Progresso dell'applicazione della tecnologia di fusione di precisione in lega di titanio nel campo aerospaziale

I. Background dell'argomento

Per soddisfare la domanda di parti strutturali ad alte - per le prestazioni nell'aggiornamento dei veicoli aerospaziali, le tecnologie di produzione e i materiali utilizzati per questi componenti sono in continua evoluzione e in evoluzione. Le leghe di titanio sono caratterizzate da bassa densità, elevata resistenza specifica, forte resistenza alla corrosione e eccellente resistenza alla temperatura -. Sono ampiamente usati nel carico critico - portando componenti strutturali nel campo aerospaziale e il loro utilizzo continua a crescere. Tuttavia, durante il processo di produzione delle parti in lega di titanio, sfide come la forza di taglio elevata e l'usura rapida degli strumenti portano a una bassa efficienza di elaborazione e costi elevati. Questi fattori limitano l'applicazione più ampia delle parti in lega di titanio in aeromobili, armi e navi a bassa- di altitudine.

La tecnologia di casting di investimento è una soluzione efficace per raggiungere lo stampaggio integrato di grandi dimensioni -, sottili - murati e complessi - componenti strutturati in lega di titanio, riducendo anche i costi di produzione. Dopo decenni di sviluppo, oltre il 90% dei getti in lega di titanio utilizzati oggi nel settore aerospaziale sono prodotti attraverso il casting degli investimenti. Attualmente, l'industria aerospaziale cinese è in fase di rapido sviluppo. Il processo di localizzazione è accelerato nell'ambito della complessa situazione internazionale degli ultimi anni. Si prevede che la domanda totale per il casting di precisione nell'industria aerospaziale nazionale supererà i 100 miliardi di yuan in futuro.

Ii. Metodi di ricerca

Questo documento esamina lo stato attuale del casting di precisione in lega di titanio nell'industria aerospaziale negli ultimi anni. Riassume lo sviluppo di tecnologie, materiali e applicazioni di prodotto a livello nazionale e internazionale, in lega di titanio. Lo studio si concentra sulla creazione di muffe, la fabbricazione di gusci, lo scioglimento e il versamento e il post - elaborazione nella tecnologia di fusione. Copre principalmente la performance di fusione e le proprietà meccaniche del cast convenzionale TC4, alta temperatura - vicino a - leghe di titanio e titanio - leghe di alluminio nello sviluppo del materiale. Per quanto riguarda i getti di precisione in lega di titanio, il documento introduce principalmente componenti strutturali per motori aerospaziali. Infine, sintetizza i problemi esistenti e propone direzioni future, come stabilire un database di materiali, ridurre i costi di produzione e sviluppare software di simulazione a fusione.

Iii. Contenuti di ricerca

(1) Sviluppo della tecnologia di fusione di precisione in lega di titanio

Il processo di produzione per i getti di investimento in lega di titanio include principalmente la produzione di stampi per cera, la produzione di gusci, lo scioglimento e il versamento e il post - elaborazione. Innanzitutto, un modello di fusione progettato utilizzando il software Computer - Aided Design (CAD) viene trasformato in uno stampo di cera usando uno stampo o un'attrezzatura di produzione additiva. Quindi, viene applicato un materiale refrattario a livello multi - sulla sua superficie per formare un guscio di ceramica. Il guscio viene riscaldato per sciogliere e rimuovere la cera. Dopo la sinterizzazione e la ceramicizzazione del guscio ad alte temperature, la lega di titanio fusa viene versata nello stampo. Una volta che il metallo si solidifica e si raffredda, il guscio viene rotto per rimuovere il sistema di fusione e gating. Infine, il casting è sottoposto a passaggi di elaborazione post - come taglio, sabbiatura, macinazione, ispezione, decapaggio e riparazione per produrre il prodotto finito.

(2) Sviluppo della precisione

Lo sviluppo della tecnologia di fusione di precisione in lega di titanio e quello dei materiali in lega di titanio cast si stanno rinforzando a vicenda. Per utilizzare pienamente le proprietà uniche delle leghe di titanio e adattarsi alle loro caratteristiche di fusione, le tecniche di fusione mirate devono essere sviluppate e continuamente migliorate. Inoltre, per semplificare il processo di fusione e i costi di controllo, le composizioni in lega devono essere regolate per ottimizzare la castabilità e il post - elaborazione, senza compromettere significativamente le prestazioni. Sotto questo approccio iterativo e progressivo, sia la tecnologia di casting di precisione in lega di titanio sia il compagno di casting

La tecnologia di casting per le leghe di titanio convenzionale è continuamente migliorata, mentre sono stati sviluppati nuovi materiali alti - in lega di titanio. La lega di titanio più utilizzata + in titanio a livello nazionale e internazionale è ZTC4. Tra le leghe di titanio vicino a -, Zta15 è la più comunemente usata. Le leghe di titanio in grado di resistere a temperature superiori a 550 gradi includono TI1100, IMI834, TI6242, ZTI55, ZTI60 e ZTI65. Le leghe di tici hanno una densità inferiore rispetto alle leghe di titanio convenzionali e offrono anche eccellenti - resistenza alla resistenza alla temperatura e ossidazione della temperatura. Possono sostituire le SuperAlloe basate su nichel - nell'intervallo di temperatura di 600–1000 gradi per i motori dell'aeromobile. La lega Ti₂alnb offre una resistenza alla temperatura, della duttilità e della resistenza alla temperatura - superiori rispetto alla maggior parte delle leghe tiali, con una temperatura operativa fino a 800 gradi. Ha un grande potenziale per sostituire il nichel del cast

(3) Appli

Dopo decenni di sviluppo, i getti di precisione in lega di titanio sono ora ampiamente utilizzati nelle parti strutturali critiche dei veicoli aerospaziali. L'uso di componenti integralmente fusi ha contribuito in modo significativo a migliorare la stabilità strutturale, estendere la durata della vita, ridurre il peso complessivo, semplificare l'assemblaggio e ridurre i costi di produzione. I getti di precisione in lega di titanio convenzionali sono utilizzati in modo più evidente nelle applicazioni aerospaziali

Il Beijing Institute of Aeronautical Materials è diventato un fornitore principale delle piastre di supporto per i motori Airbus CFM56 - 7 ed è anche un fornitore di getti in lega di titanio per il salto -} 1a, 1b e 1c motori. L'Institute of Metal Research della cinese Academy of Sciences, il Pechino Institute of Aeronautical Materials, la Northwestern Polytechnical University e l'Harbin Institute of Technology hanno sviluppato diffusori in lega, lame e getti di turbine. Le pale a turbina a bassa pressione in lega 45xD prodotte dall'Institute of Metal Research hanno superato i processi di valutazione e verifica per il Trent XWB ad alta spinta, alta

I getti in lega di titanio sono anche ampiamente utilizzati nei componenti missilistici, tra cui pinne di coda, involucri di testate, corpi missilistici e connettori. Nei veicoli e satelliti aerospaziali, i getti in lega di titanio sono utilizzati principalmente per supporti, piastre, articolazioni e telecamere

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Negli ultimi anni, l'applicazione di tecnologie, materiali e prodotti di fusione di precisione in lega di titanio nel settore aerospaziale ha fatto notevoli progressi. La Cina è diventata leader globale nello sviluppo di materiali in lega di titanio del cast. La tecnologia di fusione di precisione in lega di titanio ha in gran parte raggiunto la localizzazione ed è ampiamente utilizzata nei componenti strutturali aerospaziali chiave. Tuttavia, rimangono lacune tra le imprese cinesi di casting di precisione in lega di titanio e le loro controparti avanzate negli Stati Uniti. Parecchi

1. Promozione lenta e adozione di nuove leghe di titanio a casting;

2. Difficoltà a ridurre i costi di produzione dei getti di precisione in lega di titanio;

3. Tecnologia di simulazione del casting in lega di titanio sottosviluppato;

4. Intense concorrenza dal rapido progresso della produzione additiva in lega di titanio.

5. Per affrontare queste sfide e migliorare il livello di applicazione del casting di precisione in lega di titanio, vengono proposte le seguenti misure:

6. Stabilire un database completo che collega composizioni in lega di titanio con prestazioni di casting e proprietà meccaniche;

7. Applicare la tecnologia gemella digitale per ottimizzare i processi e ridurre i costi di produzione;

8. Accelerare lo sviluppo del software di simulazione del casting domestico.