Was ist die Hauptverwendung von Titanlegierungen?

Titan ist ein wichtiges Strukturmetall, das in den 1950er Jahren entwickelt wurde. Titanlegierungen werden aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit, guten Korrosionsbeständigkeit und hohen Hitzebeständigkeit in verschiedenen Bereichen weit verbreitet verwendet. Viele Länder der Welt haben die Bedeutung von Schaufellegierungsmaterialien erkannt und sie nacheinander untersucht und entwickelt und praktische Anwendungen erhalten.

Die erste praktische Titanlegierung ist die erfolgreiche Entwicklung der TI-6AL-4V-Legierung in den Vereinigten Staaten im Jahr 1954 aufgrund ihrer Hitzebeständigkeit, Festigkeit, Plastizität, Zähigkeit, Formbarkeit, Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität sind gut und werden zur Spitzenlegierung in der Titanlegierungsindustrie. Die Verwendung von Legierungen macht 75 bis 85 Prozent aller Titanlegierungen aus. Viele andere Titanlegierungen können als Modifikationen von Ti-6Al-4V-Legierungen angesehen werden.

In den 1950er und 1960er Jahren wurden hauptsächlich Hochtemperatur-Titanlegierungen für Flugzeugtriebwerke und strukturelle Titanlegierungen für Karosserien entwickelt. In den 1970er Jahren wurde eine Reihe korrosionsbeständiger Titanlegierungen entwickelt. Seit den 1980er Jahren wurden korrosionsbeständige Titanlegierungen und hochfeste Titanlegierungen weiterentwickelt. Die Betriebstemperatur von hitzebeständiger Titanlegierung ist von 400 Grad in den 1950er Jahren auf 600 ~ 650 Grad in den 1990er Jahren gestiegen. Das Auftreten von Legierungen auf Basis von A2 (Ti3Al) und R (TiAl) macht Titan im Motor vom kalten Ende des Motors (Lüfter und Kompressor) zum heißen Ende des Motors (Turbine). Strukturelle Titanlegierungen entwickeln sich zu hoher Festigkeit, hoher Plastizität, hoher Festigkeit, hoher Zähigkeit, hohem Modul und hoher Schadenstoleranz.

Darüber hinaus wurden seit den 1970er Jahren Formgedächtnislegierungen wie Ti-Ni, Ti-Ni-Fe und Ti-Ni-Nb entwickelt und in der Technik immer häufiger eingesetzt.

Gegenwärtig wurden weltweit Hunderte von Titanlegierungen entwickelt, wobei 20 bis 30 der bekanntesten Legierungen wie TI-6AL-4V, TI-5AL{{5 }}.5Sn, TI-2AL-2.5Zr, TI-32Mo, Ti-Mo-Ni, TI-PD, SP-700, TI{{15} }, TI-1023, TI-10-5-3, TI-1023, BT9, BT20, IMI829, IMI 834 (2, 4).

Titanlegierungen können in vier Typen unterteilt werden: , plus , Legierungen und intermetallische Ti-Al-Verbindungen (hier TixAl, x=1).

2. Neue Fortschritte bei Titanlegierungen

In den letzten Jahren haben Länder neue Titanlegierungen mit niedrigen Kosten und hoher Leistung entwickelt und Anstrengungen unternommen, um Titanlegierungen mit großem Marktpotenzial in den zivilindustriellen Bereich einzuführen. Der neue Forschungsfortschritt von Titanlegierungsmaterialien im In- und Ausland spiegelt sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten wider.

(1) Hochtemperatur-Titanlegierung.

Die weltweit erste erfolgreiche Entwicklung einer Hochtemperatur-Titanlegierung ist TI-6AL-4V, die Verwendung der Temperatur von 300-350 Grad. Anschließend wurden nacheinander Legierungen wie IMI550 und BT3-1 mit einer Temperatur von 400 Grad und IMI679, IMI685, TI-6246 und TI-6242 mit einer Temperatur von 450~500 Grad entwickelt. Derzeit werden neue Hochtemperatur-Titanlegierungen erfolgreich in militärischen und zivilen Flugzeugtriebwerken eingesetzt. Britische Legierung IMI829, IMI834; Amerikanische TI-1100-Legierung; Russische Legierung BT18Y, BT36 usw. Tabelle 7 zeigt die maximale Betriebstemperatur neuer Hochtemperatur-Titanlegierungen in einigen Ländern [26].

In den letzten Jahren wurde die Verwendung von Schnellverfestigungs- / Pulvermetallurgie-Technologie, faserverstärkten Verbundwerkstoffen zur Entwicklung von Titanlegierungen als Entwicklungsrichtung für Hochtemperatur-Titanlegierungen entwickelt, so dass die Temperatur der Titanlegierung auf 650 Grad über [ 1,27,29,31]. McDonnell Douglas entwickelte eine Titanlegierung mit hoher Reinheit und hoher Dichte unter Verwendung der Technologie der schnellen Erstarrung/Pulvermetallurgie, deren Festigkeit bei 760 Grad der Festigkeit der bei Raumtemperatur verwendeten Titanlegierung entspricht [26].

(2) Titanlegierungen auf Basis von Ti-Al-Verbindungen.

Verglichen mit der allgemeinen Titanlegierung sind die größten Vorteile von Ti-Al-Verbindungen wie Natrium Ti3Al (2) und TiAl () intermetallische Verbindungen gute Hochtemperaturleistung (die maximale Betriebstemperatur beträgt 816 bzw. 982 Grad), starke Oxidationsbeständigkeit, gute Kriechfestigkeit und geringes Gewicht (die Dichte beträgt nur die Hälfte der Superlegierung auf Nickelbasis). Diese Vorteile machen es zum wettbewerbsfähigsten Material für zukünftige Flugzeugtriebwerke und Flugzeugstrukturteile [26].

Derzeit haben zwei Ti3Al-basierte Titanlegierungen, TI-21NB-14Al und Ti-24Al-14Nb-# V-0.5Mo, begonnen Massenproduktion in den USA. Andere Titanlegierungen auf Ti3Al-Basis, die in den letzten Jahren entwickelt wurden, sind Ti-24al-11Nb, Ti25Al-17NB-1Mo und Ti-25Al{{17} }NB-3V-1Mo usw. [29]. Die Zusammensetzung der Titanlegierung auf Basis von TiAl ( ) liegt im Bereich von Ti – (46-52) Al – (1-10) M (at. Prozent), wobei M mindestens ein Element von V ist, Cr, Mn, Nb, Mn, Mo und W. Kürzlich haben TiAl3--basierte Titanlegierungen Aufmerksamkeit erregt, wie die Ti-65Al-10Ni-Legierung [1].

(3) Hochfeste und hochzähe Titanlegierung.

Die Titanlegierung ist eine B120VCA-Legierung (TI-13V-11CR-3Al), die Mitte der 1950er Jahre von Crucible Company entwickelt wurde. Typ Titanlegierung hat gute Kalt- und Warmbearbeitungseigenschaften, leicht zu schmieden, kann gewalzt, geschweißt werden, kann durch die Lösung und Alterungsbehandlung höhere mechanische Eigenschaften erhalten, gute Umweltbeständigkeit und Festigkeit und Bruchzähigkeit ist sehr gut geeignet. Neue hochfeste und hochzähe Titanlegierungen sind am repräsentativsten für die folgenden [26,30]:

Ti1023 (TI-10V-2Fe -# Al), diese Legierung ist vergleichbar mit hochfestem 30CrMnSiA-Baustahl, der üblicherweise in Flugzeugbauteilen verwendet wird, mit ausgezeichneter Schmiedeleistung;

Ti153 (TI-15V-3CR-3Al-3Sn), die Kaltbearbeitungsleistung der Legierung ist besser als die von industriellem Reintitan, die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur nach Alterung kann mehr als 1000 MPa erreichen;

21S (TI-15Mo-3Al-2.7NB-0.2Si), diese Legierung ist eine neue, oxidationsbeständige, ultrahochfeste Titanlegierung, die von Timet Division of entwickelt wurde American Titanium Metal Company. Es hat eine gute Oxidationsbeständigkeit, ausgezeichnete Kalt- und Warmbearbeitungseigenschaften und kann zu 0,064 mm dicker Folie verarbeitet werden;

Die von Japan Steel Pipe Corporation (NKK) entwickelte Titanlegierung Sp-700 (TI-4.5Al-3V-2Mo-2Fe) hat eine hohe Festigkeit und ist superplastisch Dehnung bis zu 2000 Prozent und superplastische Umformtemperatur 140 Grad niedriger als TI-6AL-4V. Es kann die Ti-6Al-4}-Legierung durch die Superplastic-Diffusion-Bonding (SPF/DB)-Technologie ersetzen, um verschiedene Luft- und Raumfahrtkomponenten herzustellen;

Russland hat BT-22 (TI-5V-5MO-1CR-5AL) entwickelt, dessen Zugfestigkeit mehr als 1105 MPA erreichen kann

(4) Flammhemmende Titanlegierung. Herkömmliche Titanlegierungen neigen unter bestimmten Bedingungen zum Verbrennen von Alkanen, was ihre Anwendung stark einschränkt. Angesichts dieser Situation haben viele Länder Forschungen zu flammhemmenden Titanlegierungen durchgeführt und einige Durchbrüche erzielt. Legierung C (auch als TI-1720 bekannt) mit einer Nennzusammensetzung von 50 TI-35V-15Cr (Massenanteil) war eine flammhemmende Titanlegierung, die unempfindlich gegen kontinuierliche Verbrennung war wurde im F119-Motor verwendet. Btt-1 und BTT-3 sind flammhemmende Titanlegierungen, die von Russland entwickelt wurden, die beide Legierungen der Ti-Cu-Al-Serie sind, die eine recht gute Wärmeverformungsprozessleistung aufweisen und zur Herstellung von Komplexen verwendet werden können Teile [26].

(5) Medizinische Titanlegierung.

Titan ist ungiftig, leicht, hochfest und hat eine ausgezeichnete Biokompatibilität. Es ist ein sehr ideales medizinisches Metallmaterial und kann als Implantat für den menschlichen Körper verwendet werden. Gegenwärtig wird die ELI-Legierung Ti-6Al-4V ELI im medizinischen Bereich noch weit verbreitet verwendet. Letzteres kann jedoch extrem kleine Mengen an Vanadium- und Aluminiumionen ausfällen, was die Anpassungsfähigkeit der Zellen verringert und dem menschlichen Körper schaden kann. Dieses Problem hat auf medizinischem Gebiet große Aufmerksamkeit erregt. Bereits Mitte der -1980er Jahre begann Qiang mit der Entwicklung aluminiumfreier, vanadiumfreier und biokompatibler Titanlegierungen für den Einsatz in der orthopädischen Chirurgie. Auch Japan, Großbritannien usw. haben auf diesem Gebiet viel geforscht und einige neue Fortschritte erzielt. Japan hat beispielsweise eine Reihe von Plus-Titanlegierungen mit ausgezeichneter Biokompatibilität entwickelt, darunter TI-15ZR-4NB_4TA-0.2PD, TI{{11} }ZR-4NB-ATA-0.2PD-0.20 ~0,05N, TI-15SN-4NB{{22} }TA-0.2PD und TI-15SN-4NB-2TA-0.2PD-0.20, Die Korrosionsfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit dieser Legierungen sind besser als Ti-6Al-4V ELI. Verglichen mit der Plus-Titanlegierung hat die Titanlegierung eine höhere Wasserfestigkeit und eine bessere Schnittleistung und Zähigkeit, die besser für die Implantation als Implantat in den menschlichen Körper geeignet ist. In den Vereinigten Staaten wurden fünf Titanlegierungen für medizinische Zwecke empfohlen, nämlich TMZFTM (Ti-12Mo-^ZR-2Fe), Ti-13NB-13Zr , Timetal 21SRx (TI-15MO-2.5NB-0.2Si), Tiadyne 1610 (TI-16NB-9.5HF) und TI{{50). }}Mo. Es wird geschätzt, dass solche Titanlegierungen mit hoher Festigkeit, niedrigem Elastizitätsmodul, ausgezeichneter Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit wahrscheinlich in naher Zukunft die im medizinischen Bereich weit verbreiteten Ti-6AL{-4}ELI-Legierungen ersetzen werden .

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