Tình trạng phát triển của hợp kim titan có độ bền cao và độ đàn hồi cao

Tình trạng phát triển của hợp kim titan có độ bền cao và độ đàn hồi cao

Khả năng biến dạng đàn hồi của vật liệu kim loại bị ảnh hưởng bởi cường độ chảy và môđun đàn hồi, và giới hạn đàn hồi (ε0,2) của đường kéo thường nhỏ hơn 1%. Độ bền của hợp kim titan truyền thống nằm trong khoảng 400 ~ 1500 MPa theo cấp hợp kim, mô đun đàn hồi từ 50 ~ 120 GPa, thấp hơn nhiều so với thép (khoảng 210 GPa), và khả năng biến dạng đàn hồi là khoảng gấp đôi so với thép. Hợp kim titan có khả năng biến dạng đàn hồi tuyệt vời do độ bền cao và mô đun đàn hồi thấp, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.

Vào những năm 1950, Hoa Kỳ lần đầu tiên sử dụng bu lông hợp kim titan TI-6AL-4V trên máy bay ném bom B-52, mở đầu cho việc ứng dụng ốc vít hợp kim titan trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Với yêu cầu nhẹ liên tục của hàng không và vũ khí, việc ứng dụng hợp kim titan nhẹ, độ bền cao và đàn hồi cao trong các chốt hãm đã dần thay thế thép 30CrMosia truyền thống, cải thiện độ an toàn và độ tin cậy của thiết bị. Các hợp kim titan loại α + β và β thường được sử dụng hiện nay, chẳng hạn như Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4,5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al và Ti-15Mo-3Al- 2.7Nb-0.3Si (β 21S), v.v., độ bền kéo về cơ bản là cấp 1000 MPa.

Từ những năm 1970, McDonnell Douglas đã sử dụng TI-13V-11CR-3AL để sản xuất lò xo máy bay dân dụng, thay thế thép lò xo và giảm 70% trọng lượng. Sau đó, Lockheed, Boeing và Airbus bắt đầu sử dụng vật liệu hợp kim β-titan để chế tạo các bộ phận lò xo, chẳng hạn như khóa bánh đáp, hồi thủy lực và điều khiển máy bay. Các hợp kim điển hình là Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn và Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C), và mô đun đàn hồi của chúng là khoảng 104 GPa. Độ bền kéo là 1300 ~ 1450 MPa.

Các thương hiệu tiêu biểu được sử dụng ở Trung Quốc là TB2, TB3 và TB5. Hiện tại, hợp kim titan loại α + β và β được sử dụng cho lò xo và ốc vít thường sử dụng cấu trúc hai pha α + β để có được độ bền cao. Đồng thời, mô đun đàn hồi (90 ~ 120 GPa) cũng cao hơn, dẫn đến tính chất đàn hồi thấp hơn. Do đó, rất khó để đáp ứng yêu cầu của các loại máy bay tiên tiến về vật liệu có độ bền cao và đàn hồi cao. Là một vật liệu đinh tán đặc biệt, hợp kim Ti-45Nb loại β đã được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm hàng không vũ trụ trong và ngoài nước. Hợp kim có các ưu điểm là mô đun đàn hồi thấp, độ dẻo tốt và khả năng gia công nguội tốt, nhưng độ bền, đặc biệt là độ bền chảy, thấp và độ bền và tính đàn hồi kém.

Kể từ những năm 1990, để giảm mô đun đàn hồi của hợp kim titan y tế, một loạt hợp kim titan loại β có mô đun đàn hồi thấp đã được phát triển, chẳng hạn như Ti-29NB-13Ta-4.6Zr và Ti-35NB-5Ta-7Zr , v.v., để có được các đặc tính đàn hồi tốt hơn. Tuy nhiên, hợp kim titan này được phát triển cho lĩnh vực y tế. Độ bền của hợp kim titan thấp và khó có thể đáp ứng các yêu cầu về độ bền cao và độ đàn hồi cao của hợp kim titan dùng cho các chốt và lò xo hàng không. Năm 2003, Viện Nghiên cứu Trung ương Toyota của Nhật Bản đã phát triển một hợp kim titan (kim loại cao su) đa chức năng với các đặc tính toàn diện tuyệt vời. Thành phần điển hình là ti-23nb -0,7 ta-2zr -1,2 2o (phần trăm nguyên tử). Hợp kim bị biến dạng do cán nguội 90%. Độ bền lưng có thể đạt 1200 MPa, mô đun đàn hồi là 55 GPa, và giới hạn đàn hồi có thể đạt khoảng 2,5%. Nó cho thấy sự phù hợp tuyệt vời của độ bền cao và độ đàn hồi cao. Hợp kim có tính đàn hồi không đổi trong khoảng nhiệt độ rộng.

Hợp kim loại β siêu bền Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448) được phát triển bởi Viện Vật liệu kim loại của Viện Khoa học Trung Quốc cũng cho thấy các đặc tính đàn hồi tuyệt vời, với mô đun đàn hồi thấp tới 42 GPa và biến dạng đàn hồi như cao tới 3,3%. Sau khi xử lý lão hóa bằng dung dịch, nó cũng có độ bền cao tuyệt vời và độ đàn hồi cao. Kim loại cao su và TI-2448 là đại diện điển hình của hợp kim titan có độ bền cao và đàn hồi cao tiên tiến. Điều này cho thấy rằng hợp kim titan có thể đạt được độ bền cao và độ đàn hồi cao. Hiệu suất tuyệt vời của nó phụ thuộc vào thiết kế thành phần khéo léo và công nghệ chuẩn bị thích hợp.

Nicole