Введение

Прогресс развития авиационных двигателей в значительной степени обес- печивается разработкой новых материалов и технологий изготовления деталей и узлов. Сегодняшние величины удельного веса авиационных двигателей достигнуты также благодаря применению титановых сплавов высокой прочности , малой плотности и высокой коррозионной стойкости. Если к этому добавить вполне удовлетворительные технологические свойства (свариваемость, обрабатываемость давлением, хорошие литейные свойства), становится ясным, что титан и его сплавы являются весьма перспективным конструкционным материалом практически для всех отраслей машиностроения .

С точки зрения конструктора авиационных двигателей наиболее привлекательная характеристика титановых сплавов – высокая удельная кратковременная и длительная прочность по сравнению со сталями вплоть до рабочих

температур 600 °С. Малая плотность титановых сплавов по сравнению со сталями также служит неоспоримым преимуществом , особенно при проектировании оболочечных корпусов больших диаметров. Из других достоинств титановых сплавов следует упомянуть высокое значение отношения предела прочности к произведению модуля упругости на коэффициент линейного расширения, которое характеризует способность сопротивления деталей разрушению в случае неравномерного нагрева. Кроме того, при одинаковых уровнях узкополосного возбуждения на резонансных режимах и широкополосного возбуждения случайных колебаний уровень переменных напряжений в титановых лопатках ниже, чем в стальных. Эта особенность почему-то реже упоминается при сравнении свойств титановых сплавов и сталей . [5]

Опыт применения титановых сплавов свидетельствует , что стремление наиболее полно реализовать перечисленные преимущества титановых сплавов сдерживается такими их особенностями , как пожароопасность, низкая , по сравнению со сталями , пластичность , склонность к прижогам.

1 Область применения титановых сплавов

Титановые сплавы находят широкое использование в авиационных двигателей в качестве материала рабочих и направляющих лопаток компрессоров, валов, деталей корпусов, оболочек и др.. Титановые отливки широко используются в авиационном и ракетном двигателестроении для деталей типа корпусов и крыльчаток, разного рода кронштейнов, а также большого количества мелких различных арматурных деталей, изготовление которых из прутков путем механической обработки трудоемко и связано с большими потерями металла в стружку. Примером крупной и очень сложной титановой отливки является направляющий аппарат двигателя АИ25. Эту деталь отливают из сплава ВТ5Л методом выплавляемых моделей с применением оснастки, обеспечивающей высокую точность размера.

Применение фасонных титановых отливок в конструкции планера самолетов не такое значительное, как в двигателестроении, но имеет тенденцию к быстрому расширению. Наибольшее количество отливок применяют для деталей управления типа кронштейнов и качалок, а также разного рода фиттингов, корпусных и арматурных деталей. Примером крупных титановых отливок, применяемых в самолетостроении, могут служить детали воздухозаборника. Применение титановых сплавов в авиационных двигателях стало возможным также вследствие разработки технологий изготовления титановых деталей путем литья, штамповки , сварки и механической обработки.

Сплавы ВТ5Л и ВТ6Л применяют для изготовления литых деталей, работающих при температуре до 350÷400°С. Сплавы ВТ20Л и ВТ9Л могут эксплуатироваться до температуры 500°С. Среди новых литейных титановых сплавов псевдо-β-титановый сплав ВТ35Л по пластическим характеристикам и ударной вязкости существенно превосходит традиционные. При высоких механических характеристиках сплав ВТ35Л обладает высокими литейными свойствами , благодаря чему может успешно применяться для изготовления геометрически сложных высоконагруженных деталей.

Получение исходных заготовок деталей является одним из принципиальных вопросов конструирования , определяющих надежность детали и экономическую целесообразность метода ее изготовления . Изготовление детали можно обеспечить методом деформации или литья. В зависимости от способа ( ковка , штамповка , раскат , вальцовка , волочение ) и условий деформаций ( высокоскоростная штамповка , изотермическая штамповка ,штамповка взрывом и др ) существенно меняется структура материала , механические свойства , их стабильность и экономический показатель вида обработки – коэффициент использования материала. Титановые сплавы весьма чувствительны к технологии изготовления , речь идет о деталях с высокими рабочими напряжениями , технология производства может оказать решающее влияние на надежность деталей .