وضع تطوير سبائك التيتانيوم عالية القوة وعالية المرونة

وضع تطوير سبائك التيتانيوم عالية القوة وعالية المرونة

تتأثر قدرة تشوه المواد المعدنية المرنة بقوة الغلة ومعامل المرونة ، والحد المرن (ε0.2) من خط الشد هو عموما أقل من 1٪. قوة سبيكة التيتانيوم التقليدية في حدود 400 ~ 1500 MPa وفقا لفئة سبيكة، ومعامل مرن هو بين 50 ~ 120 GPa، وهو أقل بكثير من الصلب (حوالي 210 GPa)، وقدرة تشوه مرنة حوالي ضعف ذلك من الصلب. سبائك التيتانيوم لديها قدرة ممتازة تشوه مرنة بسبب قوتها العالية ومعامل مرن منخفض، ويستخدم على نطاق واسع في مجال الفضاء الجوي.

في الخمسينات، استخدمت الولايات المتحدة لأول مرة مسامير سبيكة التيتانيوم TI-6AL-4V على قاذفة القنابل B-52، مما فتح تطبيق السحابات سبائك التيتانيوم في مجال الفضاء الجوي. مع متطلبات خفيفة الوزن المستمرة من الفضاء والأسلحة، وتطبيق خفيفة الوزن، وقوة عالية، وسبائك التيتانيوم عالية المرونة في السحابات قد حلت تدريجيا محل الصلب التقليدية 30CrMosia، وتحسين سلامة وموثوقية المعدات. تستخدم حاليا α + β وسبائك التيتانيوم من نوع β ، مثل Ti-6Al-4V، Ti-3Al-5Mo-4.5V، Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al و Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.3Si ( β 21S)، وما إلى ذلك، فإن قوة الشد هي في الأساس مستوى 1000 MPa.

منذ سبعينيات القرن العشرين، تستخدم ماكدونيل دوغلاس TI-13V-11CR-3AL لتصنيع ينابيع الطائرات المدنية، لتحل محل الصلب الربيعي وتقلل الوزن بنسبة 70٪. وفي وقت لاحق، بدأت شركات لوكهيد وبوينغ وإيرباص في استخدام مواد سبائك التيتانيوم β لصنع مكونات الربيع، مثل أقفال معدات الهبوط، والعودة الهيدروليكية، والتحكم في الطائرات. السبائك النموذجية هي Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn و Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C)، ومعاملها المرن حوالي 104 جيجاباسكال. قوة الشد هو 1300 ~ 1450 MPa.

العلامات التجارية النموذجية المستخدمة في الصين هي TB2 و TB3 و TB5. في الوقت الحاضر، α + β وسبائك التيتانيوم من نوع β المستخدمة في الينابيع وال السحابات تعتمد عموما α + β هيكل من مرحلتين للحصول على قوة عالية. وفي الوقت نفسه، فإن معامل المرونة (90~ 120 جيجا باسكال) أعلى أيضا، مما يؤدي إلى انخفاض الخصائص المرنة. لذلك، فإنه من الصعب تلبية متطلبات الطائرات المتقدمة للمواد عالية القوة وعالية المرونة. كمادة التثبيت خاصة، β نوع تي-45Nb سبيكة وقد استخدمت على نطاق واسع في منتجات الفضاء الجوي في الداخل والخارج. سبيكة له مزايا معامل مرنة منخفضة، واللدونة جيدة، وحسن قابلية العمل الباردة، ولكن القوة، وخاصة قوة الغلة، منخفضة، وقوة وخصائص مرنة هي مطابقة سيئة.

منذ التسعينات، ومن أجل الحد من المعامل المرن لسبائك التيتانيوم الطبية، تم تطوير سلسلة من سبائك التيتانيوم منخفضة المرونة القابلة للمن حيث β النوع، مثل Ti-29NB-13Ta-4.6Zr و Ti-35NB-5Ta-7Zr، وما إلى ذلك، للحصول على خصائص مرنة أفضل. ومع ذلك، تم تطوير هذه سبيكة التيتانيوم للمجال الطبي. قوة سبيكة التيتانيوم منخفضة، وأنه من الصعب تلبية متطلبات قوة عالية ومرونة عالية من سبيكة التيتانيوم لمربطات الطيران والينابيع. في عام 2003، طور معهد تويوتا المركزي للبحوث في اليابان سبيكة التيتانيوم متعددة الوظائف (معدن المطاط) مع خصائص شاملة ممتازة. التكوين النموذجي هو ti-23nb -0.7 ta-2zr -1.2 2o (الكسر الذري ٪). يتم تشويه سبيكة من قبل 90٪ المتداول الباردة. يمكن أن تصل قوة الظهر إلى 1200 MPa ، والمعامل المرن هو 55 GPa ، ويمكن أن يصل الحد المرن إلى حوالي 2.5٪. فإنه يظهر مطابقة ممتازة من قوة عالية ومرونة عالية. سبيكة لديه مرونة ثابتة في نطاق واسع من درجات الحرارة.

كما تظهر سبيكة β من نوع Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448) التي طورها معهد المواد المعدنية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم خصائص مرنة ممتازة، مع معامل مرن منخفض يصل إلى 42 جيجا باسكال وسلالة مرنة عالية يصل إلى 3.3٪. بعد علاج الشيخوخة الحل، كما أن لديها قوة عالية ممتازة ومرونة عالية مطابقة. يعد المعدن المطاطي وTI-2448 ممثلين نموذجيين لسبائك التيتانيوم المتقدمة عالية القوة وعالية المرونة. وهذا يدل على أن سبائك التيتانيوم يمكن أن تحقق عالية القوة وعالية مرونة مطابقة. يعتمد أداؤه الممتاز على تصميم المكونات البارعة وتكنولوجيا الإعداد المناسبة.

نيكول