우주 발사 하드웨어의 티타늄 합금: 등급, 특성 및 제작 제한

출시 하드웨어가 티타늄 합금을 사용하는 이유

발사체 구조는 질량과 하중 간의 거래에 따라 크기가 결정되므로 비강도가 재료 선택을 좌우합니다. 또한 티타늄 합금은 극저온에서도 유용한 인성을 유지하는데, 이는 추진제 탱크 및 공급 라인이 수소 서비스를 위해 약 -253°C까지 내려가는 액체 질소 및 액체 수소 조건에서 작동하기 때문에 중요합니다. 동일한 등급은 섭씨 수백도에서 사용 가능한 강도를 유지하므로 단일 재료 계열이 차량의 차가운 부분과 뜨거운 부분 모두에 사용할 수 있습니다.

알파-베타 등급 및 검증된 속성

5등급으로 지정된 Ti-6Al-4V는 단조 및 열처리 창을 설정하는 베타 천이 온도가 약 995°C인 주요 구조 합금으로 남아 있습니다. 낮은 틈새 변형인 Grade 23은 향상된 연성 및 파괴 인성을 위해 약간의 강도를 교환하며 중요한 하드웨어에 지정됩니다. 바 및 빌렛은 ASTM B348에 따라 주문되고, 시트, 스트립 및 플레이트는 ASTM B265에 따라, 튜빙은 ASTM B338에 따라 주문됩니다.

이러한 최소값은 각 제품 형태에 대해 ASTM B348 및 ASTM B338에서 호출한 값이며 실온에서 인용됩니다. 2등급은 강도보다 성형성과 용접성이 더 중요한 저압 라인, 열 교환기 튜브 및 비-배관에 사용됩니다.

고강도 부품을 위한 2{0}}상 합금-

5등급 이상의 강도가 요구되는 경우 열처리 가능한 2상 합금이 선택됩니다. 이 제품군의 더 높은-강도 멤버는 강화된 상태에서 1100~1150MPa 밴드의 인장 강도에 도달하므로 외부 직경이 80mm~120mm 범위인 관형 빔 요소와 -196°C에서 손상되지 않은 상태로 유지되어야 하는 패스너에 사용할 수 있습니다. 두 강도 밴드 사이의 선택은 일반적으로 공칭 특성 테이블보다는 경화되어야 하는 단면 두께에 따라 결정됩니다.

프로세스 제어는 이러한 속성을 제공합니다. 진공 아크 재용해 후 베타-영역 단조 및 알파{2}}베타 마감 처리를 통해 대형 드롭 단조 부품, 어큐뮬레이터 플레이트, 브래킷 블랭크 및 튜브 피팅의 등방성 거동에 필요한 균일하고 미세한-입자 구조가 생성됩니다.- 입자 구조를 더욱 미세화하고 얇은 단면에서 이러한 합금의 유용한 작업 범위를 확장하기 위해 입자 야금 경로가 사용되었습니다.

제작 및 검사 요구 사항

티타늄은 틈새 픽업에 민감하므로 용해, 단조 및 용접은 제어된 분위기에서 수행되며 산소 및 질소 제한은 재료 사양에 기록됩니다. 상온- 인장 시험은 ASTM E8/E8M을 따릅니다. 서비스 온도가 주변 온도보다 낮아지면 동일한 시편 형상에 대해 지정된 테스트 온도에서 극저온 테스트가 수행되며 결과는 평균이 아닌 개별 값으로 보고됩니다.

티타늄 알루미나이드 금속간 화합물

Ti{0}}Al 금속간 합금은 개발 중인 차세대 발사 재료입니다. 이는 높은 비강도와 높은 탄성 계수 및 낮은 밀도를 결합하여 니켈-계 합금이 질량을 추가하는 고온 구조 부품에 매력적입니다. 이러한 합금의 채택 여부는 이용 가능한 용융, 불활성 가스 원자화 및 등온 변형 능력에 따라 달라집니다. 왜냐하면 이러한 합금은 처리 범위가 좁고 실온{5}} 연성이 제한되어 있기 때문입니다. TC 및 TA 시리즈를 포함한 티타늄 및 티타늄 합금에 대한 중국 등급 지정은 GB/T 3620.1에 나열되어 있습니다.

자주 묻는 질문

Q:5등급 티타늄 바의 최소 인장 강도는 얼마입니까?
A: ASTM B348에 명시된 대로 최소 항복 강도는 828MPa이고 최소 연신율은 10%인 895MPa입니다.

Q:Ti-6Al-4V의 알파{0}}베타 구조는 어떤 온도에서 변합니까?
A: 베타 천이 온도는 약 995°C입니다. 해당 온도보다 높거나 낮은 온도에서 작업하면 완성된 구조가 라멜라인지 등축인지가 결정됩니다.

Q:5학년 대신 23학년을 사용하는 이유는 무엇입니까?
A: 23등급은 낮은 격자간 한계를 갖고 있어 최소 인장 강도(895 MPa 대비 860 MPa)에서 적은 비용으로 연성 및 파괴 인성을 향상시킵니다.

Q:Ti-Al 금속간 합금의 이점은 무엇입니까?
답변: 높은 탄성 계수와 낮은 밀도로 높은 비강도를 제공하여 고온-구조 부품의 질량을 줄여줍니다.

Q:티타늄 사양이 적용되는 제품 형태는 무엇입니까?
A: ASTM B348은 바 및 빌렛을 다루고, ASTM B265는 시트, 스트립 및 플레이트를 다루고, ASTM B338은 튜빙을 다루고 있습니다.