Yüksek mukavemetli ve yüksek elastikiyete sahip titanyum alaşımlarının geliştirme durumu

Yüksek mukavemetli ve yüksek elastikiyete sahip titanyum alaşımlarının geliştirme durumu

Metal malzemelerin elastik deformasyon kabiliyeti, akma mukavemeti ve elastik modülünden etkilenir ve çekme hattının elastik limiti (ε0.2) genellikle %1'den azdır. Geleneksel titanyum alaşımının gücü alaşım sınıfına göre 400~1500 MPa aralığındadır, elastik modül 50~120 GPa arasındadır, bu da çelikten çok daha düşüktür (yaklaşık 210 GPa) ve elastik deformasyon kapasitesi yaklaşık çeliğin iki katı. Titanyum alaşımı, yüksek mukavemeti ve düşük elastik modülü nedeniyle mükemmel elastik deformasyon kabiliyetine sahiptir ve havacılık alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.

1950'lerde, Amerika Birleşik Devletleri ilk olarak B-52 bombardıman uçağında TI-6AL-4V titanyum alaşımlı cıvataları kullandı ve havacılık alanında titanyum alaşımlı bağlantı elemanlarının uygulamasını açtı. Havacılık ve silahların sürekli hafif gereksinimleri ile bağlantı elemanlarında hafif, yüksek mukavemetli ve yüksek elastikiyetli titanyum alaşımlarının uygulanması, ekipmanın güvenliğini ve güvenilirliğini artırarak geleneksel 30CrMosia çeliğinin yerini almıştır. Şu anda yaygın olarak kullanılan α+β ve β-tipi titanyum alaşımları, örneğin Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al ve Ti-15Mo-3Al- 2.7Nb-0.3Si (β 21S), vb., çekme mukavemeti temel olarak 1000 MPa seviyesindedir.

1970'lerden beri McDonnell Douglas, sivil uçak yayları üretmek için TI-13V-11CR-3AL kullanıyor, yay çeliğinin yerini alıyor ve ağırlığı %70 oranında azaltıyor. Daha sonra Lockheed, Boeing ve Airbus, iniş takımı kilitleri, hidrolik dönüş ve uçak kontrolü gibi yay bileşenlerini yapmak için β-titanyum alaşımlı malzemeleri kullanmaya başladı. Tipik alaşımlar Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn ve Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C)'dir ve elastik modülleri yaklaşık 104 GPa'dır. Gerilme mukavemeti 1300~1450 MPa'dır.

Çin'de kullanılan tipik markalar TB2, TB3 ve TB5'tir. Şu anda, yaylar ve bağlantı elemanları için kullanılan α+β ve β-tipi titanyum alaşımları, yüksek mukavemet elde etmek için genellikle α+β iki fazlı yapıyı benimser. Aynı zamanda, elastiklik modülü (90~120 GPa) da daha yüksektir, bu da daha düşük elastik özelliklerle sonuçlanır. Bu nedenle, yüksek mukavemetli ve yüksek elastik malzemeler için gelişmiş uçak gereksinimlerini karşılamak zordur. Özel bir perçin malzemesi olarak, β-tipi Ti-45Nb alaşımı, yurtiçinde ve yurtdışında havacılık ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alaşım, düşük elastiklik modülü, iyi plastisite ve iyi soğukta işlenebilirlik gibi avantajlara sahiptir, ancak mukavemet, özellikle akma mukavemeti düşüktür ve mukavemet ve elastik özellikler zayıf şekilde eşleştirilir.

1990'lardan beri, tıbbi titanyum alaşımlarının elastik modülünü azaltmak için, Ti-29NB-13Ta-4.6Zr ve Ti-35NB-5Ta-7Zr gibi bir dizi düşük elastik modüllü yarı kararlı β-tipi titanyum alaşımları geliştirilmiştir. , vb., daha iyi elastik özellikler elde etmek için. Ancak bu titanyum alaşımı tıp alanı için geliştirilmiştir. Titanyum alaşımının mukavemeti düşüktür ve havacılık bağlantı elemanları ve yayları için titanyum alaşımının yüksek mukavemet ve yüksek elastikiyet gereksinimlerini karşılamak zordur. 2003 yılında, Japonya Toyota Merkez Araştırma Enstitüsü, mükemmel kapsamlı özelliklere sahip çok işlevli bir titanyum alaşımı (kauçuk metal) geliştirdi. Tipik bileşim ti-23nb -0.7 ta-2zr -1.2 2o'dur (atomik fraksiyon %). Alaşım %90 soğuk haddeleme ile deforme olur. Arka kuvvet 1200 MPa'ya ulaşabilir, elastik modül 55 GPa'dır ve elastik limit yaklaşık %2,5'e ulaşabilir. Yüksek mukavemet ve yüksek elastikiyetin mükemmel uyumunu gösterir. Alaşım, geniş bir sıcaklık aralığında sabit esnekliğe sahiptir.

Çin Bilimler Akademisi Metal Malzemeler Enstitüsü tarafından geliştirilen yarı kararlı β-tipi alaşım Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448), aynı zamanda, 42 GPa kadar düşük elastik modülü ve 10 kadar düşük elastik gerinim ile mükemmel elastik özellikler gösterir. %3.3 ile yüksek. Çözelti yaşlandırma işleminden sonra, aynı zamanda mükemmel yüksek mukavemet ve yüksek elastikiyet uyumuna sahiptir. Kauçuk metal ve TI-2448, gelişmiş yüksek mukavemetli ve yüksek elastikiyetli titanyum alaşımlarının tipik temsilcileridir. Bu, titanyum alaşımlarının yüksek mukavemetli ve yüksek elastikiyet uyumu sağlayabildiğini göstermektedir. Mükemmel performansı, dahiyane bileşen tasarımına ve uygun hazırlama teknolojisine bağlıdır.

Nicole