Giáo trình Công nghệ chế tạo kết cấu tên lửa từ hợp kim titan (Dùng cho nghiên cứu sinh và cán bộ nghiên cứu chuyên ngành Cơ khí – Động lực)

LỜI NÓI ĐẦU 11

Chương 1: HỢP KIM TITAN VÀ ỨNG DỤNG TRONG KẾT CẤU TÊN LỬA 13

1.1.TITAN KIM LOẠI 13

1.2. CÁC NGUYÊN TỐ HỢP KIM HÓA 17

1.2.1. Hợp kim hóa 17

1.2.2. Các nguyên tố ổn định α 18

1.2.3. Các nguyên tố xen kẽ trong titan 19

1.2.4. Các nguyên tố hợp kim ổn định β 23

1.2.5. Các nguyên tố hợp kim trung tính 27

1.2.6. Đặc điểm giản đồ pha với các nguyên tố hợp kim hóa 28

1.3. PHÂN LOẠI HỢP KIM TITAN 30

1.3.1. Tiêu chuẩn về titan và hợp kim titan trên thế giới 30

1.3.2. Hợp kim titan theo tiêu chuẩn của Mỹ 32

1.3.3. Hợp kim titan theo tiêu chuẩn của Nga 42

1.4. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA TITAN VÀ HỢP KIM TITAN 52

1.4.1. Mật độ 52

1.4.2. Tính chất cơ học 53

1.4.3. Một số tính chất vật lý 53

1.4.4. Tính chất chịu ăn mòn 55

1.4.5. Sự oxy hóa khi nhiệt độ tăng 57

1.5. ỨNG DỤNG HỢP KIM TITAN TRONG KẾT CẤU TÊN LỬA VÀ KHÍ CỤ BAY 59

1.5.1. Hợp kim titan cho kết cấu thân vỏ tên lửa, thiết bị bay 60

1.5.2. Hợp kim titan trong chế tạo động cơ nhiên liệu rắn 62

1.5.3. Hợp kim titan trong chế tạo động cơ nhiên liệu lỏng 63

1.5.4. Ứng dụng hợp kim titan trong lĩnh vực không gian vũ trụ 64

1.5.5. Ứng dụng hợp kim titan trong hàng không, thiết bị bay 66

Chương 2: CÔNG NGHỆ NẤU ĐÚC HỢP KIM TITAN 79

2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH NẤU LUYỆN HỢP KIM TITAN 79

2.1.1. Nguyên liệu cơ bản dùng nấu luyện hợp kim titan 79

2.1.2. Hợp kim hóa khi nấu luyện hợp kim titan 81

2.1.3. Sự tương tác của titan lỏng với các khí 83

2.1.4. Tạp chất và các chất dễ bay hơi có trong liệu khi nấu chảy 85

2.1.5. Vai trò của áp suất trong quá trình nấu luyện 88

2.1.6. Bay hơi của các nguyên tố hợp kim khi nấu luyện 89

2.2. THIẾT BỊ VÀ QUÁ TRÌNH NẤU LUYỆN 94

2.2.1. Nấu luyện titan và hợp kim titan trong lò cảm ứng 94

2.2.2. Nấu luyện hợp kim titan trong lò hồ quang chân không 99

2.2.3. Một số công nghệ nấu luyện hợp kim titan khác 112

2.3. KHUÔN ĐÚC 119

2.3.1. Khuôn đúc bằng than chì đầm 119

2.3.2. Khuôn mẫu chảy 120

2.3.3. Đúc khuôn cát 121

2.4. VẬT ĐÚC 121

2.4.1. Sản phẩm đúc 121

2.4.2. Hợp kim đúc 123

2.4.3. Khuyết tật thỏi đúc trong nấu đúc 124

2.5. XỬ LÝ SAU ĐÚC VÀ TỔ CHỨC VẬT ĐÚC 128

2.5.1. Ép nóng đẳng tĩnh (HIP) 128

2.5.2. Hàn sửa chữa 129

2.5.3. Xử lý nhiệt 129

2.5.4. Tổ chức tế vi của hợp kim đúc 129

2.5.5. Tính chất cơ học vật đúc 130

Chương 3: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC HỢP KIM TITAN 133

3.1. TÍNH CHẤT ĐÀN HỒI CỦA HỢP KIM TITAN 133

3.2. TÍNH CHẤT BIẾN DẠNG DẺO VÀ TẠO HÌNH CỦA HỢP KIM TITAN 137

3.2.1. Tính chất biến dạng dẻo 137

3.2.2. Tạo hình của hợp kim titan 143

3.3. CÔNG NGHỆ RÈN, CÁN, DẬP TẤM 149

3.3.1. Rèn hợp kim titan 149

3.3.2. Cán hợp kim titan 162

3.3.3. Dập tấm hợp kim titan 165

3.4. BIẾN DẠNG VÀ TẠO HÌNH SIÊU DẺO HỢP KIM TITAN 168

3.4.1. Giới thiệu chung về siêu dẻo 168

3.4.2. Hợp kim titan siêu dẻo và tính chất 170

3.4.3. Công nghệ tạo hình siêu dẻo hợp kim titan 171

Chương 4: GIA CÔNG CẮT GỌT HỢP KIM TITAN 175

4.1. ĐẶC ĐIỂM GIA CÔNG CẮT GỌT HỢP KIM TITAN 175

4.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TRUYỀN THỐNG 177

4.2.1. Tiện và doa 177

4.2.2. Phay 185

4.2.3. Khoan 197

4.2.4. Ta rô 202

4.2.5. Chuốt 205

4.2.6. Mài 207

4.2.7. Cưa 210

Chương 5: HÀN HỢP KIM TITAN 212

5.1. TÍNH HÀN CỦA HỢP KIM TITAN 212

5.1.1. Khả năng hàn 212

5.1.2. Làm sạch để hàn 213

5.1.3. Khí bảo vệ 214

5.2. CÁC CÔNG NGHỆ HÀN TITAN VÀ HỢP KIM TITAN CƠ BẢN 216

5.2.1. Hàn hồ quang vonfram khí 217

5.2.2. Hàn hồ quang kim loại khí 230

5.2.3. Hàn hồ quang plasma 231

5.2.4. Hàn chùm tia điện tử 232

5.2.5. Hàn tia laze 235

5.2.6. Hàn điểm điện trở và hàn giáp mí 235

5.2.7. Hàn tia lửa điện 237

5.2.8. Hàn khuếch tán 238

5.2.9. Hàn áp lực 239

5.2.10. Hàn ma sát 240

5.3. ĐẶC ĐIỂM VÀ CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN TITAN 242

5.3.1. Đặc điểm tổ chức mối hàn hàn nóng chảy 242

5.3.2. Khuyết tật hàn 244

5.3.3. Kiểm soát chất lượng mối hàn 246

5.3.4. Hàn sửa chữa 247

5.3.5. Khử ứng suất mối hàn 248

5.3.6. Tính chất cơ học mối hàn 249

Chương 6: XỬ LÝ NHIỆT HỢP KIM TITAN 251

6.1. CHUYỂN PHA XẢY RA KHI XỬ LÝ NHIỆT HỢP KIM TITAN 251

6.1.1. Đặc điểm về chuyển pha α - β 251

6.1.2. Chuyển pha α - β qua biến đổi mactenxit 256

6.1.3. Chuyển pha α - β bằng tạo mầm và khuếch tán 259

6.1.4. Đặc điểm các pha tạo ra khi xử lý nhiệt hợp kim titan 260

6.2. HÓA BỀN TIẾT PHA KHI XỬ LÝ NHIỆT HỢP KIM TITAN 265

6.2.1. Các cơ chế hóa bền cơ bản 265

6.2.2. Hóa bền pha α 265

6.2.3. Hóa bền của pha β 267

6.3. CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NHIỆT CƠ BẢN HỢP KIM TITAN 271

6.3.1. Các công nghệ nhiệt luyện áp dụng cho hợp kim titan 271

6.3.2. Khử ứng suất sau nguyên công biến dạng và hàn 273

6.3.3. Ủ hợp kim titan 275

6.3.4. Xử lý dung dịch rắn hợp kim titan 283

6.3.5. Tôi hợp kim titan 285

6.3.6. Hóa già hợp kim titan 288

6.3.7. Các lưu ý trong quá trình xử lý nhiệt hợp kim titan 291

6.4. THIẾT BỊ XỬ LÝ NHIỆT 295

TÀI LIỆU THAM KHẢO 299