تقدم تطبيق تقنية الصب الدقيقة لسبائك سبيكة التيتانيوم في حقل الفضاء

1. خلفية الموضوع

لتلبية الطلب على الأجزاء الهيكلية المعدنية العالية- في ترقية مركبات الفضاء الجوي ، فإن تقنيات الإنتاج والمواد المستخدمة في هذه المكونات تتحسن وتتطور باستمرار. تتميز سبائك التيتانيوم بانخفاض كثافة ، وقوة محددة عالية ، ومقاومة تآكل قوية ، ومقاومة درجة الحرارة عالية-. يتم استخدامها على نطاق واسع في الحمل الحرجة - التي تحمل المكونات الهيكلية في مجال الفضاء ، ويستمر استخدامها في النمو. ومع ذلك ، أثناء عملية تصنيع أجزاء سبيكة التيتانيوم ، تؤدي التحديات مثل قوة القطع المرتفعة وارتداء الأدوات السريعة إلى انخفاض كفاءة المعالجة وارتفاع التكاليف. هذه العوامل تحد من التطبيق الأوسع لأجزاء سبيكة التيتانيوم في الطائرات والأسلحة والسفن المنخفضة-.

تعتبر تقنية صب الاستثمار حلاً فعالًا لتحقيق الصب المتكاملة لمكونات - الكبيرة ، رقيقة - ، ومعقدة - مكونات سبيكة التيتانيوم المهيكلة ، مع تقليل تكاليف التصنيع أيضًا. بعد عقود من التطوير ، يتم إنتاج أكثر من 90 ٪ من سبائك التيتانيوم المستخدمة في صناعة الطيران اليوم من خلال عملية الاستثمار. حاليا ، صناعة الطيران في الصين في مرحلة من التطور السريع. تسارعت عملية التوطين في ظل الوضع الدولي المعقد في السنوات الأخيرة. من المتوقع أن يتجاوز إجمالي الطلب على الدقة في صناعة الطيران المحلية 100 مليار يوان في المستقبل.

الثاني. طرق البحث

تستعرض هذه الورقة الوضع الحالي لدقة سبيكة التيتانيوم في صناعة الطيران في السنوات الأخيرة. يلخص تطور تقنيات الصب والمواد وتطبيقات المنتجات على الصعيدين المحلي والدولي ، على الصعيدين الدولي والدولي. تركز الدراسة على صنع العفن ، وتصنيع الصدفة ، والذوبان والسكب ، ومعالجة- في تكنولوجيا الصب. ويغطي في المقام الأول أداء الصب والخصائص الميكانيكية ل TC4 التقليدية ، ودرجة الحرارة العالية - بالقرب من سبائك التيتانيوم- ، وسبائك التيتانيوم - في تطور المواد. فيما يتعلق بسبائك سبيكة التيتانيوم ، تقدم الورقة بشكل أساسي المكونات الهيكلية لمحركات الفضاء. أخيرًا ، يلخص القضايا الحالية ويقترح الاتجاهات المستقبلية ، مثل إنشاء قاعدة بيانات للمواد ، وتقليل تكاليف الإنتاج ، وتطوير برامج محاكاة الصب.

ثالثا. محتوى البحث

(1) تطوير تكنولوجيا صب سبيكة التيتانيوم

تشمل عملية الإنتاج لسبائك Titanium Alloy Investment بشكل أساسي صنع القالب الشمع وصنع القذيفة والذوبان والسكب ، ومعالجة ما بعد-. أولاً ، يتم تحويل نموذج الصب المصمم باستخدام برنامج Computer - بتهمة التصميم (CAD) إلى قالب شمع باستخدام قالب أو معدات تصنيع مضافة. ثم ، يتم تطبيق مادة حرارية متعددة- على سطحها لتشكيل قذيفة سيراميك. يتم تسخين القشرة لتذوب وإزالة الشمع. بعد تلبيخ القذيفة وخلع السيراميك في درجات حرارة عالية ، يتم سكب سبيكة التيتانيوم المنصهرة في القالب. بمجرد أن يصلب المعدن ويبرد ، يتم كسر القشرة لإزالة نظام الصب والبوابات. أخيرًا ، يخضع الصب بعد خطوات معالجة- مثل القطع ، والرمل ، الطحن ، التفتيش ، التخليل ، وإصلاح المنتج النهائي.

(2) تطوير الدقة

تطور تقنية صب سبيكة التيتانيوم ومواد سبيكة التيتانيوم المصبوب تعزز بعض الشيء. للاستفادة الكاملة من الخصائص الفريدة لسبائك التيتانيوم والتكيف مع خصائص الصب ، يجب تطوير تقنيات الصب المستهدفة وتحسينها بشكل مستمر. علاوة على ذلك ، لتبسيط عملية الصب وتكاليف التحكم ، يجب تعديل مؤلفات السبائك لتحسين قابلية التصوير ونشر المعالجة- ، دون المساس بشكل كبير. في ظل هذا النهج التكراري والتقدمي ، كلا من تقنية صب سبائك التيتانيوم وزميلها الصب

لقد تحسنت بشكل مستمر تقنية الصب لسبائك التيتانيوم التقليدية ، في حين تم تطوير مواد سبيكة Titanium عالية الأداء الجديدة-. سبيكة التيتانيوم الأكثر استخدامًا على نطاق واسع ودولي هي ZTC4. بين سبائك التيتانيوم القريبة- ، ZTA15 هي الأكثر استخدامًا. تشمل سبائك التيتانيوم القادرة على تصاريح درجات حرارة أعلى من 550 درجة TI1100 و IMI834 و TI6242 و ZTI55 و ZTI60 و ZTI65. تحتوي سبائك Tial على كثافة أقل من سبائك التيتانيوم التقليدية ، كما توفر مقاومة زحف درجة الحرارة عالية - ومقاومة الأكسدة. يمكن أن تحل محل النيكل - superalloys المستندة إلى النطاق 600-1000 درجة لمحركات الطائرات. توفر سبيكة Ti₂alnb أعلى درجة حرارة - ، ليونة ، ومقاومة الزحف مقارنة بمعظم سبائك tial ، مع درجة حرارة تشغيل تصل إلى 800 درجة. إنه يحمل إمكانات كبيرة لاستبدال النيكل المصبوب

(3) تطبيق

بعد عقود من التطوير ، تستخدم المسبوكات الدقيقة لسبائك التيتانيوم الآن على نطاق واسع في الأجزاء الهيكلية الحرجة من مركبات الفضاء. لقد ساهم استخدام المكونات المصبوبة بشكل متكامل بشكل كبير في تحسين الاستقرار الهيكلي ، وتوسيع عمر الخدمة ، وتقليل الوزن الإجمالي ، وتبسيط التجميع ، وخفض تكاليف التصنيع. تُستخدم مصبوبات سبيكة التيتانيوم التقليدية بشكل بارز في تطبيقات الفضاء الجوي

أصبح معهد بكين للمواد الطيران المورد الرئيسي لألواح الدعم لـ Airbus CFM56 - 7 محركات ، وهو أيضًا مورد لمحركات سبائك التيتانيوم للقفزة - 1A ، 1B ، و 1C. طور معهد الأبحاث المعدنية في الأكاديمية الصينية للعلوم ، ومعهد بكين للمواد الطيران ، وجامعة شمال غرب الفني ، ومعهد هاربين للتكنولوجيا الناشرين ، والشفرات ، وتصرفات التوربينات. مرت شفرات التوربينات منخفضة الضغط على سبيكة 45xD التي تنتجها معهد أبحاث المعادن عمليات التقييم والتحقق من Trent XWB عالية ، عالية ، عالية

كما تستخدم مسببات سبيكة التيتانيوم على نطاق واسع في مكونات الصواريخ ، بما في ذلك زعانف الذيل ، وأغلفة الرؤوس الحربية ، والأجسام الصاروخية ، والموصلات. في المركبات والأقمار الصناعية الفضائية ، تُستخدم مصبوبات سبيكة التيتانيوم بشكل أساسي للدعم واللوحات والمفاصل والكاميرات

I

في السنوات الأخيرة ، أحرز تطبيق تقنيات ومواد والمواد والمنتجات في قطاع الفضاء في قطاع الطيران. أصبحت الصين رائدة عالمية في تطوير مواد سبيكة التيتانيوم المصبوب. حققت تقنية صب سبيكة التيتانيوم توطين إلى حد كبير وتستخدم على نطاق واسع في المكونات الهيكلية للفضاء الرئيسي. ومع ذلك ، تبقى الفجوات بين مؤسسات صب سبيكة التيتانيوم الصينية ونظرائها المتقدمين في الولايات المتحدة. عديد

1. الترويج البطيء واعتماد سبائك التيتانيوم الجديدة ؛

2. صعوبة في تقليل تكاليف الإنتاج لسبائك سبيكة التيتانيوم ؛

3.

4. منافسة مكثفة من التقدم السريع لتصنيع مضافة سبائك التيتانيوم.

5. لمعالجة هذه التحديات وتعزيز مستوى تطبيق سبيكة سبيكة التيتانيوم ، يتم اقتراح التدابير التالية:

6. إنشاء قاعدة بيانات شاملة تربط بسبائك سبيكة التيتانيوم مع أداء الصب والخصائص الميكانيكية ؛

7. تطبيق تقنية التوأم الرقمية لتحسين العمليات وتقليل تكاليف الإنتاج ؛

8. تسريع تطوير برنامج محاكاة الصب المحلي.