Stato di sviluppo di leghe di titanio ad alta resistenza e ad alta elasticità

Stato di sviluppo di leghe di titanio ad alta resistenza e ad alta elasticità

La capacità di deformazione elastica dei materiali metallici è influenzata dalla resistenza allo snervamento e dal modulo elastico, e il limite elastico (ε0.2) della linea di trazione è generalmente inferiore all'1%. La resistenza della lega di titanio tradizionale è nell'intervallo di 400 ~ 1500 MPa in base al grado di lega, il modulo elastico è compreso tra 50 ~ 120 GPa, che è molto più basso dell'acciaio (circa 210 GPa), e la capacità di deformazione elastica è circa il doppio di quella dell'acciaio. La lega di titanio ha un'eccellente capacità di deformazione elastica grazie alla sua elevata resistenza e al suo basso modulo elastico ed è ampiamente utilizzata nel campo aerospaziale.

Negli anni '50, gli Stati Uniti utilizzavano per la prima volta bulloni in lega di titanio TI-6AL-4V sul bombardiere B-52, aprendo l'applicazione di elementi di fissaggio in lega di titanio nel campo aerospaziale. Con i continui requisiti leggeri dell'aerospaziale e delle armi, l'applicazione di leghe di titanio leggere, ad alta resistenza e ad alta elasticità negli elementi di fissaggio ha gradualmente sostituito il tradizionale acciaio 30CrMosia, migliorando la sicurezza e l'affidabilità dell'apparecchiatura. Attualmente comunemente usato α+β e β di titanio di tipo alluminio, come Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al e Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.3Si (β 21S), ecc., la resistenza alla trazione è fondamentalmente di livello 1000 MPa.

Dagli anni '70, McDonnell Douglas utilizza TI-13V-11CR-3AL per produrre molle civili per aeromobili civili, sostituendo l'acciaio a molla e riducendo il peso del 70%. Più tardi, Lockheed, Boeing e Airbus iniziarono ad utilizzare materiali in lega β-titanio per realizzare componenti a molla, come serrature del carrello di atterraggio, ritorno idraulico e controllo degli aeromobili. Le leghe tipiche sono Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn e Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C), e il loro modulo elastico è di circa 104 GPa. La resistenza alla trazione è di 1300~1450 MPa.

I marchi tipici utilizzati in Cina sono TB2, TB3 e TB5. Attualmente, le leghe α+β e β utilizzate per molle e elementi di fissaggio generalmente adottano una struttura bifase α+β per ottenere un'elevata resistenza. Allo stesso tempo, anche il modulo di elasticità (90 ~ 120 GPa) è più alto, con conseguente proprietà elastiche inferiori. Pertanto, è difficile soddisfare i requisiti degli aeromobili avanzati per materiali ad alta resistenza e ad alta elasticità. Come materiale rivetto speciale, la β Ti-45Nb di tipo alluminio è stata ampiamente utilizzata nei prodotti aerospaziali in patria e all'estero. La lega ha i vantaggi di basso modulo elastico, buona plasticità e buona formabilità di lavoro a freddo, ma la resistenza, in particolare la resistenza allo snervare, è bassa e la resistenza e le proprietà elastiche sono scarsamente abbinate.

Dagli anni '90, al fine di ridurre il modulo elastico delle leghe di titanio medicale, è stata sviluppata una serie di leghe di titanio metastabili a modulo elastico basso β, come Ti-29NB-13Ta-4.6Zr e Ti-35NB-5Ta- 7Zr, ecc., per ottenere migliori proprietà elastiche. Tuttavia, questa lega di titanio è stata sviluppata per il campo medico. La resistenza della lega di titanio è bassa ed è difficile soddisfare i requisiti di alta resistenza ed elevata elasticità della lega di titanio per elementi di fissaggio e molle per aviazione. Nel 2003, il Toyota Central Research Institute of Japan ha sviluppato una lega di titanio multifunzionale (metallo di gomma) con eccellenti proprietà complete. La composizione tipica è ti-23nb -0,7 ta-2zr -1,2 2o (frazione atomica %). La lega viene deformata mediante laminazione a freddo al 90%. La resistenza alla schiena può raggiungere i 1200 MPa, il modulo elastico è di 55 GPa e il limite elastico può raggiungere circa il 2,5%. Mostra un eccellente abbinamento di alta resistenza e alta elasticità. La lega ha un'elasticità costante in un ampio intervallo di temperatura.

La lega metastabile di tipo β Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448) sviluppata dall'Institute of Metal Materials dell'Accademia Cinese delle Scienze mostra anche eccellenti proprietà elastiche, con il suo modulo elastico a partire da 42 GPa e una tensione elastica fino al 3,3%. Dopo il trattamento di invecchiamento della soluzione, ha anche un'eccellente alta resistenza e un'elevata elasticità abbinata. Il metallo di gomma e il TI-2448 sono tipici rappresentanti di leghe avanzate in titanio ad alta resistenza e ad alta elasticità. Ciò dimostra che le leghe di titanio possono ottenere un abbinamento ad alta resistenza e alta elasticità. Le sue eccellenti prestazioni dipendono da un design ingegnoso dei componenti e da un'adeguata tecnologia di preparazione.

Nicole