チタン合金の主な用途は何ですか?

チタンは、1950 年代に開発された重要な構造金属です。 チタン合金は比強度が高く、耐食性、耐熱性に優れているため、さまざまな分野で広く使用されています。 世界の多くの国がショベル合金材料の重要性を認識し、次々と研究開発を行い実用化しています。

最初の実用的なチタン合金は、1954 年に米国で TI-6AL-4V 合金の開発に成功したことです。その耐熱性、強度、可塑性、靭性、成形性、溶接性、耐食性、および生体適合性が良く、チタン合金業界のエース合金となり、合金使用量は全チタン合金の75%~85%を占めています。 他の多くのチタン合金は、Ti-6Al-4V 合金の変形と見なすことができます。

1950年代から1960年代にかけて、主に航空エンジン用の高温チタン合金とボディ用の構造用チタン合金を開発しました。 1970 年代に、耐腐食性チタン合金のバッチが開発されました。 1980年代以降、耐食チタン合金、高強度チタン合金がさらに開発されました。 耐熱チタン合金の使用温度は、1950年代の400度から1990年代には600～650度まで上昇。 A2(Ti3Al) および R (TiAl) 基合金の出現により、エンジン内のチタンは、エンジン (ファンおよびコンプレッサー) の低温端からエンジン (タービン) の高温端までの方向になります。 構造用チタン合金は、高強度、高塑性、高強度、高靭性、高弾性率、および高損傷耐性に向かって発展します。

さらに、Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb などの形状記憶合金が 1970 年代から開発され、工学分野でますます広く使用されています。

現在、世界中で何百ものチタン合金が開発されており、TI-6AL-4V、TI-5AL{{5 }}.5Sn、TI-2AL-2.5Zr、TI-32Mo、Ti-Mo-Ni、TI-PD、SP-700、TI{{15} }, TI-1023, TI-10-5-3, TI-1023, BT9, BT20, IMI829, IMI 834 (2, 4].

チタン合金は、 、プラス 、合金および Ti-Al 金属間化合物 (ここでは TixAl、x=1) の 4 つのタイプに分けることができます。

2. チタン合金の新展開

近年、各国は低コストで高性能な新しいチタン合金を開発しており、巨大な市場の可能性を秘めた土木産業分野にチタン合金を参入させる努力をしています。 国内外のチタン合金材料の新しい研究の進歩は、主に次の側面に反映されています。

(1) 高温チタン合金。

高温チタン合金の開発に世界で初めて成功したのは、300-350 度の温度を使用した TI-6AL-4V です。 その後、温度400度のIMI550やBT3-1、温度450～500度のIMI679、IMI685、TI-6246、TI-6242などの合金が次々と開発されました。 現在、新しい高温チタン合金は、軍用および民間航空機のエンジンに使用されています。 英国IMI829、IMI834合金; アメリカの TI-1100 合金; ロシアの BT18Y、BT36 合金など 表 7 は、一部の国における新しい高温チタン合金の最高使用温度を示しています [26]。

近年、急速凝固/粉末冶金技術、繊維または粒子強化複合材料を使用して、高温チタン合金の開発方向としてチタン合金を開発し、チタン合金の使用温度を650度以上に高めることができます[ 1,27,29,31]。 McDonnell Douglas は、急速凝固/粉末冶金技術を使用して、760 度での強度が室温で使用されるチタン合金の強度と同等の高純度で高密度のチタン合金を開発しました [26]。

(2) Ti-Al 化合物をベースとするチタン合金。

一般的なチタン合金と比較して、ナトリウム Ti3Al ( 2) および TiAl ( ) 金属間化合物としての Ti-Al 化合物の最大の利点は、良好な高温性能 (最高使用温度はそれぞれ 816 度および 982 度)、強い耐酸化性、優れた耐クリープ性と軽量 (密度はニッケル基超合金のわずか半分)。 これらの利点により、将来の航空エンジンおよび航空機構造部品の最も競争力のある材料になります [26]。

現在、2 つの Ti3Al ベースのチタン合金、TI-21NB-14Al および Ti-24Al-14Nb-# V-0.5Mo が開始されています。アメリカで大量生産。 近年開発された他の Ti3Al ベースのチタン合金には、Ti-24al-11Nb、Ti25Al-17NB-1Mo および Ti-25Al{{17} があります。 }NB-3V-1Mo など [29]。 TiAl ( ) に基づくチタン合金の組成は、Ti-(46-52) Al-(1-10) M (原子パーセント) の範囲であり、M は V の少なくとも 1 つの元素であり、 Cr、Mn、Nb、Mn、Mo、および W。最近、Ti-65Al-10Ni 合金などの TiAl3- ベースのチタン合金が注目されています [1]。

(3) 高強度・高靭性チタン合金。

チタン合金は、1950 年代半ばにクルーシブル社によって開発された B120VCA 合金 (TI-13V-11CR-3Al) です。 タイプのチタン合金は、優れた冷間および熱間加工特性を持ち、鍛造が容易で、圧延、溶接、溶体化および時効処理により、より高い機械的特性、優れた耐環境性、強度および破壊靭性を得ることができ、非常によく一致します。 新しい高強度および高靭性タイプのチタン合金は、次のものが最も代表的です [26,30]。

Ti1023 (TI-10V-2Fe -# Al)、この合金は、航空機の構造部品で一般的に使用される 30CrMnSiA 高強度構造用鋼に匹敵し、優れた鍛造性能を備えています。

Ti153 (TI-15V-3CR-3Al-3Sn)、合金の冷間加工性能は工業用純チタン、室温引張強度よりも優れています老化後、1000MPa以上に達することがあります。

21S (TI-15Mo-3Al-2.7NB-0.2Si)、この合金は、Timet Division によって開発された新しい耐酸化性の超高強度チタン合金です。アメリカン・チタニウム・メタル・カンパニー。 優れた耐酸化性、優れた冷間および熱間加工特性を備え、0.064mm 厚の箔にすることができます。

日本鋼管株式会社 (NKK) が開発した Sp-700 (TI-4.5Al-3V-2Mo-2Fe) チタン合金は、高強度、超塑性伸びは最大 2000% で、超塑性成形温度は TI-6AL-4V より 140 度低くなっています。 Ti-6Al-4V 合金を超塑性拡散接合（SPF/DB）技術に置き換えて、さまざまな航空宇宙部品を製造できます。

ロシアは BT-22 (TI-5V-5MO-1CR-5AL) を開発し、その引張強度は 1105MPA 以上に達することができます

(4) 難燃性チタン合金。 従来のチタン合金は、特定の条件下でアルカンを燃焼させる傾向があり、その用途が大幅に制限されていました。 このような状況に鑑みて、多くの国が難燃性チタン合金の研究を行い、いくつかのブレークスルーをもたらしました。 公称組成が 50TI-35V-15Cr (質量分率) の合金 C (TI-1720 としても知られる) は、連続燃焼の影響を受けない難燃性チタン合金であり、 F119エンジンに採用されました。 Btt-1 と BTT-3 はロシアで開発された難燃性チタン合金で、どちらも Ti-Cu-Al 系合金であり、熱変形プロセス性能が非常に優れており、複雑な部品の製造に使用できます。部品[26]。

(5) 医療用チタン合金。

チタンは毒性がなく、軽量で強度が高く、生体適合性に優れています。 これは非常に理想的な医療用金属材料であり、人体インプラントとして使用できます。 現在、Ti-6Al-4V ELI 合金は依然として医療分野で広く使用されています。 しかし、後者は非常に少量のバナジウムおよびアルミニウムイオンを沈殿させる可能性があり、細胞の適応性を低下させ、人体に害を及ぼす可能性があります. この問題は、医療分野で大きな注目を集めています。 -1980年代半ばには、Qiang は整形外科手術で使用するために、アルミニウムを含まず、バナジウムを含まず、生体適合性のあるチタン合金の開発を開始しました。-1980 日本、英国などもこの分野で多くの研究を行い、いくつかの新しい進歩を遂げました。 たとえば、日本は、TI-15ZR-4NB_4TA-0.2PD、TI{{11} を含む、優れた生体適合性を備えた一連のプラス チタン合金を開発しました。 }ZR-4NB-ATA-0.2PD-0.20 ～0.05N、TI-15SN-4NB{{22} }TA-0.2PD および TI-15SN-4NB-2TA-0.2PD-0.20、腐食強度、疲労強度これらの合金の耐食性は、Ti-6Al-4V ELI よりも優れています。 プラスチタン合金と比較して、チタン合金は水強度が高く、切開性能と靭性に優れており、人体へのインプラントとしての移植に適しています。 米国では、医療用途に 5 つのチタン合金が推奨されています。つまり、TMZFTM (Ti-12Mo -^ ZR-2Fe)、Ti-13NB-13Zr です。 、Timetal 21SRx (TI-15MO-2.5NB-0.2Si)、Tiadyne 1610 (TI-16NB-9.5HF)、TI{{50 }}月。 高強度、低弾性率、優れた成形性と耐食性を備えたこのようなチタン合金は、近い将来、医療分野で広く使用されているTi-6AL-4V ELI合金に取って代わる可能性が高いと推定されています.

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