Le développement d’alliages de titane nationaux à haute température est à la traîne par rapport à celui des pays développés, tels que les États-Unis, le Royaume-Uni et la Russie. Au début, il était principalement basé sur l’imitation de marques étrangères matures.
Après beaucoup d’exploration et d’exploration par des chercheurs scientifiques pendant une longue période, un système d’alliage de titane à haute température avec l’ajout d’éléments de terres rares s’est progressivement formé. Parmi eux, les plus typiques sont les alliages de titane haute température Ti60, Ti600 et TG6 pour les moteurs d’avion à 600°C. Les alliages de titane haute température Ti65 et Ti750 sont utilisés pendant de courtes périodes au-dessus de 600°C.
Afin d’assurer la résistance thermique plus élevée des alliages de titane à haute température, le Ti60 a un degré d’alliage plus élevé et une teneur plus élevée en Al, Sn, Si et d’autres éléments sont ajoutés. La composition est Ti–5,6Al–4,8Sn–2,0Zr–1,0Mo–1,0 Nd–0,35Si. L’introduction de l’élément de terres rares à l’état de traces Nd affine non seulement considérablement la structure d’origine de l’alliage Ti60, mais améliore également la résistance à l’oxydation. D’une part, l’ajout d’éléments de terres rares peut s’oxyder en interne pour former des oxydes de terres rares, purifier la matrice et améliorer la stabilité thermique ; D’autre part, le coefficient de dilatation thermique des particules d’oxyde de terres rares dispersées et précipitées est différent de celui de la matrice, et des anneaux de dislocation se forment facilement autour de celle-ci lorsqu’elle est refroidie. Peut renforcer davantage la matrice. À l’heure actuelle, Ti60 est entré dans la phase de production d’essai de produits semi-finis à petite échelle.
La caractéristique typique de Ti600 est que 0,1 % d’élément de terres rares Y est ajouté et que la composition est Ti-6,0Al-2,8Sn-4,0Zr-0,4Mo-0,45Si-0,1Y. Par rapport aux alliages de titane étrangers à haute température à 600 °C, le Ti600 présente des avantages évidents en termes de performances de fluage dans le but d’assurer la même température ambiante et les mêmes propriétés mécaniques à haute température. Dans les mêmes conditions de charge de contrainte, la déformation résiduelle est plus faible et les performances de soudage sont bonnes. À l’heure actuelle, il a terminé le test pilote et est entré dans la phase d’industrialisation. Les produits comprennent principalement des plaques, des barres, des vannes de petite taille, des pièces forgées, etc.
La caractéristique typique de TG6 est de remplacer Mo par l’élément faible β-stabilisateur Ta, d’augmenter la teneur en Si et d’ajouter 0,06% C pour étendre la fenêtre de traitement de la zone diphasique. La composition est Ti–5,8Al–4,0Sn–4,0Zr–0,4Si–0,7Nb–1,5Ta -0,06C. La teneur élevée en Si améliore considérablement la résistance au fluage de l’alliage. Une certaine quantité d’élément Ta, en tant qu’élément stabilisateur de β, peut améliorer efficacement ses performances de traitement tout en augmentant la résistance. À l’heure actuelle, l’alliage a été utilisé dans la fabrication de pièces de compresseur pour les moteurs d’avion à une température inférieure à 600 °C. Pour les applications à court terme, l’alliage de titane haute température Ti65 au-dessus de 600 °C a une composition de Ti-5,9Al-4Sn-3,5Zr-0,3Mo-0,3Nb-2,0Ta-0,4Si-1,0W-0,05C. La température d’utilisation à long terme est de 650 °C et la température d’utilisation à court terme peut atteindre 750 °C. Par rapport à l’alliage de titane haute température à 600 °C, l’ajout d’un élément stabilisateur β faible Ta et d’un élément W à point de fusion élevé compense non seulement efficacement la perte de résistance de l’alliage causée par la diminution des éléments neutres Sn et Zr, mais améliore également la résistance au fluage et la durabilité L’introduction de l’oligo-élément C améliore également efficacement la sensibilité relative à la température de la α initiale lors du traitement thermique de la partie supérieure du biphasé , élargit la fenêtre de traitement de la zone biphasée et obtient la meilleure correspondance des propriétés de résistance, de ténacité, de fluage et de fatigue. À l’heure actuelle, l’alliage est encore au stade de la recherche et du développement.
Ti750 est actuellement l’alliage de titane haute température le plus élevé utilisé en Chine. Sa composition est Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6W-0.3Si, et sa température d’utilisation à court terme peut atteindre 750°C. La caractéristique typique est l’utilisation de l’élément W pour améliorer les performances à haute température et de l’élément Si pour améliorer la résistance au fluage de l’alliage. Cependant, la teneur en Al dans Ti750 est relativement élevée. Après un vieillissement à long terme ou une exposition thermique, une certaine phase ordonnée Ti3X (X est Al, Sn, etc.) sera précipitée. ), ce qui entraîne une diminution importante de la ductilité et de la ténacité de l’alliage à température ambiante.
En résumé, il est difficile que la température d’utilisation à long terme des alliages de titane à haute température dans le monde dépasse 600°C. La raison principale est que la température d’utilisation est supérieure à 600°C. D’une part, il est difficile de faire correspondre et de coordonner la résistance thermique et la stabilité thermique de l’alliage ; La propriété oxydante diminue fortement, ce qui entraîne une diminution de la stabilité thermique et des performances en fatigue. Correspondant aux pièces utilisées dans la partie compresseur des moteurs d’avion, il existe également un risque d’incendie de titane. Les solutions possibles sont les suivantes :
- Cherchez de nouveaux éléments supplémentaires.
- Appuyez-vous sur le rôle des éléments de terres rares : l’oxydation interne forme l’oxyde de terres rares pour purifier la matrice, l’utilisation de la différence entre l’oxydation des terres rares et le coefficient de dilatation thermique de la matrice pour former des anneaux de dislocation pendant le processus de refroidissement pour renforcer la matrice, affiner les grains tels que coulés et améliorer la stabilité thermique. Par conséquent, il est nécessaire d’explorer pleinement le rôle des éléments de terres rares.
- Réguler et contrôler raisonnablement la technologie de traitement thermique et le système de traitement thermique. Grâce au contrôle précis du processus de traitement thermique, y compris le contrôle de la température de traitement thermique, de la vitesse de déformation, de la quantité de déformation et de la vitesse de refroidissement ultérieure, la prédiction précise de la structure peut être réalisée. Les performances correspondantes de la structure et le contrôle précis de l’organisation sont essentiels pour rechercher le meilleur mode d’adaptation des performances globales de l’alliage. Pour certains alliages ayant des exigences de performance dans une direction spécifiée, le processus de déformation peut également être contrôlé pour former une orientation préférée le long de cette direction, améliorant ainsi ses performances dans une certaine direction.
- Un grand nombre de recherches sur les revêtements anti-oxydation des alliages ont été réalisées.
