Высокотемпературные титановые сплавы и различные типы титановых сплавов: классификация и свойства

Титановые сплавы высокой температуры

Первый в мире высокотемпературный титановый сплав, успешно разработанный, былTi-6Al-4V, С рабочей температурой 300-350 ° C. Впоследствии были разработаны сплавы с рабочей температурой до 400 ° C, такие как IMI550 и BT3-1, а затем сплавы, такие как IMI679, IMI685, Ti-6246 и Ti-6242, которые могут работать при 450-500 ° C. В последнее время в авиационных двигателях успешно применяются новые высокотемпературные титановые сплавы, такие как IMI829 и IMI834 Великобритании, Ti-1100 США, а также BT18Y и BT36 России. В последние годы международные исследования были сосредоточены на разработке высокотемпературных титановых сплавов с использованием методов быстрого затвердевания/порошковой металлургии и композитов, армированных волокнами или частицами, с целью повышения рабочей температуры титановых сплавов до более 650 ° C. McDonnell Douglas в США успешно разработал высокочистый титановый сплав высокой плотности с использованием технологии быстрого затвердевания/порошковой металлургии, который сохраняет свою прочность при 760 ° C, сопоставимую с существующими титановыми сплавами при комнатной температуре.

Титановые сплавы на основе соединений титана и алюминия

По сравнению с обычными титановыми сплавами титановые сплавы на основе титан-алюминиевых соединений, таких как Ti3Al (α2) и TiAl (γ), имеют преимущества, включая отличные высокотемпературные характеристики (рабочие температуры 816 ° C и 982 ° C соответственно), сильное сопротивление окислению, хорошее сопротивление ползучести, и малый вес (плотность только половина этой из основанных на никел суперсплавов). Эти преимущества делают их конкурентоспособными материалами для будущих аэрокосмических двигателей и конструктивных элементов самолетов. В настоящее время два титановых сплава, Ti3Al-based и Ti-21Nb-14Al-# Ti-24Al-14Nb, производятся оптом в США. Другие недавно разработанные титановые сплавы включают Ti3Al-based, Ti-24Al-11Nb и Ti-25Al-17Nb-1Mo. Основное внимание для титановых сплавов на основе TiAl (γ) уделяется составам в диапазоне TAl-(1-10)M (при. %), где M представляет собой по меньшей мере один элемент из V, Cr, Mn, Nb, Mn, Mo и W. В последнее время титановые сплавы, такие как TiAl3-based, начали привлекать внимание.

Титановые сплавы β-типа с высокой прочностью и высокой прочностью

Самым ранним титановым сплавом β-типа был B120VCA (Ti-13V-11Cr-3Al), разработанный Crucible Company в США в mid-1950s. Титановые сплавы β-типа обладают хорошей обрабатываемостью в горячем и холодном состоянии, их легко ковать, катить и сваривать, а также могут достигать высоких механических свойств и хорошей устойчивости к окружающей среде благодаря обработке растворением и старению, с отличной сочетанием прочности и вязкости разрушения. Репрезентативные новые высокопрочные титановые сплавы β-типа с высокой вязкостью включают в себя:

Ti1023 (Ti-10V-2Fe-# Al): Сравним с обычно используемой высокопрочной конструкционной сталью 30CrMnSiA в конструкционных элементах самолетов, с отличными кузнечными свойствами.

Ti153 (Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn): Обладает лучшей обрабатываемостью в холодном состоянии, чем коммерчески чистый титан, с пределом прочности на разрыв при комнатной температуре более 1000 МПа после старения.

Β21S (Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si): Этот новый сверхвысокопрочный титановый сплав, разработанный подразделением Timet корпорации Titanium Metals Corporation в США, обладает отличной стойкостью к окислению, выдающейся обрабатываемостью в горячем и холодном состоянии и может быть изготовлен из фольги толщиной до 0064 мм.

SP-700 (Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe): Разработанный NKK в Японии, этот сплав обладает высокой прочностью и сверхпластичным удлинением до 2000%, при этом температура сверхпластического формования на 140 ° C ниже Ti-6Al-4V, что делает его потенциальной заменой Ti-6Al-4V в сверхпластическом формовке-диффузионном склеивании (SPF/DB) технология для различных аэрокосмических компонентов.

BT-22 (Ti-5V-5Mo-1Cr-5Al): Разработано в России, с прочностью на разрыв более 1105 МПа.

Огнестойкие титановые сплавы

Обычные титановые сплавы имеют тенденцию к сгорам в определенных условиях, что значительно ограничивает их применение. Для решения этой проблемы различные страны провели исследования по огнестойким титановым сплавам и добились определенных прорывов. Сплав C, также известный как Ti-50V-35Cr-15Cr (массовая доля), представляет собой огнестойкий титановый сплав, разработанный в Китае, который нечувствителен к длительному горению и используется в двигателе F119. BTT-1 и BTT-3-это огнестойкие титановые сплавы, разработанные в России, на основе Ti-Cu-Al, с отличными характеристиками обработки горячей деформации, что делает их пригодными для изготовления сложных деталей.

Медицинские титановые сплавы

Титан нетоксичен, легкий, прочный и обладает отличной биосовместимостью, что делает его идеальным материалом для медицинских применений, таких как имплантаты. В настоящее время широко используемый сплав в области медицины по-прежнему является ELI, но он может выделять следовые количества ионов ванадия и алюминия, снижая его совместимость с клетками и потенциально причиняя вред человеческому организму. Этот вопрос уже давно вызывает озабоченность в медицинском сообществе. США начали разработку биосовместимых титановых сплавов без алюминия и ванадия для ортопедической хирургии в Соединенных Штатах Америки. Япония, Великобритания и другие страны также провели обширные исследования и сделали некоторые новые достижения. Например, Япония разработала серию титановых сплавов α β с отличной биосовместимостью, включая Ti-15Zr-4Nb-4Ta-0.2Pd, Ti-15Zr-4Nb-4Ta-0.2Pd-0.20 ~ 0,05 Н, Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd и Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd-0.20, которые обладают превосходной коррозионной прочностью, усталостной прочностью и коррозионной стойкостью по сравнению с ELI. По сравнению с α β титановыми сплавами, β титановые сплавы имеют более высокую прочность, лучшую производительность и ударную вязкость, что делает их более подходящими для имплантатов. В США пять β-титановых сплавов были рекомендованы для медицинского применения: TMZFTM (Ti-12Mo-^ Zr-2Fe), Ti-13Nb-13Zr, Timetal 21SRx (Ti-15Mo-2.5Nb-0.2Si), Tiadyne 1610 (Ti-16Nb-9.5Hf) и Ti-15Mo. Предполагается, что в ближайшем будущем эти высокопрочные, с низким модулем упругости и отличной формуемостью и коррозионно-стойкие β-титановые сплавы, вероятно, заменят широко используемый сплав ELI в области медицины.

Основанная в 2007 году, Baoji Yesheng Titanium Industry Co., Ltd. является высокотехнологичной компанией, которая объединяет производство, переработку и продажу титана и титановых сплавов, никеля, циркония и других цветных металлов. Он расположен в китайской «Титановой долине»-Баоцзи. Плиты, прутки, провода, трубки, стандартные компоненты, поковки, оборудование, а также титан и титановые сплавы являются основными продуктами. Никель, цирконий и сплавы также важны. Добро пожаловать на консультацию.