TC21 é um produto de alta resistência, alta resistência, e alta tolerância a danos liga de titânio. É um material crucial usado em aplicações aeroespaciais avançadas.
Visão geral da liga de titânio TC21
Principais características da liga de titânio TC21
- Alta resistência: A liga de titânio TC21 tem uma resistência maior que 1100 MPa.
- Alta resistência: Tem uma resistência à fratura (K_IC) variando de 70 para 90 MPa·m^1/2.
- Tolerância a danos: A liga exibe uma baixa taxa de crescimento de trincas (da/dN), o que aumenta sua tolerância a danos.
- Soldabilidade: TC21 é um alfa soldável + liga de titânio beta bifásica.
- Composição: A composição nominal do TC21 é Ti-6Al-2Zr-2Sn-3Mo-1Cr-2Nb-0.1E.
Comparação com outras ligas
O TC21 foi projetado para exceder a resistência à fratura, resistência ao crescimento de rachaduras, e estabilidade térmica da liga TC4, embora tenha maior resistência. Tem como objetivo igualar ou superar as propriedades da liga americana Ti-62222S.
Principais aplicações da liga de titânio TC21
A liga TC21 é usada principalmente em aplicações aeroespaciais, particularmente em componentes estruturais de caças avançados. Por exemplo, 3% das partes estruturais dos EUA. O jato de combate F22 usa a liga Ti-6-22-22S, destacando a importância das ligas de titânio nas estruturas de aeronaves.
Na China, a aplicação e a tecnologia das ligas de titânio ainda estão atrás dos países desenvolvidos. Durante o “15o Plano Quinquenal,” A China lançou um programa de pesquisa para desenvolver produtos de alta resistência, alta resistência, ligas de titânio de alta tolerância a danos para se alinhar com a tendência internacional de design de tolerância a danos. Isto levou ao desenvolvimento bem sucedido da liga TC21.
Processamento e Fabricação
A liga de titânio TC21 está disponível principalmente na forma de bares, forjados, e placas grossas. O processamento de tais peças de liga de titânio normalmente requer métodos de deformação plástica. Devido à alta resistência específica das ligas de titânio, sua capacidade de deformação plástica a frio é baixa. Portanto, processos de deformação termoplástica de alta temperatura, como forjamento, geralmente são necessários para processamento de deformação plástica, e TC21 não é exceção.
Quão especial é o TC21?
Microestrutura e desempenho da liga de titânio TC21
O desempenho de uma liga é significativamente influenciado pelos elementos de liga, técnicas de processamento, e sua microestrutura. A microestrutura, sob composições de liga específicas, torna-se o principal fator que afeta suas propriedades.
Variações Microestruturais
Durante o processo de deformação de ligas de titânio bifásicas como TC21, várias microestruturas podem surgir dependendo dos métodos e condições de processamento. Essas microestruturas incluem estrutura Widmanstätten, estrutura em cestaria, estrutura duplex, e estrutura equiaxial, cada um exibindo formas únicas, tamanhos, estruturas, e características de desempenho.
- Estrutura Widmanstätten: Conhecido pela boa resistência à fluência em altas temperaturas, mas pela baixa plasticidade, estabilidade térmica, e desempenho de fadiga.
- Estruturas Basketweave e Duplex: Oferece boas propriedades mecânicas gerais. A estrutura Basketweave é excelente em resistência à fluência, tenacidade à fratura, e propagação de trincas por fadiga, mas pode atrasar no desempenho de fadiga e na estabilidade térmica em comparação com a estrutura duplex.
- Estrutura Equiaxial: Fornece a melhor plasticidade e estabilidade térmica, mas geralmente menor resistência à fluência.
Estudo sobre Estrutura Basketweave
Nas indústrias aeroespaciais, projetar para proteção contra falhas com base em critérios de tolerância a danos é crucial. Materiais com características tolerantes a danos deveriam idealmente possuir:
- Alta tenacidade à fratura (K_IC).
- Baixa taxa de propagação de fissuras (da/dN).
- Alto limite de propagação de crack (Kº).
Compreender a relação entre danos materiais e condições críticas é essencial para estimar com precisão a vida em fadiga. A estrutura basketweave da liga de titânio TC21, alcançado através de regimes específicos de tratamento térmico, demonstra força superior, plasticidade, resistência, e resistência à propagação de trincas em comparação com outras microestruturas. Sua resistência à fratura e estabilidade térmica são mantidas em níveis não inferiores aos da liga TC4, com resistência superando a liga TC4 por uma margem significativa e comparável à liga americana Ti-62222S.
Importância dos Parâmetros Microestruturais para Tolerância a Danos
Para aumentar a tolerância a danos de materiais como a liga de titânio TC21, é crucial estabelecer modelos matemáticos que correlacionem parâmetros microestruturais, especialmente resistência à fratura, com desempenho. Esses esforços são essenciais para avançar no desenvolvimento de materiais e otimizar processos de produção em aplicações aeroespaciais.
