多年以來,各類飛機元件制造商使用真空熔爐加工。20世紀70年代早期,主要發動機制造商認識到了真空處理的優點并開始采用熔爐裝備工廠,以對發動機元件開展熱處理和釬焊。不久之后,飛機發動機修理基地也紛紛效仿。最終,機身制造商也加入這一潮流,以對原材料和釬焊成品進行清潔的熱處理。
目前采用真空處理的元件范圍涉及簡單的部件、飛機的大型機身部分及起落架組件。通常,這些較大的部件要求采用一種特殊設計的熔爐,以適應其較大的尺寸和獨特的熱處理要求。

一萬磅鋁鈦錠在2400°F下真空均質處理24h今天,機身制造商的趨勢是增加使用復合材料和鈦合金。與鋁結構相比,復合材料在由于疲勞造成的維護方面大幅減少。在分析加載和環境因素時,低維護、高強度的鈦再次勝過了鋁。
由于鈦的這些優點,它現在約占到了新型波音787 Dreamliner總機身的15%。例如,波音787飛機中大多數可以進行熱處理的鈦位于其起落架和結構裝置(Ti5553)、地板結構(Ti-6Al-4v)、擠壓件(Ti-6Al-4V)和駕駛艙(Ti-6Al-4V)之內。
雖然Ti-6Al-4V一直是該工業使用最多的合金,但是,Ti5553 (Ti5Al-5V-5Mo-3Cr0)也正用于787飛機的重要關鍵飛行部件。與Ti-6Al-4V相比,Ti5553的硬度性能卓越,同時也具有較高的強度和斷裂韌度,以及優良的高周期疲勞性能。這就是Ti5553鍛造件應用于副翼軌道、塔門、側弦和起落架等加載位置的原因。
需要的規范
Solar Atmosphere正在通過開展成功的熱處理和加工,以努力幫助推動航天工業使用這些鈦合金。如果沒有正確的方法,就不能達到特定的關鍵冶金特性,部件會產生缺陷,成本也會上升。不幸的是,目前還不存在涵蓋所有必要的工藝和需要的最終結果的通用規范。只有涵蓋鍛造軋制產品(AMS4928Q)、鈦部件(AMS2901B)以及其他內部程序(BAC5613)的各種規范。業界絕對需要快速制定真空熱處理的一種可接受的規范。
市售純(CP)鈦經真空退火處理,以確保成型性能。
例如,Ti-6Al-4v涉及快速冷卻之后采取固溶處理――通常是用水淬火。但是,這樣通常會導致過度變形,對于航空工程師來說,這是不可接受的。這種挑戰已經導致了更新的合金Ti5553的擴展使用,Ti5553可以控制冷卻,變形量小,允許設計為近凈成形。Ti5553的BASCA(?退火慢速冷卻時間)熱處理可以達到更佳的最終特性和變形控制。

建議的規范
Solar Atmosphere工程師的建議是在未來任何的鈦處理規范中解決以下問題:
描述特殊材料或部件所需的適當的冷卻速度――無論是水、機油或惰性氣體,必須制定速率,以達到需要的特性,并減小變形。
概括最近提出的制備技術和新開發的加工周期――目前的鈦規范假定的是后續熱處理會產生?態富氧層,但是,利用真空技術可以大幅降低這種狀態。
規定氫的最大允許PPM含量,以消除材料脆化的可能性和失效的風險――當鈦合金接觸到通常在材料制造和加工期間(特別是較高溫度時)出現的富氫環境時,會出現嚴重問題;高真空處理和升高溫度可將這種氫消除到百萬分之個位數的含量。
承認石墨可以用于真空處理的裝夾――采用石墨設備,工程師可以設計近凈成形元件。
確保記錄和報告工件與熱電偶的數值――目前的規范沒有對其進行明確的定義和區別。
未來的成功
預計到2029年,全球的飛機數量將翻番。機身肯定會增加復合材料和鈦的使用。目前波音/空客使用的鈦是每年6000萬磅,預計到2012年將增加到一億磅。為了適時滿足熱加工這種材料的不斷增長的需求,飛機工業各領域的冶金學家成功制定鈦真空處理的通用規范十分重要。這種協作成果不僅可以增強這些材料在全球范圍的使用,而且也將提高軍用和商用航天工業的質量和安全水平。
