Augstas stiprības un augstas elastības titāna sakausējumu attīstības statuss

Augstas stiprības un augstas elastības titāna sakausējumu attīstības statuss

Metāla materiālu elastīgās deformācijas spēju ietekmē urinēšanas izturība un elastīgais modulis, un stiepes līnijas elastīgā robeža (ε0.2) parasti ir mazāka par 1%. Tradicionālā titāna sakausējuma stiprība ir robežās no 400 ~ 1500 MPa saskaņā ar sakausējuma kategoriju, elastīgais modulis ir no 50 ~ 120 GPa, kas ir daudz zemāks nekā tērauds (aptuveni 210 GPa), un elastīgā deformācijas jauda ir aptuveni divas reizes lielāka nekā tēraudam. Titāna sakausējumam ir lieliska elastīgā deformācijas spēja, pateicoties tā augstajai izturībai un zemajam elastīgajam modulim, un to plaši izmanto kosmiskās aviācijas jomā.

1950. gados AMERIKAS Savienotās Valstis pirmo reizi izmantoja TI-6AL-4V titāna sakausējuma skrūves uz B-52 bumbvedēja, atverot titāna sakausējuma stiprinājumu pielietojumu kosmiskās aviācijas jomā. Ar nepārtrauktām vieglajām prasībām kosmiskajā aviācijā un ieročos, vieglu, augstas stiprības un augstas elastības titāna sakausējumu izmantošana stiprinājumos pakāpeniski aizstāj tradicionālo 30CrMosia tēraudu, uzlabojot iekārtas drošību un uzticamību. Pašlaik parasti izmanto α+β un β tipa titāna sakausējumiem, piemēram, Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al un Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.3Si ( β 21S) utt., stiepes izturība pamatā ir 1000 MPa līmenis.

Kopš 20. gadsimta 70. gadiem McDonnell Douglas izmanto TI-13V-11CR-3AL, lai ražotu civilās aviācijas lidmašīnu atsperes, aizstājot atsperu tēraudu un samazinot svaru par 70%. Vēlāk Lockheed, Boeing un Airbus sāka izmantot β-titāna sakausējuma materiālus, lai izgatavotu atsperu komponentus, piemēram, šasiju slēdzenes, hidraulisko atgriešanos un gaisa kuģu vadību. Tipiski sakausējumi ir Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn un Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C), un to elastīgais modulis ir aptuveni 104 GPa. Stiepes izturība ir 1300 ~ 1450 MPa.

Tipiski zīmoli, ko izmanto Ķīnā, ir TB2, TB3 un TB5. Pašlaik α+β un β tipa titāna sakausējumi, ko izmanto atsperēm un stiprinājumiem, parasti pieņem α+β divfāžu struktūru, lai iegūtu augstu izturību. Tajā pašā laikā elastības modulis (90 ~ 120 GPa) ir arī augstāks, kā rezultātā rodas zemākas elastīgās īpašības. Tāpēc ir grūti izpildīt uzlabotas lidmašīnas prasības attiecībā uz augstas izturības un augstas elastības materiāliem. Kā īpašs kniedes materiāls, β tipa Ti-45Nb sakausējums ir plaši izmantots kosmiskās aviācijas produktos gan mājās, gan ārzemēs. Sakausējumam ir zema elastīga moduļa priekšrocības, labs plastiskums un laba aukstā darba formējamība, bet izturība, īpaši ienesīguma izturība, ir zema, un izturība un elastīgās īpašības ir slikti saskaņotas.

Kopš 20. gadsimta 90. gadiem, lai samazinātu medicīnisko titāna sakausējumu elastīgo moduli, ir izstrādāta virkne zema elastīga moduļa metastējamu β tipa titāna sakausējumu, piemēram, Ti-29NB-13Ta-4.6Zr un Ti-35NB-5Ta- 7Zr utt., lai iegūtu elastīgas labākas īpašības. Tomēr šis titāna sakausējums tika izstrādāts medicīnas jomai. Titāna sakausējuma izturība ir zema, un ir grūti izpildīt titāna sakausējuma augstas stiprības un augstas elastības prasības aviācijas stiprinājumiem un atsperēm. 2003. gadā Japānas Toyota Centrālais pētniecības institūts izstrādāja daudzfunkcionālu titāna sakausējumu (gumijas metālu) ar lieliskām visaptverošām īpašībām. Tipisks sastāvs ir ti-23nb -0,7 ta-2zr -1,2 2o (atomu frakcija %). Sakausējums deformējas ar 90% aukstu velmēšanu. Muguras stiprība var sasniegt 1200 MPa, elastīgais modulis ir 55 GPa, un elastīgā robeža var sasniegt aptuveni 2,5%. Tas parāda lielisku atbilstību augstai izturībai un augstai elastībai. Sakausējumam ir pastāvīga elastība plašā temperatūras diapazonā.

Ķīnas Zinātņu akadēmijas Metāla materiālu institūta izstrādātais metastabilais β tipa sakausējums Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448) uzrāda arī lieliskas elastīgas īpašības, ar elastīgo moduli, kas ir pat 42 GPa un elastīgs sasprindzinājums līdz pat 3,3%. Pēc risinājuma novecošanās ārstēšanas tam ir arī lieliska augsta izturība un augsta elastības saskaņošana. Gumijas metāls un TI-2448 ir tipiski uzlabotas augstas stiprības un augstas elastības titāna sakausējumu pārstāvji. Tas parāda, ka titāna sakausējumi var sasniegt augstas stiprības un augstas elastības saskaņošanu. Tās lieliskā veiktspēja ir atkarīga no ģeniāla komponentu dizaina un atbilstošas sagatavošanas tehnoloģijas.

Nicole