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高強度高彈性鈦合金發展現狀


發布時間:

2023-05-10

金屬材料的彈性變形能力受屈服強度和彈性模量的影響,拉伸線彈性極限(ε0.2)大多低于1%。傳統鈦合金的強度根據合 號不同在400~1500 MPa 范圍內,彈性模量介于 50~120 GPa之間

高強度高彈性鈦合金發展現狀

金屬材料的彈性變形能力受屈服強度和彈性模量的影響,拉伸線彈性極限(ε0.2)大多低于1%。傳統鈦合金的強度根據合 號不同在400~1500 MPa 范圍內,彈性模量介于 50~120 GPa之間,遠低于鋼(約 210 GPa),彈性變形能力約為鋼的 2 倍。鈦合金的高強度和低彈性模量賦予其優異的彈性變形能力,作為結構功能一體化材料在航空航天領域得到廣泛應用。

20世紀50年代,美國 在 B-52 轟炸機上使用 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域的應用。隨著航空航天和武器裝備的不斷輕量化要求,輕質高強度高彈性鈦合金逐漸部分取代了傳統 30CrMoSiA 鋼在緊固件中的應用,提高了裝備使用安全性與可靠性。目前常用的 α+β 和 β 型鈦合金的抗拉強度基本為 1000 MPa 級,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70年代起,麥道公司開始使用 Ti-13V-11Cr-3Al 制造民用飛機用彈簧,替代彈簧鋼實現減重 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,抗拉強度為 1300~1450 MPa。

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