為了適應損傷容限設計的要求,國際上十分重視發展具有很高斷裂韌性和很慢裂紋擴展速率的中強或高強鈦合金,即高損傷容限鈦合金(或稱損傷容限型鈦合金)。目前,國外已經研制出高斷裂韌度、低裂紋擴展速率的損傷容限鈦合金,即低間隙Ti-6Al-4V(β-ELI) 和Ti-6-22-22S。中國研制的新型兩相高強高韌TC21合金。
Ti-6Al-4V(β-ELI) 屬于900MPa強度級別的高損傷容限型鈦合金,其合金的間隙元素C、O、N和雜質元素Fe的含量比Ti-6A1-4V合金顯著減少,雖降低了合金強度,但提高了合金的韌性。合金的鍛件主要性能可達到:o.≥895MPa, 00.2≥ 795MPa, 8≥8%, w≥15%,ic≥75MPa·m1/2Ti-6Al-4V(β-ELI) 合金已應用于波音777客機的安定面連接接頭和F/A-22飛機的機體。
Ti-6-22-22S(Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.2Si)合金是由美國RMI公司于20世紀70年代研制的一種航空用α+3型鈦合金。通過添加Si使該合金能夠在中溫下保持較高的強:的器優點為:有典好的韌件透熱直徑可達100mm);極好的超塑成形性能。Ti-6-22-22S合金現已被美國空軍選定作為F-22戰斗機用材料,如飛機下部龍骨的翼弦用的就是Ti-6-22-22S合金鍛件,同時該合金還計劃用于X-33教練機、可重復使用的運載火箭及聯合攻擊戰斗機。
TC21(Ti-Al-Mo-Sn-Zr-Cr-Si-X系)鈦合金是具有我國自主知識產權的新型兩相高強高韌高損傷容限型飛機結構用鈦合金。目前該合金D300mm以下大棒材具備穩定批量供應的條件。TC21鈦合金具有高強度、高韌性、高可焊性和低的疲勞裂紋擴展速率等性能,其綜合力學性能比美F-22飛機應用的Ti-6-22-22S和蘇-27系列飛機廣泛應用的BT20鈦合金更加優異,特別是具有非常優異的電子束焊接性能,適合于制造飛機大型整體框梁類重要承力構件。
鈦國外已有30多年損傷容限設計的經驗,而我國在損傷容限設計方面起步較晚。隨著國內航空系統損傷容限設計技術的迅速普及,對高損傷容限鈦合金的需求將日益迫切。我國需深人研究鈦合金損傷容限性能機理以及完善對損傷容限性能的表征與評價技術。
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