Vývojový stav vysokopásmových zliatin titánu a vysoko elastických zliatin titánu

Vývojový stav vysokopásmových zliatin titánu a vysoko elastických zliatin titánu

Elastická deformačná schopnosť kovových materiálov je ovplyvnená pevnosťou v výťažnosti a elastickým modulom a elastický limit (ε0.2) ťahovej čiary je vo všeobecnosti menší ako 1%. Pevnosť tradičnej zliatiny titánu je v rozsahu 400 ~ 1500 MPa podľa triedy zliatiny, elastický modul je medzi 50 ~ 120 GPa, čo je oveľa nižšia ako oceľ (asi 210 GPa), a elastická deformačná kapacita je asi dvojnásobok kapacity ocele. Zliatina titánu má vynikajúcu schopnosť pružnej deformácie vďaka svojej vysokej pevnosti a nízkej elastickej modulu a je široko používaná v leteckom a kozmickom poli.

V 50-tych rokoch spojené štáty prvýkrát použili skrutky titánovej zliatiny TI-6AL-4V na bombardér B-52, čo otvorilo aplikáciu spojovacích materiálov zo zliatiny titánu v leteckom a kozmickom poli. S nepretržitými ľahkými požiadavkami leteckého priemyslu a zbraní, použitie ľahkých, vysokopevnostných a vysoko elastických zliatin titánu v spojovacích materiáloch postupne nahradilo tradičnú oceľ 30CrMosia, čím sa zlepšila bezpečnosť a spoľahlivosť zariadenia. V súčasnosti bežne α+β zliatiny β titánu typu, ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al a Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.3Si ( β 21S), atď., pevnosť v ťahu je v podstate 1000 MPa úroveň.

Od roku 1970 mcDonnell Douglas používa TI-13V-11CR-3AL na výrobu pružín civilných lietadiel, nahrádza pružinovú oceľ a znižuje hmotnosť o 70%. Neskôr lockheed, Boeing a Airbus začali používať materiály zo zliatiny β titánu na výrobu pružinových komponentov, ako sú pristávacie zariadenia, hydraulický návrat a riadenie lietadla. Typické zliatiny sú Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn a Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C) a ich elastický modul je asi 104 GPa. Pevnosť v ťahu je 1300 ~ 1450 MPa.

Typické značky používané v Číne sú TB2, TB3 a TB5. V súčasnosti zliatiny titánu α+β a β-type používané pre pružiny a spojovacie materiály vo všeobecnosti prijímajú dvojfázovú štruktúru α+β, aby získali vysokú pevnosť. Zároveň je vyšší aj modul elasticity (90 ~ 120 GPa), čo vedie k nižším elastickým vlastnostiam. Preto je ťažké splniť požiadavky pokročilých lietadiel na vysokotlakové a vysoko elastické materiály. Ako špeciálny nitový materiál bola β ti-45Nb široko používaná v leteckých výrobkoch doma i v zahraničí. Zliatina má výhody nízkej elastickej modulu, dobrej plasticity a dobrej tvarovateľnosti za studena, ale pevnosť, najmä sila výnosu, je nízka a pevnosť a elastické vlastnosti sú zle zladené.

Od roku 1990, s cieľom znížiť elastický modul lekárskych zliatin titánu, boli vyvinuté série nízko elastických modulovateľných zliatin titánu typu β, ako sú Ti-29NB-13Ta-4.6Zr a Ti-35NB-5Ta-7Zr atď., aby sa získali lepšie elastické vlastnosti. Táto zliatina titánu však bola vyvinutá pre lekársku oblasť. Pevnosť zliatiny titánu je nízka a je ťažké splniť vysoké požiadavky na pevnosť a vysokú elasticitu titánovej zliatiny pre letecké spojovacie materiály a pružiny. V roku 2003 vyvinul Centrálny výskumný ústav Toyoty v Japonsku multifunkčnú zliatinu titánu (gumový kov) s vynikajúcimi komplexnými vlastnosťami. Typické zloženie je ti-23nb -0,7 ta-2zr -1,2 2o (atómová frakcia %). Zliatina je deformovaná 90% valcovaním za studena. Zadná pevnosť môže dosiahnuť 1200 MPa, elastický modul je 55 GPa a elastický limit môže dosiahnuť asi 2,5%. Ukazuje vynikajúcu zhodu vysokej pevnosti a vysokej elasticity. Zliatina má konštantnú elasticitu v širokom teplotom rozsahu.

Metastable β-typ zliatiny Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448) vyvinutý Inštitútom kovových materiálov Čínskej akadémie vied tiež ukazuje vynikajúce elastické vlastnosti, s jeho elastický modul tak nízke, ako 42 GPa a elastické napätie až 3,3%. Po ošetrení roztokom má tiež vynikajúcu vysokú pevnosť a vysokú elasticitu. Gumový kov a TI-2448 sú typickými predstaviteľmi pokročilých vysokopásmových a vysoko elastických zliatin titánu. To ukazuje, že zliatiny titánu môžu dosiahnuť vysokú pevnosť a vysokú elasticitu zodpovedajúce. Jeho vynikajúci výkon závisí od dômyselného dizajnu komponentov a vhodnej technológie prípravy.

Nicole