Stan rozwoju stopów tytanu o wysokiej wytrzymałości i wysokiej elastyczności

Stan rozwoju stopów tytanu o wysokiej wytrzymałości i wysokiej elastyczności

Na zdolność odkształcania sprężyste materiałów metalowych ma wpływ wytrzymałość plastyczna i moduł sprężysty, a granica sprężysty (ε0,2) linii rozciągania jest na ogół mniejsza niż 1%. Wytrzymałość tradycyjnego stopu tytanu jest w zakresie 400 ~ 1500 MPa w zależności od gatunku stopu, moduł elastyczny wynosi między 50 ~ 120 GPa, który jest znacznie niższy niż stal (około 210 GPa), a zdolność odkształcania sprężystego jest około dwukrotnie większa niż ze stali. Stop tytanu ma doskonałą zdolność odkształcania sprężyste ze względu na wysoką wytrzymałość i niski moduł sprężysty i jest szeroko stosowany w dziedzinie lotnictwa.

W 1950 roku, Stany Zjednoczone po raz pierwszy używane TI-6AL-4V śruby ze stopu tytanu na b-52 bombowiec, otwierając zastosowanie łączników ze stopu tytanu w dziedzinie lotnictwa. Dzięki ciągłym lekkim wymaganiom lotnictwa i uzbrojenia, zastosowanie lekkich, wytrzymałych i elastycznych stopów tytanu w łącznikach stopniowo zastąpiło tradycyjną stal 30CrMosia, poprawiając bezpieczeństwo i niezawodność sprzętu. Obecnie powszechnie stosowane α+β i β stopów tytanu, takich jak Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al i Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.3Si ( β 21S), itp., wytrzymałość na rozciąganie wynosi w zasadzie poziom 1000 MPa.

Od 1970 roku, McDonnell Douglas używa TI-13V-11CR-3AL do produkcji cywilnych sprężyn lotniczych, zastępując stal sprężynową i zmniejszając masę o 70%. Później Lockheed, Boeing i Airbus zaczęli używać β-tytanowych materiałów ze stopu do produkcji komponentów sprężynowych, takich jak blokady podwozia, powrót hydrauliczny i sterowanie samolotem. Typowe stopy to Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn i Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C), a ich moduł elastyczny wynosi około 104 GPa. Wytrzymałość na rozciąganie wynosi 1300 ~ 1450 MPa.

Typowe marki stosowane w Chinach to TB2, TB3 i TB5. Obecnie α+ β i β stopów tytanu stosowanych do sprężyn i łączników zazwyczaj przyjmują α + β dwufazową strukturę w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości. W tym samym czasie, moduł sprężystości (90 ~ 120 GPa) jest również wyższa, co powoduje niższe właściwości sprężyste. Dlatego trudno jest spełnić wymagania zaawansowanych samolotów dla materiałów o wysokiej wytrzymałości i wysokiej elastyczności. Jako specjalny materiał nitowy, β stop Ti-45Nb jest szeroko stosowany w produktach lotniczych w kraju i za granicą. Stop ma zalety niskiego sprężystego modułu, dobrej plastyczności i dobrej plastyczności pracy na zimno, ale wytrzymałość, zwłaszcza wytrzymałość, jest niska, a wytrzymałość i właściwości sprężyste są słabo dopasowane.

Od 1990 roku, w celu zmniejszenia sprężystości modułu medycznych stopów tytanu, opracowano serię niskoelasowych modułów metastable β stopów tytanu, takich jak Ti-29NB-13Ta-4.6Zr i Ti-35NB-5Ta- 7Zr, itp., aby uzyskać lepsze właściwości elastyczne. Jednak ten stop tytanu został opracowany dla dziedziny medycyny. Wytrzymałość stopu tytanu jest niska i trudno jest spełnić wysokie wymagania wytrzymałościowe i wysoka elastyczność stopu tytanu do złączek lotniczych i sprężyn. W 2003 roku Japoński Instytut Badawczy Toyota Central Research opracował wielofunkcyjny stop tytanu (metal gumowy) o doskonałych właściwościach kompleksowych. Typowy skład to ti-23nb -0,7 ta-2zr -1,2 2o (frakcja atomowa %). Stop jest zdeformowany przez 90% walcowanie na zimno. Siła pleców może osiągnąć 1200 MPa, moduł sprężysty wynosi 55 GPa, a limit sprężysty może osiągnąć około 2,5%. Pokazuje doskonałe dopasowanie o wysokiej wytrzymałości i wysokiej elastyczności. Stop ma stałą elastyczność w szerokim zakresie temperatur.

Metastable β typu stopu Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448) opracowany przez Instytut Materiałów Metalowych Chińskiej Akademii Nauk pokazuje również doskonałe właściwości sprężyste, z jego elastyczny moduł tak niskie, jak 42 GPa i sprężyste szczep tak wysokie, jak 3,3%. Po zabiegu starzenia się roztworu ma również doskonałą wysoką wytrzymałość i dopasowanie wysokiej elastyczności. Metal gumowy i TI-2448 są typowymi przedstawicielami zaawansowanych stopów tytanu o wysokiej wytrzymałości i wysokiej elastyczności. To pokazuje, że stopy tytanu mogą osiągnąć dopasowanie o wysokiej wytrzymałości i wysokiej elastyczności. Jego doskonała wydajność zależy od pomysłowego projektu komponentów i odpowiedniej technologii przygotowania.

Nicole