge de titani, es proposen les mesures següents:

6. Establir una base de dades completa que uneix composicions d’aliatge de titani amb el rendiment de colada i les propietats mecàniques;

7. Apliqueu la tecnologia Twin Digital per optimitzar els processos i reduir els costos de producció;

8. Accelereu el desenvolupament del programari de simulació de colades domèstiques.