Κατάσταση ανάπτυξης κραμάτων τιτανίου υψηλής αντοχής και υψηλής ελαστικότητας

Κατάσταση ανάπτυξης κραμάτων τιτανίου υψηλής αντοχής και υψηλής ελαστικότητας

Η ικανότητα ελαστικής παραμόρφωσης των μεταλλικών υλικών επηρεάζεται από την ισχύ απόδοσης και τον ελαστικό συντελεστή, και το ελαστικό όριο (ε0.2) της γραμμής εφελκυσμού είναι γενικά μικρότερο από 1%. Η αντοχή του παραδοσιακού κράματος τιτανίου κυμαίνεται από 400 ~ 1500 MPa ανάλογα με την ποιότητα του κράματος, το ελαστικό μέτρο είναι μεταξύ 50 ~ 120 GPa, το οποίο είναι πολύ χαμηλότερο από το χάλυβα (περίπου 210 GPa) και η ικανότητα ελαστικής παραμόρφωσης είναι περίπου διπλάσιο από αυτό του χάλυβα. Το κράμα τιτανίου έχει εξαιρετική ικανότητα ελαστικής παραμόρφωσης λόγω της υψηλής αντοχής και του χαμηλού ελαστικού μέτρου, και χρησιμοποιείται ευρέως στον αεροδιαστημικό τομέα.

Στη δεκαετία του 1950, οι Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά μπουλόνια κράματος τιτανίου TI-6AL-4V στο βομβαρδιστικό B-52, ανοίγοντας την εφαρμογή συνδετήρων κράματος τιτανίου στον αεροδιαστημικό τομέα. Με τις συνεχείς ελαφριές απαιτήσεις αεροδιαστημικής και όπλων, η εφαρμογή ελαφρών, υψηλής αντοχής και υψηλής ελαστικότητας κραμάτων τιτανίου σε συνδετήρες αντικατέστησε σταδιακά τον παραδοσιακό χάλυβα 30CrMosia, βελτιώνοντας την ασφάλεια και την αξιοπιστία του εξοπλισμού. Χρησιμοποιούνται συνήθως κράματα τιτανίου α + τύπου β και β, όπως Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al και Ti-15Mo-3Al- 2.7Nb-0.3Si (β 21S), κ.λπ., η αντοχή εφελκυσμού είναι βασικά 1000 MPa επίπεδο.

Από τη δεκαετία του 1970, ο McDonnell Douglas χρησιμοποιεί το TI-13V-11CR-3AL για την κατασκευή ελατηρίων πολιτικών αεροσκαφών, αντικαθιστώντας το ελατήριο χάλυβα και μειώνοντας το βάρος κατά 70%. Αργότερα, η Lockheed, η Boeing και η Airbus άρχισαν να χρησιμοποιούν υλικά κράματος β-τιτανίου για την κατασκευή εξαρτημάτων ελατηρίου, όπως κλειδαριές γραναζιών προσγείωσης, υδραυλική επιστροφή και έλεγχο αεροσκαφών. Τυπικά κράματα είναι Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn και Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C), και ο ελαστικός συντελεστής τους είναι περίπου 104 GPa. Η αντοχή εφελκυσμού είναι 1300 ~ 1450 MPa.

Οι τυπικές μάρκες που χρησιμοποιούνται στην Κίνα είναι οι TB2, TB3 και TB5. Προς το παρόν, τα κράματα τιτανίου α + τύπου β και β που χρησιμοποιούνται για ελατήρια και συνδετήρες υιοθετούν γενικά α + β διφασική δομή για να αποκτήσουν υψηλή αντοχή. Ταυτόχρονα, ο συντελεστής ελαστικότητας (90 ~ 120 GPa) είναι επίσης υψηλότερος, με αποτέλεσμα χαμηλότερες ελαστικές ιδιότητες. Επομένως, είναι δύσκολο να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις προηγμένων αεροσκαφών για υλικά υψηλής αντοχής και υψηλής ελαστικότητας. Ως ειδικό πριτσίνιο, το κράμα Ti-45Nb τύπου β έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε προϊόντα αεροδιαστημικής στο εσωτερικό και στο εξωτερικό. Το κράμα έχει τα πλεονεκτήματα του χαμηλού ελαστικού συντελεστή, της καλής πλαστικότητας και της καλής διαμόρφωσης στο κρύο, αλλά η αντοχή, ειδικά η αντοχή απόδοσης, είναι χαμηλή και η αντοχή και οι ελαστικές ιδιότητες δεν ταιριάζουν.

Από τη δεκαετία του 1990, προκειμένου να μειωθεί ο ελαστικός συντελεστής των ιατρικών κραμάτων τιτανίου, έχει αναπτυχθεί μια σειρά κραμάτων τιτανίου β-τύπου μεταβλητού μέτρου χαμηλού ελαστικού μέτρου, όπως Ti-29NB-13Ta-4.6Zr και Ti-35NB-5Ta- 7Zr , κ.λπ., για να αποκτήσετε καλύτερες ελαστικές ιδιότητες. Ωστόσο, αυτό το κράμα τιτανίου αναπτύχθηκε για τον ιατρικό τομέα. Η αντοχή του κράματος τιτανίου είναι χαμηλή και είναι δύσκολο να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις υψηλής αντοχής και υψηλής ελαστικότητας του κράματος τιτανίου για συνδετήρες και ελατήρια. Το 2003, το Toyota Central Research Institute της Ιαπωνίας ανέπτυξε ένα πολυλειτουργικό κράμα τιτανίου (ελαστικό μέταλλο) με εξαιρετικές ολοκληρωμένες ιδιότητες. Η τυπική σύνθεση είναι ti-23nb -0,7 ta-2zr -1,2 2o (ατομικό κλάσμα%). Το κράμα παραμορφώνεται με 90% ψυχρή έλαση. Η οπίσθια αντοχή μπορεί να φτάσει τα 1200 MPa, το ελαστικό μέτρο είναι 55 GPa και το ελαστικό όριο μπορεί να φτάσει περίπου το 2,5%. Δείχνει εξαιρετική αντιστοίχιση υψηλής αντοχής και υψηλής ελαστικότητας. Το κράμα έχει σταθερή ελαστικότητα σε μεγάλο εύρος θερμοκρασιών.

Το μεταβλητό κράμα β-τύπου Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448) που αναπτύχθηκε από το Ινστιτούτο Μεταλλικών Υλικών της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών παρουσιάζει επίσης εξαιρετικές ελαστικές ιδιότητες, με τον ελαστικό συντελεστή του τόσο χαμηλό όσο 42 GPa και ελαστικό στέλεχος όπως έως 3,3%. Μετά τη θεραπεία γήρανσης του διαλύματος, έχει επίσης εξαιρετική αντοχή και υψηλή ελαστικότητα. Το ελαστικό μέταλλο και το TI-2448 είναι τυπικοί αντιπρόσωποι προηγμένων κραμάτων τιτανίου υψηλής αντοχής και υψηλής ελαστικότητας. Αυτό δείχνει ότι τα κράματα τιτανίου μπορούν να επιτύχουν υψηλή αντοχή και υψηλή ελαστικότητα. Η εξαιρετική του απόδοση εξαρτάται από τον έξυπνο σχεδιασμό εξαρτημάτων και την κατάλληλη τεχνολογία προετοιμασίας.

Νικόλ