항공우주용 티타늄 합금 특성 개발 및 응용

티타늄은 1940년대 산업화 된 이후 초전도성, 메모리 및 기타 장점뿐만 아니라 고강도, 우수한 내식성, 비자성, 우수한 용접 성능 및 기타 장점으로 인해 항공 우주, 군수 산업, 해양 분야에서 널리 사용되었습니다. 다른 장점. 개발, 석유 화학, 발전, 초전도 등의 분야에서 "전능한 금속", "해양 금속", "제3의 금속", "현대 금속" 등의 명성을 얻고 있습니다. 티타늄의 우수한 특성에 대한 지속적인 탐구로 그 적용 범위는 여전히 확장되고 있으며 철강 및 알루미늄 다음으로 세 번째 구조용 금속이 될 것입니다. 국방, 항공, 하이테크 및 기타 분야에서 티타늄의 중요한 역할을 고려하여 미국, 러시아, 영국, 프랑스 및 기타 군사 강국과 일본 및 기타 국가에서 높이 평가되어 21세기 전략적 중요성을 지닌 핵심 구조용 금속입니다. 새로운 합금, 새로운 용융 기술 및 응용 기술을 포함한 티타늄 과학 및 기술의 발전은 급격한 변화를 겪고 있습니다. 중국의 티타늄 산업은 거의 40년 동안 우여곡절을 겪었습니다. 국가의 지원으로 큰 발전을 이루었고 독자적인 티타늄 산업 시스템을 구축했습니다. 2000년 중국은 1,751톤의 티타늄 스펀지와 2,206톤의 티타늄 가공 재료를 생산했습니다. 2008년 중국의 티타늄 스펀지 생산량은 49,632톤으로 8년 동안 27.3배 증가했다. 2008년 중국은 11.6배 증가한 27,737톤의 티타늄 가공 재료를 생산했습니다. 타임스.

티타늄 합금 원료의 높은 비용으로 인해 해외 티타늄 소재의 70% -80%가 항공 및 항공 우주 산업에서 사용됩니다. 우리나라의 항공 및 항공 우주 분야에서도 티타늄 합금에 대한 수요가 특히 많습니다. 현재 우리나라에서 개발 중인 첨단 항공기에 사용되는 티타늄 합금의 비율은 약 10%{3}} 퍼센트이며 군용 항공기에 사용되는 티타늄의 비율은 약 20% -30% 더 높으며, 군용 항공기 엔진에 사용되는 티타늄의 비율은 30% 이상입니다. . 새로운 로켓과 미사일에 사용되는 티타늄의 양도 증가하고 있습니다.

이 논문은 주로 미국, 러시아, 영국, 일본, 중국의 항공 및 항공 우주 분야에서 티타늄의 연구 및 응용 진행 상황을 요약하고 있으며, 이는 항공 분야에서 우리나라 티타늄 산업의 응용 및 발전에 참고 자료가 될 수 있습니다. 및 항공 우주 분야.

항공기의 설계 개념이 과거의 순수한 정적 강도에서 안전{0}}수명, 손상{1}}안전으로 점차 변화하고 현대적인 손상 내성 설계 개념에 이르기까지 고급 티타늄 합금 재료는 점차 높은 방향으로 이동하고 있습니다. 파괴 인성 및 낮은 균열 전파. 손상에 강한 티타늄 합금 비율. 현재 외국 선진국은 새로운 손상 방지 티타늄 합금 재료의 개발과 특히 중강도 Ti-6Al-4VELI와 같은 첨단 항공기에 적용하는 데 앞장서 왔습니다. -strength Ti-6-222 등. 미국 F{9}}, F{10}} 및 C{11}}와 같은 차세대 항공기에 성공적으로 사용되었습니다. 항공기의 서비스 수명과 전투 효율성을 크게 향상시킵니다. 항공기 설계 개념의 발전으로 티타늄 합금 구조의 손상 허용 설계 아이디어가 우리나라에서도 주목받기 시작했습니다. '10차 5개년 계획' 이후 우리나라는 TC{13}}DT 중강도 및 고강도 내손상성 티타늄 합금과 TC21 고강도 및 고인성 내손상성 티타늄 합금을 독자적으로 개발했으며, 손상에 강한 티타늄 합금의 가공을 확립했습니다. 우리 나라의 새로운 항공기 개발을 위한 재료 응용 기술의 기반을 마련한 기술입니다. 항공 및 항공 우주 구조용 티타늄 합금의 개발 요구를 충족시키기 위해 우리나라는 저강도 및 고강도 와이어 티타늄 합금(NiTi) 및 파이프 합금(TA18), 1300MPa-2000Mpa 시리즈 울트라를 독자적으로 개발했습니다. - 고강도 티타늄 합금(TB8, TB9, TB20) 등 항공기 구조용 중국 특성의 새로운 티타늄 합금 재료 시스템이 초기 형성되었으며 항공 및 항공 우주 구조용 차세대 티타늄 합금이 확립되었습니다. 구체적인 성능은 표 1에 나와 있습니다.

전형적인 구조용 티타늄 합금의 주요 기술 지표

Ti{0}}Al{1}}V(TC4)는 1960년대 초에 개발된 중간 강도의 티타늄 합금입니다. 종합적인 특성이 우수하여 만능 합금으로 알려져 있습니다. 항공 및 항공 우주 구조용으로 가장 초기에 가장 널리 사용되는 범용 합금입니다. 판재, 봉재, 단조품 등을 포함한 티타늄 합금. 용접성 및 피삭성이 우수한 합금, 초가소성을 갖는 세립 합금, 초소성 성형/확산 접합(SPF/DB)의 결합 공정으로 복잡한 부품을 제조할 수 있음 ). 고강도 구조용 티타늄 합금은 일반적으로 인장 강도가 1000MPa 이상인 합금을 말합니다. 현재 국제선진화 수준을 대표하고 항공기에 실용화되고 있는 고강도 티타늄 합금은 주로 준안정형 합금 Ti{12}}, 21S, 준형 합금 Ti{15}} 및 {{16 }} 유형 2상 티타늄 합금 BT22. 항공기 구조에 일반적으로 사용되는 30CrMnSiA 고강도 구조용 강철을 대체하기 위해 고강도 구조용 티타늄 합금을 사용하면 중량을 20% 이상 줄일 수 있습니다.

Ti{0}}Al-2Sn-2Zr-2Cr{4}}Mo(TC21)는 고강도, 고인성, 손상 내성 2상 1970년대에 개발된 티타늄 합금. 열 기계 처리 후 합금은 고강도, 우수한 손상 내성 및 피로 균열 성장에 대한 우수한 내성의 장점을 가지며 고강도 및 고 인성 내 하중 부품의 제조에 적합합니다. Si 원소를 첨가함으로써 합금은 Ti{14}}Al{15}}V보다 우수한 중온에서 높은 강도를 유지합니다. 합금 시트는 실온에서 초소성으로 형성될 수 있습니다.

Ti{0}}V-2Fe{2}}Al(TB6)은 1970년대 후반에 개발된 고강도, 고인성 베타에 가까운 티타늄 합금입니다. 합금은 높은 비강도, 우수한 파괴 인성, 큰 경화 면적, 작은 이방성, 우수한 단조 성능 및 강한 내식성의 장점을 가지고 있으며 티타늄 합금을 잃지 않고 준 안정한 티타늄 합금의 많은 장점을 가지고 있습니다. 고용체 특성은 손상 허용 설계 및 높은 구조적 효율성, 높은 신뢰성 및 낮은 비용의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 최대 작동 온도는 320도입니다. 이 합금의 주요 제품은 막대, 단조, 후판 및 프로파일입니다. 용액 및 시효 열처리를 통해 강도, 가소성 및 파괴 인성의 좋은 일치를 얻을 수 있으며 강도 및 파괴 인성에 대한 요구 사항이 높은 구조 부품 제조에 적합합니다. 열 기계적 처리에 의해 우수한 인성과 낮은 균열 성장 속도를 얻을 수 있으며 이는 파괴 인성 요구 사항이 높은 구조물에 적합합니다.