Xi'an Jiaotongi ülikool on teinud uusi edusamme odavate, ülitugevate ja sitkete titaanisulamite kujundamisel

Xi'an Jiaotongi ülikool on teinud uusi edusamme odavate, ülitugevate ja sitkete titaanisulamite kujundamisel

Kõrge eritugevusega titaanisulam on oluline konstruktsioonimaterjal energiasäästu, heitkoguste vähendamise ja kerge kaalu saavutamiseks. Selle makroskoopilisi mehaanilisi omadusi saab optimeerida, kohandades terapiiride (GB) ja faasiväliste liideste (PB) tihedust ja ruumilise jaotuse omadusi. Näiteks titaanisulamite katkendliku võrega /faasiliidese struktuuri ja omaduste reguleerimine võib oluliselt parandada sulami mehaanilisi omadusi. Titaanisulamite puhul võivad lisaks difusiooni ( → ) faasisiirele ka suure tihedusega PB-d viiakse titaanisulamisse difusioonivaba nihkesiirde ( → ') kaudu kiirete jahutustingimuste korral. Titaanisulamite martensiitsene faasisiire võib realiseerida kaks peamist eelist: ühelt poolt on faasisiirde põhjuseks kiire jahutamine ( kõrge temperatuuri faasi termiline stabiilsus väheneb), et konstrueerida kahefaasiline mikrostruktuur ja tekitada liidese kõvenemist; seevastu jõuga indutseeritud faasisiire (ruumitemperatuuri faasi mehaaniline stabiilsus väheneb), väljendub tavaliselt väiksema voolavuspiirina, kuid suurema töökõvenemisvõimena ja murdepikenemisena ehk faasisiire kutsub esile plastilisuse. mõju.Üldiselt vastab martensiitne tugevdamine klassikalisele Hall-Petchi suhtele. Seetõttu on soovitav kujundada mikrostruktuuris nanomartensiidid, et tugevdada sulamit ja säilitada mõistlik elastsus, saavutades seeläbi suurepärased mehaanilised omadused. Kuna aga titaanisulamites kipuvad moodustuma suuremad terad, mille suurus on kümneid või isegi sadu mikronit. mikroni ja submikroni tasemega martensiitsetest lehtedest, faasiliidese tihedus on madal ja voolavuspiir ei ole kõrge. Seetõttu on teraviljapiiride (GBE) kasutamine ülitugevate ja tugevate peene mikrostruktuuriga titaanisulamite valmistamiseks endiselt väljakutseks .

Ülaltoodud probleeme silmas pidades pakkus Xi'an Jiaotongi ülikooli metallimaterjalide tugevuse riikliku võtmelabori akadeemik Sun Jun meeskond välja uue strateegia nanomartensiitide valmistamiseks, kasutades keemilise liidese tehnoloogiat (CBE), mis erineb terapiiride projekteerimine, mis kasutas minevikus traditsioonilisi termomehaanilisi töötlemismeetodeid. Tuginedes disaini ideele, et legeerelementide vaheline oluline difusioonilahknevus kõrgel temperatuuril võib luua suure tihedusega keemilise liidese (CB-d, mis on määratletud kui kontsentratsioonigradiendi katkestus vähemalt üks element võre pideval alal), arvestab meeskond erinevate legeerelementide difusioonikiiruse erinevust BCC-Ti ja HCP-Ti maatriksites ning valib odava kiire difusioonielemendi Cr ja aeglase -difusioonielement Al, kasutades Ti-xCr-4.5 Zr-5.2 Al (x=1.8, 2.3, 2.8 massiprotsenti ) Mudelmaterjalina reguleerib sulam kemikaali tihedus l liides läbi kiire difusioonielemendi Cr. Cr- ja Al-elementide difusioonilahknevus kõrgel temperatuuril moodustab suure tihedusega CB-d, mis võivad jagada iga tera suureks arvuks Cr-vaesteks ja Al-rikasteks nanodomeenideks. järgneva vesijahutusprotsessi käigus moodustub martensiit (struktuurne transformatsioon) tõenäolisemalt nendes Al-rikastes või Cr-vaesetes nanodomeenides, st need Al-rikkad või Cr-vaesed nanodomeenid toimivad nanomartensiidi tuumakohtadena, samas kui keemiline liides takistab martensiidi kasvu, piirates selle kiiret kasvu.CBE kontseptsiooni alusel lõi meeskond edukalt seni väikseima nanomartensiidi Ti-2.8 Cr{{32 }},5 Zr-5,2 Al-sulam (keskmine suurus on 20±6 nm, nagu on näidatud joonisel 1). Samal ajal on titaanisulamil madalaim hind, kõrgeim eritugevus ja suurepärane tugev plastik kõigi praegu teatatud martensiitsete titaanisulamite materjalide sobivus (nagu on näidatud joonisel 2) ja sellel on hea kasutusvõimalus ts. Meeskonna pakutud keemilise liidese projekteerimisstrateegia murrab läbi titaanisulami algse mikrostruktuuri/sulami koostise disainikontseptsiooni ja termomehaanilise töötlemismeetodi piirangud ning pakub uusi ideid suure jõudlusega täiustatud titaanisulamite ja muude metallide kujundamiseks. sarnaste omadustega konstruktsioonimaterjalid. Konstruktsioonimaterjalid.

Mitmetasandilise nanomartensiitse Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al-sulami mikrostruktuur ja koostise jaotus pärast vesijahutust

Mitmetasandilise nanomartensiitse Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al-sulami mehaanilised omadused toatemperatuuril pärast vesijahutust ja õhkjahutust