Welche Arten von Titanlegierungen gibt es? Detaillierte Erklärung der Arten von Titanlegierungen

Im riesigen Universum der Metallmaterialien sticht die Titanlegierung mit ihrem einzigartigen Charme hervor. Sie hat nicht nur ein leichtes Gewicht, sondern bietet auch zahlreiche Vorteile wie hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit, was sie zu einem unverzichtbaren und wichtigen Material in der modernen Industrie macht. Welche Arten von Titanlegierungen gibt es also? Lassen Sie uns heute in die Welt der Titanlegierungen eintauchen und ihren vielfältigen Charme erkunden.

1. Hochtemperatur-Titanlegierung Ti-6Al-4V
Die weltweit erste erfolgreich entwickelte Hochtemperatur-Titanlegierung ist Ti-6Al-4V mit einer Betriebstemperatur von 300-350 Grad. Anschließend wurden nacheinander Legierungen wie IMI550 und BT3-1 mit einer Betriebstemperatur von 400 Grad sowie IMI679, IMI685, Ti-6246, Ti-6242 mit einer Betriebstemperatur von 450–500 Grad entwickelt. Zu den neuen Hochtemperatur-Titanlegierungen, die derzeit erfolgreich in Flugzeugtriebwerken eingesetzt werden, gehören die Legierungen IMI829 und IMI834 in Großbritannien, die Legierung Ti-1100 in den USA, die Legierungen BT18Y und BT36 in Russland usw. In den letzten Jahren hat man im Ausland bei der Entwicklung von Hochtemperatur-Titanlegierungen auf die Technologie der schnellen Erstarrung/Pulvermetallurgie sowie auf faser- oder partikelverstärkte Verbundwerkstoffe gesetzt, um Titanlegierungen zu entwickeln und die Betriebstemperatur von Titanlegierungen auf über 650 Grad zu steigern. McDonnell Douglas aus den USA hat mithilfe der Schnellverfestigungs-/Pulvermetallurgietechnologie erfolgreich eine hochreine, hochdichte Titanlegierung entwickelt. Ihre Festigkeit bei 760 Grad entspricht der Festigkeit derzeit verwendeter Titanlegierungen bei Raumtemperatur.

2. Titanlegierungen auf Basis von Titan-Aluminium-Verbindungen
Verglichen mit herkömmlichen Titanlegierungen haben Titan-Aluminium-Verbindungen auf Basis von Natrium-intermetallischen Verbindungen wie Ti3Al ( 2 ) und TiAl ( ) die Vorteile einer guten Hochtemperaturleistung (Anwendungstemperaturen liegen bei 816 bzw. 982 Grad Celsius), hohen Oxidationsbeständigkeit, guten Kriechfestigkeit und geringen Gewichts (die Dichte beträgt nur die Hälfte der Dichte von nickelbasierten Hochtemperaturlegierungen). Diese Vorteile machen es zu einem konkurrenzfähigen Material für zukünftige Flugzeugtriebwerke und Strukturteile von Flugzeugen. Zurzeit wird in den USA die Massenproduktion von zwei Ti3Al-basierten Titanlegierungen angelaufen: Ti-21Nb-14Al und Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo. Weitere in den letzten Jahren entwickelte Ti3Al-basierte Titanlegierungen sind Ti-24Al-11Nb, Ti25Al-17Nb-1Mo und Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo. Der Zusammensetzungsbereich von Titanlegierungen auf TiAl-Basis ( ) ist TAl-(1-10)M (At.%), wobei M mindestens ein Element aus V, Cr, Mn, Nb, Mn, Mo und W ist. In letzter Zeit haben Titanlegierungen auf TiAl-Basis, wie beispielsweise die Legierung Ti-65Al-10Ni, an Aufmerksamkeit gewonnen.

3. Hochfeste und hochzähe Titanlegierung
-Typ-Titanlegierungen wurden erstmals Mitte der 1980er Jahre von Crucible in den USA entwickelt. B120VCA-Legierung (Ti-13v-11Cr-3Al). -Typ-Titanlegierungen lassen sich gut warm und kalt verarbeiten, sind leicht zu schmieden, können gewalzt und schweißt werden und können durch Alterung in einer festen Lösung hohe mechanische Eigenschaften, eine gute Umweltbeständigkeit sowie eine gute Kombination aus Festigkeit und Bruchzähigkeit erzielen. Die repräsentativen neuen hochfesten und hochzähen -Typ-Titanlegierungen sind die folgenden: Ti1023 (Ti-10v-2Fe-#al), das die gleiche Leistung wie der hochfeste Baustahl 30CrMnSiA aufweist, der üblicherweise in Strukturteilen von Flugzeugen verwendet wird, und sich hervorragend schmieden lässt; Ti153 (Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn) weist eine bessere Kaltverarbeitungsleistung als industrielles reines Titan auf und die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur nach Alterung kann mehr als 1000 MPa erreichen; 21S (Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si) ist eine neuartige oxidationsbeständige Titanlegierung mit ultrahoher Festigkeit, die von der Timet-Abteilung der American Titanium Metal Company entwickelt wurde und eine gute Oxidationsbeständigkeit sowie ausgezeichnete Warm- und Kaltverarbeitungseigenschaften aufweist und zu Folien mit einer Dicke von 0,064 mm verarbeitet werden kann; Die von Nippon Steel Tube Co., Ltd. (NKK) erfolgreich entwickelte Titanlegierung SP-700 (Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe) weist eine hohe Festigkeit und eine superplastische Dehnung von bis zu 2000 % auf, und die Temperatur der superplastischen Umformung ist 140 Grad niedriger als bei Ti-6Al-4V. Sie kann die Legierung Ti-6Al-4V ersetzen und mithilfe der Technologie der superplastischen Umformung-Diffusionsbindung (SPF/DB) verschiedene Bauteile für die Luft- und Raumfahrt herstellen. Die in Russland entwickelte BT-22 (TI-5v-5Mo-1Cr-5Al) weist eine Zugfestigkeit von über 1105 MPa auf.

4. Flammhemmende Titanlegierung
Herkömmliche Titanlegierungen neigen unter bestimmten Bedingungen dazu, Alkane zu verbrennen, was ihre Anwendung stark einschränkt. Als Reaktion auf diese Situation haben verschiedene Länder Forschungen zu flammhemmenden Titanlegierungen begonnen und gewisse Durchbrüche erzielt. Die vom Staat Qiang entwickelte Legierung C (auch als T bekannt) hat eine nominale Zusammensetzung von 50Ti-35v-15Cr (Massenanteil). Es handelt sich um eine flammhemmende Titanlegierung, die gegenüber kontinuierlicher Verbrennung unempfindlich ist und in F119-Motoren verwendet wurde. BTT-1 und BTT-3 sind flammhemmende Titanlegierungen, die in Russland entwickelt wurden. Bei beiden handelt es sich um Ti-Cu-Al-Legierungen mit sehr guter Wärmeverformungsleistung und können zur Herstellung komplexer Teile verwendet werden.

5. Medizinische Titanlegierungen
Titan ist ungiftig, leicht, hochfest und weist eine ausgezeichnete Biokompatibilität auf. Es ist ein ideales medizinisches Metallmaterial und kann als Implantat für den menschlichen Körper verwendet werden. Derzeit wird Ti-6Al-4v im medizinischen Bereich noch häufig verwendet. ELI-Legierung. Letztere scheidet jedoch eine sehr kleine Menge Vanadium- und Aluminiumionen aus, was ihre Zellanpassungsfähigkeit verringert und dem menschlichen Körper schaden kann. Dieses Problem hat in der medizinischen Gemeinschaft seit langem große Aufmerksamkeit erregt. Bereits Mitte der 30er Jahre begannen die Vereinigten Staaten mit der Entwicklung aluminiumfreier, vanadiumfreier, biokompatibler Titanlegierungen für die Orthopädie. Japan, das Vereinigte Königreich und andere Länder haben ebenfalls viel auf diesem Gebiet geforscht und einige neue Fortschritte erzielt. Japan hat beispielsweise eine Reihe von + Titanlegierungen mit hervorragender Biokompatibilität entwickelt, darunter Ti-15Zr-4Nb_4ta{{10}}.2Pd, Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N, Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd und Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20. Die Korrosionsfestigkeit, Dauerfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit dieser Legierungen sind besser als die von Ti-6Al-4v ELI. Im Vergleich zu + Titanlegierungen haben Titanlegierungen eine höhere Festigkeit, bessere Schneidleistung und Zähigkeit und eignen sich besser für die Implantation in den menschlichen Körper. In den USA wurden fünf Titanlegierungen für den medizinischen Bereich 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-15Mo. Es wird geschätzt, dass diese Art von Titanlegierung mit hoher Festigkeit, niedrigem Elastizitätsmodul, ausgezeichneter Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit in naher Zukunft wahrscheinlich die derzeit im medizinischen Bereich weit verbreitete Ti-6Al-4V-Legierung ersetzen wird. ELI-Legierung.

Mit dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technologie und der kontinuierlichen Entwicklung der Industrie werden die Anwendungsaussichten von Titanlegierungen immer breiter. Einerseits wird die Forschung zu Titanlegierungen weiter vertieft und es werden mehr neue Titanlegierungen entwickelt, um den Anforderungen verschiedener Bereiche gerecht zu werden. Andererseits wird sich die Herstellungstechnologie von Titanlegierungen weiter verbessern, die Produktionseffizienz steigern, die Kosten senken und die Popularisierung und Anwendung von Titanlegierungen fördern.