高強度・高弾性チタン合金の開発状況
金属材料の弾性変形能力は降伏強度と弾性率の影響を受け、引張線の弾性限界（ε0.2）は一般に1％未満です。 従来のチタン合金の強度は合金グレードに応じて400〜1500 MPaの範囲であり、弾性率は50〜120 GPaであり、鋼（約210 GPa）よりもはるかに低く、弾性変形能力は約鋼の2倍。 チタン合金は、強度が高く、弾性率が低いため、優れた弾性変形能力を持ち、航空宇宙分野で広く使用されています。
1950年代に、米国は最初にB-52爆撃機にTI-6AL-4Vチタン合金ボルトを使用し、航空宇宙分野でのチタン合金ファスナーの適用を開始しました。 航空宇宙および兵器の継続的な軽量要件により、ファスナーに軽量、高強度、および高弾性のチタン合金を適用することで、従来の30CrMosia鋼が徐々に置き換えられ、機器の安全性と信頼性が向上しています。 現在一般的に使用されているα+βおよびβ型チタン合金（Ti-6Al-4V、Ti-3Al-5Mo-4.5V、Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al、Ti-15Mo-3Al-など） 2.7Nb-0.3Si（β21S）など、引張強度は基本的に1000MPaレベルです。
1970年代以来、マクドネルダグラスはTI-13V-11CR-3ALを使用して民間航空機のばねを製造し、ばね鋼に取って代わり、重量を70％削減してきました。 その後、ロッキード、ボーイング、エアバスは、βチタン合金材料を使用して、着陸装置のロック、油圧リターン、航空機の制御などのスプリングコンポーネントを製造し始めました。 典型的な合金はTi-15V-3Cr-3Al-3SnとTi-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr（β-C）であり、それらの弾性率は約104GPaです。 引張強さは1300〜1450MPaです。
中国で使用されている代表的なブランドはTB2、TB3、TB5です。 現在、ばねやファスナーに使用されているα+βおよびβ型チタン合金は、一般的にα+β二相構造を採用して高強度を得ています。 同時に、弾性率（90〜120 GPa）も高く、弾性特性が低くなります。 したがって、高強度で高弾性の材料に対する高度な航空機の要件を満たすことは困難です。 特殊リベット材料として、β型Ti-45Nb合金は国内外の航空宇宙製品に広く使用されています。 この合金は、弾性率が低く、塑性が良く、冷間加工成形性が良いという利点がありますが、強度、特に降伏強度が低く、強度と弾性特性のマッチングが不十分です。
1990年代以降、医療用チタン合金の弾性率を下げるために、Ti-29NB-13Ta-4.6ZrやTi-35NB-5Ta-7Zrなどの一連の低弾性率の準安定β型チタン合金が開発されてきました。 、など、より良い弾性特性を得るために。 しかし、このチタン合金は医療分野向けに開発されました。 チタン合金の強度は低く、航空用ファスナーやスプリング用のチタン合金の高強度と高弾性の要件を満たすことは困難です。 2003年、トヨタ中央研究所は、総合特性に優れた多機能チタン合金（ゴム金属）を開発しました。 典型的な組成はti-23nb-0.7 ta-2zr -1.2 2o（原子分率％）です。 合金は90％の冷間圧延によって変形します。 背部強度は1200MPaに達し、弾性率は55 GPaに達し、弾性限界は約2.5％に達する可能性があります。 高強度と高弾性の優れたマッチングを示します。 この合金は、広い温度範囲で一定の弾性を持っています。
中国科学アカデミーの金属材料研究所によって開発された準安定β型合金Ti-24Nb-4Zr-8Sn（Ti-2448）も、42 GPaの低い弾性率と、 3.3％と高い。 溶体化処理後、高強度、高弾性のマッチングにも優れています。 ゴム金属とTI-2448は、高度な高強度および高弾性チタン合金の代表的な例です。 これは、チタン合金が高強度と高弾性のマッチングを実現できることを示しています。 その優れた性能は、独創的なコンポーネント設計と適切な準備技術に依存しています。
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