[ 信息發(fā)布:本站 | 發(fā)布時(shí)間:2021-06-09 | 瀏覽:102次 ]

　金屬材料的彈性變形能力受屈服強(qiáng)度和彈性模量的影響，拉伸線彈性極限（ε0.2）大多低于1%。傳統(tǒng)鈦合金的強(qiáng)度根據(jù)合金牌號(hào)不同在400~1500 MPa 范圍內(nèi)，彈性模量介于 50~120 GPa之間，遠(yuǎn)低于鋼（約 210 GPa），彈性變形能力約為鋼的 2 倍。鈦合金的高強(qiáng)度和低彈性模量賦予其優(yōu)異的彈性變形能力，作為結(jié)構(gòu)功能一體化材料在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

　　20 世紀(jì) 50 年代，美國(guó)首次在 B-52 轟炸機(jī)上使用 Ti-6Al-4V 制造的鈦合金螺栓，由此開啟了鈦合金緊固件在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著航空航天和武器裝備的不斷輕量化要求，輕質(zhì)高強(qiáng)度高彈性鈦合金逐漸部分取代了傳統(tǒng) 30CrMoSiA 鋼在緊固件中的應(yīng)用，提高了裝備使用安全性與可靠性。目前常用的 α+β 和 β 型鈦合金的抗拉強(qiáng)度基本為 1000 MPa 級(jí)，如 Ti-6Al-4V、Ti-3Al-5Mo-4.5V、Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al 和 Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.3Si（β 21S）等。

　　自 20 世紀(jì) 70 年代起，麥道公司開始使用 Ti-13V-11Cr-3Al 制造民用飛機(jī)用彈簧，替代彈簧鋼實(shí)現(xiàn)減重 70%。隨后，洛克希德、波音和空客等開始使用 β 鈦合金材料制造起落架上下鎖、液壓回程和飛機(jī)控制等彈簧部件，代表性合金有 Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn 和 Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr（β-C），其彈性模量約為104 GPa，抗拉強(qiáng)度為 1300~1450 MPa。

　　國(guó)內(nèi)應(yīng)用的典型牌號(hào)有 TB2、TB3 和 TB5 等。目前彈簧和緊固件使用的 α+β 和 β 型鈦合金一般采用 α+β 兩相態(tài)組織以獲得高強(qiáng)度，同時(shí)彈性模量（90~120 GPa）也較高，導(dǎo)致彈性性能較低，難以滿足先進(jìn)飛行器對(duì)于高強(qiáng)度高彈性材料的使用需求。β 型 Ti-45Nb 合金作為鉚釘專用材料，在國(guó)內(nèi)外航空航天產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。該合金具有低彈性模量，塑性和冷加工成型性好等優(yōu)點(diǎn)，但強(qiáng)度特別是屈服強(qiáng)度低，強(qiáng)度與彈性性能的匹配較差。

　　從 20 世紀(jì) 90 年代開始，為了降低醫(yī)用鈦合金的彈性模量，人們開發(fā)了一系列低彈性模量亞穩(wěn) β 型鈦合金，如 Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr 和 Ti-35Nb-5Ta-7Zr 等，獲得了更佳的彈性性能，但此類鈦合金為醫(yī)療領(lǐng)域開發(fā)，強(qiáng)度低，難以滿足航空緊固件和彈簧用鈦合金對(duì)高強(qiáng)度和高彈性的使用需求。2003 年,日本豐田中央研究院開發(fā)了綜合性能優(yōu)異的多功能鈦合金（橡膠金屬），典型成分為 Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-1.2O（原子分?jǐn)?shù) %），該合金經(jīng) 90% 冷軋變形后強(qiáng)度可達(dá) 1200 MPa，彈性模量為 55 GPa，彈性極限高達(dá)約 2.5%，顯示出優(yōu)異的高強(qiáng)度和高彈性匹配，并且該合金在較寬的溫度范圍內(nèi)具有恒彈性。

　　中國(guó)科學(xué)院金屬材料研究所開發(fā)的亞穩(wěn) β 型合金 Ti-24Nb-4Zr-8Sn（Ti-2448）同樣顯示出優(yōu)異的彈性性能，具有低至 42 GPa 的彈性模量和高達(dá) 3.3% 的彈性應(yīng)變，經(jīng)固溶時(shí)效處理后亦具有優(yōu)異的高強(qiáng)度和高彈性匹配。橡膠金屬和 Ti-2448 是先進(jìn)高強(qiáng)度高彈性鈦合金的典型代表，預(yù)示著鈦合金能實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和高彈性匹配，其優(yōu)異的性能依賴于巧妙的成分設(shè)計(jì)及合適的制備工藝。