Utviklingsstatus for titanlegeringer med høy styrke og høy elastisitet

Utviklingsstatus for titanlegeringer med høy styrke og høy elastisitet

Den elastiske deformasjonsevnen til metallmaterialer påvirkes av utbyttestyrken og elastisk modulus, og den elastiske grensen (ε0,2) av strekklinjen er generelt mindre enn 1%. Styrken til tradisjonell titanlegering er i området 400 ~ 1500 MPa i henhold til legeringsgraden, den elastiske modulusen er mellom 50 ~ 120 GPa, som er mye lavere enn stål (ca. 210 GPa), og den elastiske deformasjonskapasiteten er omtrent dobbelt så stor som stål. Titanlegering har utmerket elastisk deformasjonsevne på grunn av sin høye styrke og lave elastiske modulus, og er mye brukt i luftfartsfeltet.

På 1950-tallet brukte USA først TI-6AL-4V titanlegeringsbolter på B-52-bomberen, og åpnet anvendelsen av titanlegeringsfester i luftfartsfeltet. Med de kontinuerlige lette kravene til luftfart og våpen har anvendelsen av lette titanlegeringer med høy styrke og høy elastisitet i festemidler gradvis erstattet det tradisjonelle 30CrMosia-stålet, noe som forbedrer sikkerheten og påliteligheten til utstyret. For tiden ofte brukt α + β og β-type titanlegeringer, som Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al og Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.3Si ( β 21S), etc., er strekkfasthet i utgangspunktet 1000 MPa-nivå.

Siden 1970-tallet har McDonnell Douglas brukt TI-13V-11CR-3AL til å produsere sivile flyfjærer, erstatte fjærstål og redusere vekten med 70%. Senere begynte Lockheed, Boeing og Airbus å bruke β-titanlegeringsmaterialer for å lage fjærkomponenter, for eksempel landingsgirlåser, hydraulisk retur og flykontroll. Typiske legeringer er Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn og Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C), og deres elastiske modulus er ca 104 GPa. Strekkfasthet er 1300 ~ 1450 MPa.

Typiske merker som brukes i Kina er TB2, TB3 og TB5. For tiden vedtar α + β og β titanlegeringer som brukes til fjærer og festemidler generelt α + β tofasestruktur for å oppnå høy styrke. Samtidig er elastisitetens modul (90 ~ 120 GPa) også høyere, noe som resulterer i lavere elastiske egenskaper. Derfor er det vanskelig å oppfylle kravene til avanserte fly for høy styrke og høy-elastiske materialer. Som et spesielt naglemateriale har β-type Ti-45Nb legering blitt mye brukt i luftfartsprodukter i inn- og utland. Legeringen har fordelene med lav elastisk modulus, god plastisitet og god kald arbeidsformbarhet, men styrken, spesielt utbyttestyrken, er lav, og styrken og elastiske egenskapene er dårlig tilpasset.

Siden 1990-tallet, for å redusere den elastiske modulen av medisinske titanlegeringer, har det blitt utviklet en rekke lav elastiske modulusmetastastable β-type titanlegeringer, for eksempel Ti-29NB-13Ta-4.6Zr og Ti-35NB-5Ta- 7Zr, etc., for å oppnå bedre elastiske egenskaper. Imidlertid ble denne titanlegeringen utviklet for det medisinske feltet. Styrken til titanlegering er lav, og det er vanskelig å møte kravene til høy styrke og høy elastisitet i titanlegering for luftfartsfester og fjærer. I 2003 utviklet Toyota Central Research Institute of Japan en multifunksjonell titanlegering (gummimetall) med utmerkede omfattende egenskaper. Den typiske sammensetningen er ti-23nb -0,7 ta-2zr -1,2 2o (atomfraksjon %). Legeringen deformeres med 90% kald rulling. Ryggstyrken kan nå 1200 MPa, den elastiske modulusen er 55 GPa, og den elastiske grensen kan nå ca 2,5%. Det viser utmerket matching av høy styrke og høy elastisitet. Legeringen har konstant elastisitet i et bredt temperaturområde.

Den metastabile β-type legering Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448) utviklet av Institute of Metal Materials of the Chinese Academy of Sciences viser også gode elastiske egenskaper, med sin elastiske modulus så lavt som 42 GPa og elastisk belastning så høyt som 3,3%. Etter løsning aldring behandling, har den også utmerket høy styrke og høy elastisitet matchende. Gummimetall og TI-2448 er typiske representanter for avanserte titanlegeringer med høy styrke og høy elastisitet. Dette viser at titanlegeringer kan oppnå høy styrke og høy elastisitetsmatching. Den utmerkede ytelsen avhenger av genial komponentdesign og passende forberedelsesteknologi.

Nicole