Hochtemperaturtitanlegierungen und ihre Klassifizierung und Eigenschaften

Die weltweit erste erfolgreiche Hochtemperatur-Titanlegierung war Ti-6Al-4V mit einer Servicetemperatur von 300-350 ° C. Nachfolgende Entwicklungen führten zu Legierungen wie IMI550 und BT3-1 mit Service-Temperaturen von bis zu 400 ° C und IMI679, IMI685, Ti-6246 und Ti-6242 mit Servicetemperaturen von 450-500 ° C. Zu den neuen Hochtemperatur-Titanlegierungen, die derzeit in Flugzeugmotoren verwendet werden, gehören die Großbritannien IMI829- und IMI834-Legierungen, die Ti-1100-Legierung der US-Legierung sowie die Russlands BT18Y und BT36-Legierungen. In den letzten Jahren konzentrierte sich die Entwicklungsrichtung für Hochtemperatur-Titanlegierungen auf die Verwendung der schnellen Verfestigung/Pulvermetallurgie-Technologie und Faser- oder Partikelverstärkungsverbundwerkstoffe, die die Servicetemperatur von Titanlegierungen auf über 650 ° C erhöhen können. McDonnell Douglas in den USA hat erfolgreich eine hohe Titanlegierung mit hoher Dichte unter Verwendung einer schnellen Verfestigung/Pulvermetallurgie-Technologie mit einer Stärke von 760 ° C entwickelt, die mit der bei Raumtemperatur verwendeten Titanlegierungen vergleichbar ist.

Titanlegierungen auf Titanaluminiumverbindungsbasis

Im Vergleich zu allgemeinen Titanlegierungen haben Intermetallics Ti3al (α2) und Tial (γ) mit allgemeinen Titanlegierungen Vorteile wie eine gute Hochtemperaturleistung (Servicetemperaturen von 816 bzw. 982 ° C), starke Oxidationswiderstand, gute Kriechen Widerstand und leichtes Gewicht (Dichte ist nur die halbe von Nickel-basierten Superlegierungen). Diese Vorteile machen sie wettbewerbsfähige Materialien für zukünftige Flugzeugmotoren und strukturelle Komponenten. Derzeit haben zwei Ti3al ansässige Titanlegierungen, Ti-21NB-14al und Ti-24al-14NB-0,5 Monate, in den USA mit der Massenproduktion begonnen. Weitere kürzlich entwickelte Ti3al-basierte Titanlegierungen sind Ti-24Al-11NB, Ti-25Al-17NB-1MO und TI-25AL-10NB-3V-1MO. Tial (γ) -basierte Titanlegierungen werden für Kompositionen untersucht, die von Tal- (1-10) m (bei.%) Reichen, wobei m mindestens ein Element von V, Cr, Mn, NB, Mo und W. Kürzlich haben TIAL3-Basis Titanlegierungen wie Ti-65al-10ni begonnen, Aufmerksamkeit zu erregen.

Titanlegierungen vom Typ hochfestes und hohe Teighöhe β-Typ

Die erste Titanlegierung vom β-Typ war B120VCA (TI-13V-11CR-3Al), die Mitte der 1950er Jahre entwickelt wurde. Titanlegierungen vom Typ β-Typ haben eine gute heißen und kalten Verarbeitungsleistung, sind leicht zu schmieden, können gerollt und geschweißt werden und hohe mechanische Eigenschaften, eine gute Umweltresistenz und eine gute Kombination aus Festigkeit und Frakturebenheit durch Lösung und alternde Behandlung erzielen. Zu den repräsentativen neuen Titanlegierungen vom β-Typ mit hoher Stärtung und Hochtätigkeit gehören:

• TI1023 (TI-10V-2FE-3Al): Diese Legierung hat eine Leistung, die mit den häufig verwendeten 30crmnsia-Stahlstahl in Flugzeugstrukturkomponenten vergleichbar ist und eine hervorragende Leistungsleistung aufweist.
• TI153 (TI-15V-3CR-3Al-3SN): Diese Legierung hat eine bessere Kaltverarbeitungsleistung als ein industrielles reines Titan mit einer Zugfestigkeit von Raumtemperatur von über 1000 MPa nach dem Altern.
• β21s (TI-15MO-3Al-2.7NB-0,2SI): Diese vom Zeitpunkt entwickelte Legierung hat eine hervorragende Oxidationswiderstand sowie eine heiße und kalte Verarbeitungsleistung und kann mit einer Dicke von 0,064 mm zu Folien verarbeitet werden.
• SP-700 (TI-4,5AL-3V-2MO-2FE): Diese von Japan Steel Pipe Company (NKK) entwickelte Legierung hat eine hohe Festigkeit und eine superplastische Dehnung von bis zu 2000%, wobei eine superplastische Formungstemperatur 140 ° C niedriger ist als Ti-6AL-4V, wodurch es für die Herstellung verschiedener Luft- und Raumfahrtkomponenten mithilfe der SPF/DB-Technologie (Superplastic Forming-Diffusion Bonding) geeignet ist.
• BT-22 (TI-5V-5MO-1CR-5Al): In Russland entwickelt diese Legierung eine Zugfestigkeit von über 1105 MPa.

Flammresistente Titanlegierungen

Herkömmliche Titanlegierungen neigen dazu, sich unter bestimmten Bedingungen zu entzünden und ihre Anwendung signifikant einzuschränken. Um dies anzugehen, haben die Länder Forschungen zu flammresistenten Titanlegierungen durchgeführt und bestimmte Durchbrüche erzielt. Alloy C (auch bekannt als Legierung T), entwickelt in China mit einer nominalen Zusammensetzung von 50TI-35V-15Cr (Massenfraktion), ist eine flammresistente Titanlegierung, die gegen kontinuierliches Verbrennen unempfindlich ist, und wurde im F119-Motor verwendet. BTT-1 und BTT-3, die in Russland entwickelt wurden, sind flammresistente Titanlegierungen mit einer guten, heißen Verformungsverarbeitungsleistung, die zum Herstellen komplexer Teile geeignet ist.

Medizinische Titanlegierungen

Titan ist ungiftig, leicht, hochfest und verfügt über eine ausgezeichnete Biokompatibilität. Damit ist es zu einem idealen Material für medizinische Titananwendungen wie Implantate. Derzeit ist die Ti-6Al-4V-Eli-Legierung im medizinischen Bereich weit verbreitet. Die Freisetzung von Spurenmengen an Vanadium- und Aluminiumionen verringert jedoch seine Zellkompatibilität und kann dem menschlichen Körper schädigen, was seit langem in der medizinischen Gemeinschaft ein Problem darstellt. Seit Mitte der 1980er Jahre entwickelt die USA Aluminium- und Vanadium-freie Titanlegierungen mit Biokompatibilität für orthopädische Anwendungen. Japan, Großbritannien und andere Länder haben ebenfalls umfangreiche Forschungen durchgeführt und neue Fortschritte erzielt. Zum Beispiel hat Japan eine Reihe von α+β-Titanlegierungen mit ausgezeichneter Biokompatibilität entwickelt, darunter TI-15ZR-4NB-4TA-0,2PD, TI-15ZR-4NB-4TA-0,2PD-0,2-0.05N, TI-15SN-N-0,2PD-0,2-05N, TI-15SN-N-- 4NB-2TA-0.2PD und TI-15SN-4NB-2TA-0.2PD-0.2. Diese Legierungen haben eine bessere Korrosionsresistenz, Müdigkeit und Korrosionsresistenz als Ti-6Al-4V-ELI. Im Vergleich zu α+β -Titanlegierungen weisen β -Titanlegierungen eine höhere Stärke, eine bessere Einkerbungsleistung und die Zähigkeit auf, wodurch sie für Implantate besser geeignet sind. In den USA wurden fünf β-Titanlegierungen für den medizinischen Gebrauch empfohlen: TMZFTM (TI-12MO-6ZR-2FE), TI-13NB-13ZR, Timetal 21SRX (TI-15MO-2,5NB-0,2SI), TIADYNE 1610 (TI-15MO-2,5NB-0,2SI), TIADYNE 1610 (TIYNO (TI-14) -16NB-9,5HF) und Ti-15MO. Es wird erwartet, dass in naher Zukunft diese hochfesten, niedrigen Modulus und hervorragenden β-Titan-Legierungen von Formbarkeit und Korrosionsresistenz die weit verbreitete Titan 6AL4V-ELI-Legierung im medizinischen Feld ersetzen können.