Udvikling status af høj styrke og høj elasticitet titanium legeringer

Udvikling status af høj styrke og høj elasticitet titanium legeringer

Metalmaterialernes elastiske deformationsevne påvirkes af udbyttestyrken og den elastiske modulus, og den elastiske grænse (ε0.2) for træklinjen er generelt mindre end 1%. Styrken af traditionel titanium legering er i intervallet 400 ~ 1500 MPa i henhold til legering kvalitet, den elastiske modulus er mellem 50 ~ 120 GPa, hvilket er meget lavere end stål (ca. 210 GPa), og den elastiske deformation kapacitet er omkring det dobbelte af stål. Titanium legering har fremragende elastisk deformation evne på grund af sin høje styrke og lave elastiske modulus, og er meget udbredt i luft-og rumfartsområdet.

I 1950'erne brugte USA først TI-6AL-4V titaniumlegeringsbolte på B-52 bombeflyet, hvilket åbnede for anvendelse af titaniumlegeringsfastgørelsesapparater på luftfartsområdet. Med de kontinuerlige letvægtskrav til rumfart og våben har anvendelsen af letvægts-, højstyrke- og højelasticitets titaniumlegeringer i fastgørelsesanordninger gradvist erstattet det traditionelle 30CrMosia-stål, hvilket forbedrer udstyrets sikkerhed og pålidelighed. I øjeblikket almindeligt anvendte α+β og β titaniumlegeringer, såsom Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al og Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.3Si (β 21S), osv., trækstyrken er dybest set 1000 MPa niveau.

Siden 1970'erne har McDonnell Douglas brugt TI-13V-11CR-3AL til fremstilling af civile flyfjedre, udskiftning af fjederstål og reduktion af vægten med 70%. Senere begyndte Lockheed, Boeing og Airbus at bruge β titaniumlegeringsmaterialer til at fremstille fjederkomponenter, såsom landingsstellåse, hydraulisk returnering og flykontrol. Typiske legeringer er Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn og Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C), og deres elastiske modulus er omkring 104 GPa. Trækstyrken er 1300 ~ 1450 MPa.

Typiske mærker, der anvendes i Kina er TB2, TB3 og TB5. På nuværende tidspunkt anvender α+β og β titaniumlegeringer, der anvendes til fjedre og skruer, generelt α+β tofaset struktur for at opnå høj styrke. Samtidig er modulus af elasticitet (90 ~ 120 GPa) også højere, hvilket resulterer i lavere elastiske egenskaber. Derfor er det vanskeligt at opfylde kravene til avancerede fly til højstyrke og højelastiske materialer. Som et specielt nittemateriale er β-type Ti-45Nb-legering blevet udbredt i luftfartsprodukter i ind- og udland. Legeringen har fordelene ved lav elastisk modulus, god plasticitet og god kold arbejdsformabilitet, men styrken, især udbyttestyrken, er lav, og styrken og de elastiske egenskaber er dårligt matchet.

Siden 1990'erne er der for at reducere de elastiske modulus af medicinske titaniumlegeringer udviklet en række lave elastiske modulus-metastable β titaniumlegeringer af typen, såsom Ti-29NB-13Ta-4.6Zr og Ti-35NB-5Ta- 7Zr osv., for at opnå bedre elastiske egenskaber. Men denne titanium legering blev udviklet til det medicinske område. Styrken af titaniumlegering er lav, og det er svært at opfylde de høje styrke- og høje elasticitetskrav til titaniumlegering til luftfartsfastgørelses- og fjedre. I 2003 udviklede Toyota Central Research Institute of Japan en multifunktionel titaniumlegering (gummimetal) med fremragende omfattende egenskaber. Den typiske sammensætning er ti-23nb -0,7 ta-2zr -1,2 2o (atomfraktion %). Legeringen deformeres med 90% koldvalsning. Rygstyrken kan nå 1200 MPa, den elastiske modulus er 55 GPa, og den elastiske grænse kan nå op på omkring 2,5%. Det viser fremragende matchning af høj styrke og høj elasticitet. Legeringen har konstant elasticitet i et bredt temperaturområde.

Den metastable β-type legering Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448) udviklet af Institute of Metal Materials of the Chinese Academy of Sciences viser også fremragende elastiske egenskaber, med sin elastiske modulus så lavt som 42 GPa og elastisk stamme så højt som 3,3%. Efter opløsning ældning behandling, det har også fremragende høj styrke og høj elasticitet matchende. Gummimetal og TI-2448 er typiske repræsentanter for avancerede højstyrke- og højelasticitets titaniumlegeringer. Dette viser, at titaniumlegeringer kan opnå høj styrke og høj elasticitetsmatchning. Dens fremragende ydeevne afhænger af genial komponentdesign og passende forberedelsesteknologi.

Nicole