Estado de desarrollo de aleaciones de titanio de alta resistencia y alta elasticidad

Estado de desarrollo de aleaciones de titanio de alta resistencia y alta elasticidad

La capacidad de deformación elástica de los materiales metálicos se ve afectada por el límite elástico y el módulo elástico, y el límite elástico (ε0,2) de la línea de tracción es generalmente inferior al 1%. La resistencia de la aleación de titanio tradicional está en el rango de 400 ~ 1500 MPa según el grado de la aleación, el módulo elástico está entre 50 ~ 120 GPa, que es mucho más bajo que el acero (aproximadamente 210 GPa), y la capacidad de deformación elástica es de aproximadamente el doble que el acero. La aleación de titanio tiene una excelente capacidad de deformación elástica debido a su alta resistencia y bajo módulo elástico, y se usa ampliamente en el campo aeroespacial.

En la década de 1950, Estados Unidos utilizó por primera vez pernos de aleación de titanio TI-6AL-4V en el bombardero B-52, lo que abrió la aplicación de sujetadores de aleación de titanio en el campo aeroespacial. Con los continuos requisitos de peso ligero de la industria aeroespacial y de armamento, la aplicación de aleaciones de titanio ligeras, de alta resistencia y alta elasticidad en los sujetadores ha reemplazado gradualmente al acero tradicional 30CrMosia, mejorando la seguridad y confiabilidad del equipo. Aleaciones de titanio de tipo α + β y β de uso común en la actualidad, como Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al y Ti-15Mo-3Al- 2.7Nb-0.3Si (β 21S), etc., la resistencia a la tracción es básicamente un nivel de 1000 MPa.

Desde la década de 1970, McDonnell Douglas ha estado usando TI-13V-11CR-3AL para fabricar resortes de aviones civiles, reemplazando el acero para resortes y reduciendo el peso en un 70%. Más tarde, Lockheed, Boeing y Airbus comenzaron a utilizar materiales de aleación de β-titanio para fabricar componentes de resorte, como cerraduras del tren de aterrizaje, retorno hidráulico y control de aeronaves. Las aleaciones típicas son Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn y Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C), y su módulo elástico es de aproximadamente 104 GPa. La resistencia a la tracción es de 1300 ~ 1450 MPa.

Las marcas típicas utilizadas en China son TB2, TB3 y TB5. En la actualidad, las aleaciones de titanio de tipo α + β y β utilizadas para resortes y sujetadores generalmente adoptan una estructura de dos fases α + β para obtener una alta resistencia. Al mismo tiempo, el módulo de elasticidad (90 ~ 120 GPa) también es más alto, lo que resulta en propiedades elásticas más bajas. Por lo tanto, es difícil cumplir con los requisitos de los aviones avanzados para materiales de alta resistencia y alta elasticidad. Como material especial para remaches, la aleación Ti-45Nb de tipo β se ha utilizado ampliamente en productos aeroespaciales en el país y en el extranjero. La aleación tiene las ventajas de un módulo elástico bajo, buena plasticidad y buena conformabilidad por trabajo en frío, pero la resistencia, especialmente el límite elástico, es baja y la resistencia y las propiedades elásticas están mal emparejadas.

Desde la década de 1990, con el fin de reducir el módulo elástico de las aleaciones de titanio médico, se han desarrollado una serie de aleaciones de titanio de tipo β metaestables de bajo módulo elástico, como Ti-29NB-13Ta-4.6Zr y Ti-35NB-5Ta-7Zr. , etc., para obtener mejores propiedades elásticas. Sin embargo, esta aleación de titanio fue desarrollada para el campo médico. La resistencia de la aleación de titanio es baja y es difícil cumplir con los requisitos de alta resistencia y alta elasticidad de la aleación de titanio para sujetadores y resortes de aviación. En 2003, el Toyota Central Research Institute de Japón desarrolló una aleación de titanio multifuncional (caucho metálico) con excelentes propiedades integrales. La composición típica es ti-23nb -0,7 ta-2zr -1,2 2o (fracción atómica%). La aleación se deforma mediante un 90% de laminación en frío. La resistencia de la espalda puede alcanzar los 1200 MPa, el módulo elástico es de 55 GPa y el límite elástico puede alcanzar aproximadamente el 2,5%. Muestra una excelente combinación de alta resistencia y alta elasticidad. La aleación tiene una elasticidad constante en un amplio rango de temperaturas.

La aleación metaestable de tipo β Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448) desarrollada por el Instituto de Materiales Metálicos de la Academia de Ciencias de China también muestra excelentes propiedades elásticas, con un módulo elástico tan bajo como 42 GPa y deformación elástica como alto como 3.3%. Después del tratamiento de envejecimiento en solución, también tiene una excelente combinación de alta resistencia y elasticidad. El caucho metálico y TI-2448 son representantes típicos de las aleaciones de titanio avanzadas de alta resistencia y alta elasticidad. Esto demuestra que las aleaciones de titanio pueden lograr una combinación de alta resistencia y alta elasticidad. Su excelente rendimiento depende del ingenioso diseño de los componentes y de la tecnología de preparación adecuada.

Nicole