Leghe di titanio ad alta temperatura e loro classificazione e proprietà

La prima lega di titanio ad alta temperatura di successo al mondo era TI-6AL-4V, con una temperatura di servizio di 300-350 ° C. Gli sviluppi successivi hanno portato a leghe come IMI550 e BT3-1, con temperature di servizio fino a 400 ° C e IMI679, IMI685, TI-6246 e TI-6242, con temperature di servizio di 450-500 ° C. Le nuove leghe di titanio ad alta temperatura attualmente utilizzate nei motori dell'aeromobile includono le leghe IMI829 e IMI834 del Regno Unito, la lega TI-1100 degli Stati Uniti e le leghe BT18Y e BT36 russa. Negli ultimi anni, la direzione di sviluppo per le leghe di titanio ad alta temperatura si è concentrata sull'uso della tecnologia di solidificazione/metallurgia della polvere rapida e compositi rinforzati in fibra o particelle, che possono aumentare la temperatura di servizio delle leghe di titanio a oltre 650 ° C. McDonnell Douglas negli Stati Uniti ha sviluppato con successo una lega di titanio ad alta densità ad alta densità che utilizza una rapida tecnologia di solidificazione/metallurgia della polvere, con resistenza a 760 ° C paragonabile a quella delle leghe di titanio utilizzate a temperatura ambiente.

Leghe di titanio a base di titanio-alluminio

Rispetto alle leghe generali di titanio, gli intermetallici basati su composti in alluminio titanio ti3al (α2) e tiale (γ) hanno vantaggi come buone prestazioni ad alta temperatura (temperature di servizio di 816 e 982 ° C, rispettivamente) Resistenza e peso leggero (la densità è solo la metà di quello delle SuperAlloe a base di nichel). Questi vantaggi li rendono materiali competitivi per i futuri motori aeronautici e componenti strutturali. Attualmente, due leghe di titanio a base di Ti3al, TI-21NB-14al e TI-24al-14NB-0,5MO, hanno iniziato la produzione di massa negli Stati Uniti. Altre leghe di titanio a base di Ti3al recentemente sviluppate includono TI-24AL-1NB, TI-25AL-17NB-1MO e TI-25al-10NB-3v-1mo. Le leghe di titanio a base di TIAL (γ) vengono studiate per composizioni che vanno da tal- (1-10) m (AT.%), Dove M è almeno un elemento da V, Cr, Mn, NB, MO e W. Recentemente, le leghe di titanio a base di TIAL3 come TI-65AL-10NI hanno iniziato ad attirare l'attenzione.

Leghe di titanio β ad alta resistenza e ad alta tota

La prima lega di titanio di tipo β era B120VCA (TI-13V-11CR-3AL), sviluppato dal crogiolo a metà degli anni '50. Le leghe di titanio di tipo β hanno buone prestazioni di elaborazione calda e fredda, sono facili da forgiare, possono essere arrotolate e saldate e ottenere elevate proprietà meccaniche, una buona resistenza ambientale e una buona combinazione di resistenza e durezza della frattura attraverso la soluzione e il trattamento dell'invecchiamento. Rappresentante Nuove leghe di titanio di tipo β ad alta resistenza e ad alta totanza includono:

• TI1023 (TI-10V-2FE-3AL): questa lega ha prestazioni paragonabili all'acciaio strutturale ad alta resistenza da 30 crmnsia
• TI153 (TI-15V-3CR-3AL-3SN): questa lega ha migliori prestazioni di lavorazione a freddo rispetto al titanio puro industriale, con una resistenza alla trazione della temperatura ambiente di oltre 1000 MPa dopo l'invecchiamento.
• β21s (TI-15Mo-3Al-2.7nb-0.2SI): sviluppata dal tempo, questa lega ha un'eccellente resistenza all'ossidazione e prestazioni di elaborazione a freddo e possono essere trasformate in un foglio con uno spessore di 0,064 mm.
• SP-700 (TI-4.5al-3v-2mo-2fe): sviluppato da Japan Steel Pipe Company (NKK), questa lega ha una resistenza elevata e un allungamento superplastico fino al 2000%, con una temperatura di formazione superplastica di 140 ° C inferiore a TI-6AL-4V, rendendolo adatto per la produzione di vari componenti aerospaziali utilizzando la tecnologia del legame di formazione superplastica (SPF/DB).
• BT-22 (TI-5V-5MO-1CR-5al): sviluppata in Russia, questa lega ha una resistenza alla trazione di oltre 1105 MPa.

Leghe di titanio resistenti alla fiamma

Le leghe di titanio convenzionali hanno la tendenza ad accendere in condizioni specifiche, limitando significativamente la loro applicazione. Per risolvere questo problema, i paesi hanno condotto ricerche sulle leghe di titanio resistenti alle fiamme e hanno fatto alcune scoperte. La lega C (nota anche come lega T), sviluppata in Cina, con una composizione nominale di 50Ti-35V-15Cr (frazione di massa), è una lega di titanio resistente alla fiamma insensibile alla combustione continua ed è stata utilizzata nel motore F119. BTT-1 e BTT-3, sviluppati in Russia, sono leghe di titanio resistenti alla fiamma a base di TI con buone prestazioni di elaborazione a caldo, adatte per fare parti complesse.

Leghe di titanio medico

Il titanio è non tossico, leggero, ad alta resistenza e ha un'eccellente biocompatibilità, rendendolo un materiale ideale per applicazioni di titanio di grado medico come gli impianti. Attualmente, la lega ELI TI-6AL-4V è ampiamente utilizzata nel campo medico. Tuttavia, il rilascio di tracce di ioni di vanadio e alluminio riduce la sua compatibilità cellulare e può danneggiare il corpo umano, che è stato a lungo una preoccupazione nella comunità medica. Dalla metà degli anni '80, gli Stati Uniti hanno sviluppato leghe di titanio senza alluminio e vanadio con biocompatibilità per applicazioni ortopediche. Anche il Giappone, il Regno Unito e altri paesi hanno condotto ricerche approfondite e hanno raggiunto nuovi progressi. Ad esempio, il Giappone ha sviluppato una serie di leghe di titanio α+β con eccellente biocompatibilità, tra cui TI-15ZR-4NB-4ta-0.2pd, TI-15ZR-4NB-4ta-0.2pd-0.2-0.05N, TI-1-15SN- 4nb-2ta-0.2pd e ti-15SN-4nb-2ta-0.2pd-0.2. Queste leghe hanno una migliore resistenza alla corrosione, resistenza alla fatica e resistenza alla corrosione rispetto a Eli TI-6AL-4V. Rispetto alle leghe di titanio α+β, le leghe di titanio β hanno una maggiore resistenza, una migliore prestazione di tacca e una tesi, rendendole più adatte agli impianti. Negli Stati Uniti, sono state raccomandate cinque leghe di titanio β per uso medico: TMZFTM (TI-12MO-6ZR-2FE), TI-13NB-13ZR, TimeTal 21SRX (TI-15MO-2.5NB-0.2SI), Tiadyne 1610 (Ti -16nb-9.5hf) e ti-15mo. Si prevede che nel prossimo futuro, queste leghe β Titanio, le leghe β Titanio di formabilità e resistenza alla corrosione di formabilità e resistenza alla corrosione possano sostituire la lega Eli da 6al4v di titanio ampiamente utilizzata nel campo medico.