Состояние разработки высокопрочных и высокоэластичных титановых сплавов

               
Обновить: 14-10-2020
               
Abst:

На способность металлических материалов к упругой дефор […]

На способность металлических материалов к упругой деформации влияют предел текучести и модуль упругости, а предел линейной упругости при растяжении (ε0,2) в большинстве случаев составляет менее 1%. Прочность традиционного титанового сплава находится в диапазоне 400-1500 МПа в зависимости от марки сплава, модуль упругости составляет 50-120 ГПа, что намного ниже, чем у стали (около 210 ГПа), а способность к упругой деформации составляет примерно вдвое больше стали. Высокая прочность и низкий модуль упругости титанового сплава придают ему превосходную способность к упругой деформации, и он широко используется в аэрокосмической области в качестве структурного и функционального интегрированного материала.
В 1950-х годах Соединенные Штаты впервые использовали болты из титанового сплава Ti-6Al-4V на бомбардировщиках B-52, что открыло применение крепежных деталей из титанового сплава в аэрокосмической области. В связи с постоянными требованиями к легкости в аэрокосмической отрасли и вооружении, легкие, высокопрочные и высокоэластичные титановые сплавы постепенно вытеснили традиционную сталь 30CrMoSiA в крепежных изделиях, повысив безопасность и надежность оборудования. Предел прочности на разрыв обычно используемых титановых сплавов α + β и β-типа составляет в основном 1000 МПа, таких как Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al и Ti-15Mo. -3Al-2.7Nb-0.3Si (β 21S) и так далее.
С 1970-х годов McDonnell Douglas начал использовать Ti-13V-11Cr-3Al для производства рессор для гражданских самолетов, заменив пружинную сталь, чтобы добиться снижения веса на 70%. Впоследствии Lockheed, Boeing и Airbus начали использовать материалы из бета-титанового сплава для изготовления пружинных деталей, таких как замки шасси, возврат гидравлической системы и органы управления самолетом. Типичными сплавами являются Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn и Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C), его модуль упругости составляет около 104 ГПа, а его предел прочности составляет 1300 ~ 1450 МПа.
В Китае обычно используются марки ТВ2, ТВ3 и ТВ5. В настоящее время титановые сплавы α + β и β, используемые в пружинах и крепежных деталях, обычно имеют двухфазную структуру α + β для получения высокой прочности. В то же время модуль упругости (90 ~ 120 ГПа) также высок, что приводит к низким упругим свойствам. Сложно удовлетворить потребности перспективных самолетов в использовании высокопрочных и высокоэластичных материалов. В качестве специального материала для заклепок сплав Ti-45Nb β-типа используется в аэрокосмической продукции в стране и за рубежом. Сплав обладает такими преимуществами, как низкий модуль упругости, хорошая пластичность и формуемость при холодной обработке, но прочность, особенно предел текучести, низкая, а соответствие между прочностью и упругостью плохое.
С 1990-х годов с целью снижения модуля упругости медицинских титановых сплавов была разработана серия метастабильных титановых сплавов β-типа с низким модулем упругости, таких как Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr и Ti-35Nb-5Ta-7Zr. И так далее, он обладает лучшими эластичными свойствами, но этот тип титанового сплава разработан для медицинской области и имеет низкую прочность, что трудно удовлетворить требованиям высокой прочности и высокой эластичности титановых сплавов для авиационных крепежных деталей и пружин. В 2003 году Центральный исследовательский институт Японии Toyota разработал многофункциональный титановый сплав (металлическая резина) с превосходными комплексными свойствами. Типичный состав - Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-1.2O (атомная доля%). Сплав на 90% подвергается холодной прокатке. После деформации прочность может достигать 1200 МПа, модуль упругости составляет 55 ГПа, а предел упругости составляет примерно до 2,5%. Он показывает отличное сочетание высокой прочности и высокой эластичности, а сплав имеет постоянную эластичность в широком диапазоне температур.
Метастабильный сплав β-типа Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448), разработанный Институтом металлических материалов Китайской академии наук, также демонстрирует отличные упругие свойства с модулем упругости до 42 ГПа и упругой деформацией. до 3,3%. Он также обладает превосходной высокой прочностью и высокой эластичностью после обработки в виде раствора. Металлический каучук и Ti-2448 являются типичными представителями современных высокопрочных и высокоэластичных титановых сплавов, что указывает на то, что титановые сплавы могут достигать согласования высокой прочности и высокой эластичности. Его отличные характеристики зависят от оригинальной конструкции компонентов и подходящих процессов подготовки.

ru.ferrotitanium.net

0