TC21鈦合金棒及鍛件在航空領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢

為了適應(yīng)損傷容限設(shè)計(jì)的要求，國際上十分重視發(fā)展具有很高斷裂韌性和很慢裂紋擴(kuò)展速率的中強(qiáng)或高強(qiáng)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(jīng)研制出高斷裂韌度、低裂紋擴(kuò)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(qiáng)高韌TC21合金。

Ti-6Al-4V(β-ELI) 屬于900MPa強(qiáng)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(zhì)元素Fe的含量比Ti-6A1-4V合金顯著減少，雖降低了合金強(qiáng)度，但提高了合金的韌性。合金的鍛件主要性能可達(dá)到：o.≥895MPa， 00.2≥ 795MPa， 8≥8%， w≥15%，ic≥75MPa·m1/2Ti-6Al-4V(β-ELI) 合金已應(yīng)用于波音777客機(jī)的安定面連接接頭和F/A-22飛機(jī)的機(jī)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(jì)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(qiáng)：的器優(yōu)點(diǎn)為：有典好的韌件透熱直徑可達(dá)100mm)；極好的超塑成形性能。Ti-6-22-22S合金現(xiàn)已被美國空軍選定作為F-22戰(zhàn)斗機(jī)用材料，如飛機(jī)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(jì)劃用于X-33教練機(jī)、可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭及聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)。

TC21(Ti-Al-Mo-Sn-Zr-Cr-Si-X系)鈦合金是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型兩相高強(qiáng)高韌高損傷容限型飛機(jī)結(jié)構(gòu)用鈦合金。目前該合金D300mm以下大棒材具備穩(wěn)定批量供應(yīng)的條件。TC21鈦合金具有高強(qiáng)度、高韌性、高可焊性和低的疲勞裂紋擴(kuò)展速率等性能，其綜合力學(xué)性能比美F-22飛機(jī)應(yīng)用的Ti-6-22-22S和蘇-27系列飛機(jī)廣泛應(yīng)用的BT20鈦合金更加優(yōu)異，特別是具有非常優(yōu)異的電子束焊接性能，適合于制造飛機(jī)大型整體框梁類重要承力構(gòu)件。

鈦國外已有30多年損傷容限設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，而我國在損傷容限設(shè)計(jì)方面起步較晚。隨著國內(nèi)航空系統(tǒng)損傷容限設(shè)計(jì)技術(shù)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(jī)理以及完善對損傷容限性能的表征與評價技術(shù)。