Utvecklingsstatus för titanlegeringar med hög hållfasthet och hög elasticitet

Utvecklingsstatus för titanlegeringar med hög hållfasthet och hög elasticitet

Den elastiska deformationsförmågan hos metallmaterial påverkas av sträckgränsen och elasticitetsmodulen, och den elastiska gränsen (ε0.2) för draglinjen är i allmänhet mindre än 1%. Styrkan hos traditionell titanlegering ligger i intervallet 400 ~ 1500 MPa enligt legeringskvaliteten, elastikmodulen ligger mellan 50 ~ 120 GPa, vilket är mycket lägre än stål (cirka 210 GPa), och den elastiska deformationsförmågan är ungefär dubbelt så stor som stål. Titanlegering har utmärkt elastisk deformationsförmåga på grund av sin höga hållfasthet och låga elastiska modul och används ofta inom flyg- och rymdområdet.

På 1950-talet använde USA först TI-6AL-4V titanlegeringsbultar på B-52-bombplanen, vilket öppnade tillämpningen av fästelement av titanlegering inom flygindustrin. Med de kontinuerliga lätta kraven på flyg och vapen har tillämpningen av titanlegeringar av lättvikt, höghållfasthet och högelasticitet i fästelement gradvis ersatt det traditionella 30CrMosia-stålet, vilket förbättrat utrustningens säkerhet och tillförlitlighet. För närvarande vanligt förekommande α + β- och β-typ titanlegeringar, såsom Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al och Ti-15Mo-3Al- 2.7Nb-0.3Si (β 21S), etc., är draghållfastheten i princip 1000 MPa-nivå.

Sedan 1970-talet har McDonnell Douglas använt TI-13V-11CR-3AL för att tillverka civila flygplanfjädrar, ersatt fjäderstål och minskat vikten med 70%. Senare började Lockheed, Boeing och Airbus att använda β-titanlegeringsmaterial för att göra fjäderkomponenter, såsom landningsställslås, hydraulisk retur och flygkontroll. Typiska legeringar är Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn och Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C), och deras elastiska modul är cirka 104 GPa. Draghållfastheten är 1300 ~ 1450 MPa.

Typiska märken som används i Kina är TB2, TB3 och TB5. För närvarande antar α + β- och β-typ titanlegeringar som används för fjädrar och fästanordningar i allmänhet α + β tvåfasstruktur för att erhålla hög hållfasthet. Samtidigt är elasticitetsmodulen (90 ~ 120 GPa) också högre, vilket resulterar i lägre elastiska egenskaper. Därför är det svårt att uppfylla kraven på avancerade flygplan för höghållfasta och högelastiska material. Som ett speciellt nitmaterial har β-typ Ti-45Nb legering använts i stor utsträckning i rymdprodukter hemma och utomlands. Legeringen har fördelarna med låg elastisk modul, god plasticitet och god kallbearbetningsformbarhet, men styrkan, speciellt sträckgränsen, är låg och styrkan och elastiska egenskaper matchas dåligt.

För att minska den medicinska titanlegeringens elastiska modul har sedan 1990-talet utvecklats en serie metastabila titanlegeringar av metastabil β-typ, såsom Ti-29NB-13Ta-4.6Zr och Ti-35NB-5Ta- 7Zr etc. för att uppnå bättre elastiska egenskaper. Denna titanlegering utvecklades dock för det medicinska området. Titanlegeringens hållfasthet är låg, och det är svårt att uppfylla kraven på hög hållfasthet och hög elasticitet hos titanlegering för luftfästen och fjädrar. 2003 utvecklade Toyota Central Research Institute of Japan en multifunktionell titanlegering (gummimetall) med utmärkta omfattande egenskaper. Den typiska kompositionen är ti-23nb -0,7 ta-2zr -1,2 2o (atomfraktion%). Legeringen deformeras av 90% kallvalsning. Ryggstyrkan kan nå 1200 MPa, den elastiska modulen är 55 GPa och den elastiska gränsen kan nå cirka 2,5%. Det visar utmärkt matchning med hög hållfasthet och hög elasticitet. Legeringen har konstant elasticitet i ett brett temperaturintervall.

Den metastabila β-legeringen Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448) utvecklad av Institute of Metal Materials vid den kinesiska vetenskapsakademin visar också utmärkta elastiska egenskaper, med sin elastiska modul så låg som 42 GPa och elastisk töjning som högt som 3,3%. Efter lösningens åldringsbehandling har den också utmärkt hög styrka och hög elasticitetsmatchning. Gummimetall och TI-2448 är typiska representanter för avancerade titanlegeringar med hög hållfasthet och hög elasticitet. Detta visar att titanlegeringar kan uppnå matchning med hög hållfasthet och hög elasticitet. Dess utmärkta prestanda beror på genial komponentdesign och lämplig förberedelsesteknik.

Nicole