고강도 고탄성 티타늄 합금 개발 현황

고강도 고탄성 티타늄 합금 개발 현황

금속 재료의 탄성 변형 능력은 항복 강도와 탄성 계수의 영향을받으며 인장 선의 탄성 한계 (ε0.2)는 일반적으로 1 % 미만입니다. 전통적인 티타늄 합금의 강도는 합금 등급에 따라 400 ~ 1500 MPa 범위이며, 탄성 계수는 ​​50 ~ 120 GPa 사이로 강철 (약 210 GPa)보다 훨씬 낮으며 탄성 변형 용량은 약 강철의 두 배. 티타늄 합금은 강도가 높고 탄성률이 낮아 탄성 변형 능력이 뛰어나 항공 우주 분야에서 널리 사용됩니다.

1950 년대 미국은 B-52 폭격기에 TI-6AL-4V 티타늄 합금 볼트를 처음 사용하여 항공 우주 분야에서 티타늄 합금 패스너를 적용했습니다. 항공 우주 및 무기에 대한 지속적인 경량 요구 사항으로 인해 패스너에 경량, 고강도 및 고탄성 티타늄 합금을 적용하여 기존 30CrMosia 강철을 점차적으로 대체하여 장비의 안전성과 신뢰성을 향상 시켰습니다. 현재 일반적으로 사용되는 α + β 및 β 유형 티타늄 합금 (예 : Ti-6Al-4V, Ti-3Al-5Mo-4.5V, Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al 및 Ti-15Mo-3Al-) 2.7Nb-0.3Si (β21S) 등 인장 강도는 기본적으로 1000MPa 수준입니다.

1970 년대부터 McDonnell Douglas는 TI-13V-11CR-3AL을 사용하여 민간 항공기 스프링을 제조하여 스프링 강철을 대체하고 무게를 70 % 줄였습니다. 나중에 Lockheed, Boeing 및 Airbus는 β- 티타늄 합금 재료를 사용하여 랜딩 기어 잠금 장치, 유압 리턴 및 항공기 제어와 같은 스프링 부품을 만들기 시작했습니다. 일반적인 합금은 Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn 및 Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C)이며 탄성 계수는 ​​약 104GPa입니다. 인장 강도는 1300 ~ 1450 MPa입니다.

중국에서 사용되는 일반적인 브랜드는 TB2, TB3 및 TB5입니다. 현재 스프링 및 패스너에 사용되는 α + β 및 β 형 티타늄 합금은 일반적으로 α + β 2 상 구조를 채택하여 고강도를 얻습니다. 동시에 탄성 계수 (90 ~ 120 GPa)도 높아져 탄성이 낮아집니다. 따라서 고강도 및 고탄성 소재에 대한 첨단 항공기의 요구 사항을 충족하기가 어렵습니다. 특수 리벳 소재로 β 형 Ti-45Nb 합금은 국내외 항공 우주 제품에 널리 사용되고 있습니다. 합금은 낮은 탄성 계수, 좋은 가소성 및 우수한 냉간 가공 성형 성의 장점이 있지만 강도, 특히 항복 강도가 낮고 강도와 탄성 특성이 잘 맞지 않습니다.

1990 년대부터 의료용 티타늄 합금의 탄성 계수를 줄이기 위해 Ti-29NB-13Ta-4.6Zr 및 Ti-35NB-5Ta-7Zr과 같은 일련의 저 탄성 계수 준 안정 β 유형 티타늄 합금이 개발되었습니다. 더 나은 탄성 특성을 얻기 위해 등. 그러나이 티타늄 합금은 의료 분야를 위해 개발되었습니다. 티타늄 합금의 강도가 낮고 항공 패스너 및 스프링 용 티타늄 합금의 고강도 및 고탄성 요구 사항을 충족하기가 어렵습니다. 2003 년 일본 도요타 중앙 연구소는 우수한 종합 특성을 가진 다기능 티타늄 합금 (고무 금속)을 개발했습니다. 일반적인 구성은 ti-23nb -0.7 ta-2zr -1.2 2o (원자 분율 %)입니다. 합금은 90 % 냉간 압연에 의해 변형됩니다. 등의 강도는 1200 MPa, 탄성 계수는 ​​55 GPa, 탄성 한계는 약 2.5 %에 도달 할 수 있습니다. 고강도와 고탄성의 매칭이 우수합니다. 합금은 넓은 온도 범위에서 일정한 탄성을 가지고 있습니다.

중국 과학원 금속 재료 연구소에서 개발 한 준 안정 β 형 합금 Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti-2448)도 탄성 계수가 42GPa 정도로 낮고 탄성 변형률이 3.3 %로 높습니다. 용액 노화 처리 후 고강도 고탄성 매칭도 우수합니다. 고무 금속 및 TI-2448는 고급 고강도 및 고탄성 티타늄 합금을 대표하는 대표적인 제품입니다. 이것은 티타늄 합금이 고강도 및 고탄성 매칭을 달성 할 수 있음을 보여줍니다. 뛰어난 성능은 독창적 인 부품 설계와 적절한 준비 기술에 달려 있습니다.

니콜