Titāna sakausējumi kosmosa palaišanas aparatūrā: pakāpes, īpašības un izgatavošanas ierobežojumi

Kāpēc palaišanas aparatūra izmanto titāna sakausējumus

Nesējraķešu konstrukcijas ir noteiktas pēc masas un slodzes attiecības, tāpēc materiāla izvēlē dominē īpaša izturība. Titāna sakausējumiem ir arī noderīga stingrība kriogēnajā temperatūrā, kas ir svarīgi, jo degvielas tvertne un padeves līnijas darbojas šķidrā slāpekļa un šķidrā ūdeņraža apstākļos, līdz aptuveni -253 °C ūdeņraža izmantošanai. Tās pašas kategorijas saglabā izmantojamo izturību pie vairākiem simtiem grādu pēc Celsija, tāpēc viena materiālu saime var kalpot gan aukstām, gan karstām transportlīdzekļa daļām.

Alfa{0}}Beta pakāpes un pārbaudītie īpašumi

Ti-6Al-4V, kas apzīmēts ar 5. pakāpi, joprojām ir darba zirga strukturālais sakausējums, kura beta transuss ir aptuveni 995 °C, kas nosaka kalšanas un termiskās apstrādes logu. Tās zemas intersticiālās versijas 23. klase nodrošina nelielu izturību, lai uzlabotu elastību un izturību pret lūzumiem, un tas ir paredzēts kritiskai aparatūrai. Stienis un sagataves tiek pasūtītas saskaņā ar ASTM B348, loksnes, sloksnes un plāksnes tiek pasūtītas saskaņā ar ASTM B265, un caurules tiek pasūtītas saskaņā ar ASTM B338.

Šie minimumi ir ASTM B348 un ASTM B338 noteiktās vērtības attiecīgajām produktu formām, un tās ir norādītas istabas temperatūrā. 2. klase tiek izmantota zema-spiediena līnijām, siltummaiņa caurulēm un ne-strukturālai santehnikai, kur formējamība un metināmība ir svarīgākas par izturību.

Divu-fāžu sakausējumi augstas-izturības komponentiem

Termiski-apstrādājami divu-fāžu sakausējumi tiek izvēlēti, ja nepieciešama izturība virs 5. pakāpes līmeņa. Šīs saimes -izturīgākie pārstāvji stiepes stiprību sasniedz 1100–1150 MPa joslā pastiprinātā stāvoklī, kas ļauj tos izmantot cauruļveida siju elementiem ar ārējo diametru diapazonā no 80 mm līdz 120 mm, kā arī stiprinājumiem, kuriem jāpaliek neskartiem pie -196 °C. Izvēli starp abām stiprības joslām parasti nosaka šķērsgriezuma biezums, kam jābūt rūdītam, nevis nominālo īpašību tabula.

Procesa kontrole nodrošina šīs īpašības. Vakuuma loka pārkausēšana, kam seko beta-reģiona kalšana un alfa-beta apdare, rada viendabīgu, smalkgraudainu struktūru, kas nepieciešama izotropiskai darbībai lielas kritiena-kaltās daļās, akumulatoru plāksnēs, kronšteinu sagatavēs un cauruļu veidgabalos. Daļiņu metalurģijas ceļi ir izmantoti, lai vēl vairāk uzlabotu graudu struktūru un paplašinātu šo sakausējumu lietderīgo darba diapazonu plānās daļās.

Izgatavošanas un pārbaudes prasības

Titāns ir jutīgs pret intersticiālu uztveršanu, tāpēc kausēšana, kalšana un metināšana tiek veikta kontrolētā atmosfērā, un skābekļa un slāpekļa ierobežojumi ir ierakstīti materiāla specifikācijā. Telpas temperatūras -temperatūras pārbaude notiek pēc ASTM E8/E8M. Ja ekspluatācijas temperatūra nokrītas zem apkārtējās vides, kriogēno testu veic ar to pašu paraugu ģeometriju, bet norādītajā testa temperatūrā, un rezultāti tiek ziņoti kā atsevišķas vērtības, nevis tikai kā vidējais.

Titāna aluminīda intermetāliski materiāli

Ti-Al intermetāliskie sakausējumi ir nākamās paaudzes palaišanas materiāli, kas tiek izstrādāti. Tie apvieno augstu īpatnējo izturību ar augstu elastības moduli un zemu blīvumu, kas ir pievilcīgi augstas -temperatūras konstrukcijas daļām, kur niķeļa-bāzes sakausējumi pievienotu masu. To pieņemšana ir atkarīga no pieejamās kausēšanas, inertās gāzes izsmidzināšanas un izotermiskās deformācijas spējas, jo šiem sakausējumiem ir šauri apstrādes logi un ierobežota telpas temperatūras elastība. Ķīniešu kategorijas apzīmējumi titānam un titāna sakausējumiem, tostarp TC un TA sērijām, ir norādīti GB/T 3620.1.

Bieži uzdotie jautājumi

Q:Kāda ir 5. klases titāna stieņa minimālā stiepes izturība?
A: 895 MPa, ar minimālo tecēšanas robežu 828 MPa un minimālo pagarinājumu 10%, kā norādīts ASTM B348.

Q:Kādā temperatūrā mainās Ti-6Al-4V alfa{0}beta struktūra?
A: Beta transusa temperatūra ir aptuveni 995 °C. Strādājot virs vai zem šīs temperatūras, tiek noteikts, vai gatavā struktūra ir slāņaina vai līdzvērtīga.

Q:Kāpēc tiek izmantota 23. klase, nevis 5. pakāpe?
A: 23. pakāpei ir zemākas intersticiālās robežas, kas uzlabo elastību un stingrību plīsumiem ar nelielām izmaksām un minimālo stiepes izturību, 860 MPa pret 895 MPa.

Q:Kādas ir Ti{0}Al intermetālisko sakausējumu priekšrocības?
A. Tie piedāvā augstu īpatnējo stiprību ar augstu elastības moduli un zemu blīvumu, kas samazina masu augstas{0}}temperatūras konstrukcijas daļās.

Q:Uz kurām produktu formām attiecas titāna specifikācijas?
A: ASTM B348 aptver stieni un sagataves, ASTM B265 pārklāj loksnes, sloksnes un plāksnes, un ASTM B338 pārklāj caurules.