Univerzita Xi'an Jiaotong dosáhla nového pokroku v návrhu levných, vysoce pevných a odolných titanových slitin

Univerzita Xi'an Jiaotong dosáhla nového pokroku v navrhování levných, vysoce pevných a houževnatých titanových slitin

Vysoce specifická titanová slitina je důležitým konstrukčním materiálem pro úsporu energie, snížení emisí a nízkou hmotnost. Jeho makroskopické mechanické vlastnosti lze optimalizovat úpravou hustoty a charakteristik prostorového rozložení hranic zrn (GB) a mimofázových rozhraní (PB). Například regulace struktury a charakteristik rozhraní / fáze s nespojitou mřížkou ve slitinách titanu může výrazně zlepšit mechanické vlastnosti slitiny. U slitin titanu mohou kromě difúzního ( → ) fázového přechodu také PB s vysokou hustotou být zaveden do titanové slitiny přes nedifúzní posunový přechod ( → ') za podmínek rychlého ochlazování. tepelná stabilita vysokoteplotní fáze je snížena) pro vytvoření dvoufázové mikrostruktury a vytvoření mezifázového zpevnění; na druhé straně silově indukovaný fázový přechod (snížená mechanická stabilita fáze při pokojové teplotě), který se obvykle projevuje jako nižší mez kluzu, ale vyšší pracovní zpevnění a lomové prodloužení, to znamená, že fázový přechod vyvolává plasticitu Obecně řečeno, martenzitické posilování odpovídá klasickému Hall-Petchově vztahu. Proto je žádoucí navrhnout v mikrostruktuře nanomartenzitické prvky pro zpevnění slitiny a zachování přiměřené tažnosti, čímž se získá vynikající mechanické vlastnosti. Protože však větší zrna o velikosti desítek nebo dokonce stovek mikronů ve slitinách titanu mají tendenci tvořit martenzitické plechy na mikronové a submikronové úrovni, hustota fázového rozhraní je nízká a mez kluzu není vysoká. Proto je použití techniky na hranici zrn (GBE) ke konstrukci vysoce pevných houževnatých titanových slitin s jemnou mikrostrukturou stále výzvou .

S ohledem na výše uvedené problémy navrhl tým akademika Sun Juna, State Key Laboratory of Metal Materials Strength, Univerzita Xi'an Jiaotong, novou strategii pro výrobu nano-martenzitů pomocí technologie chemického rozhraní (CBE), která se liší od inženýrství hranic zrn, které v minulosti používalo tradiční termomechanické metody zpracování. Na základě myšlenky návrhu, že významný difúzní nesoulad mezi legujícími prvky při vysokých teplotách může vytvořit chemické rozhraní s vysokou hustotou (CB, definované jako diskontinuita koncentračního gradientu při alespoň jeden prvek v souvislé oblasti mřížky), tým zvažuje rozdíl v rychlosti difúze různých legujících prvků v matricích BCC-Ti a HCP-Ti a vybírá levný rychle difúzní prvek Cr a pomalý -difúzní prvek Al, s použitím Ti-xCr-4.5 Zr-5.2 Al (x=1.8, 2.3, 2.8 % hm.) Jako modelový materiál slitina reguluje hustota chemikálie l rozhraní přes rychlý difúzní prvek Cr. Difúzní nesoulad prvků Cr a Al při vysoké teplotě vytváří vysokohustotní CB, které mohou rozdělit každé zrno na velký počet nano-domén chudých na Cr a bohatých na Al. následný proces vodního chlazení, martenzit (strukturální transformace) pravděpodobněji nukleuje v těchto nano-doménách bohatých na Al nebo chudých na Cr, to znamená, že tyto nanodomény bohaté na Al nebo chudé na Cr slouží jako jaderná místa nano-martenzitu, zatímco chemické rozhraní slouží jako bariéra pro růst martenzitu a omezuje jeho rychlý růst. Na základě konceptu CBE tým úspěšně vytvořil dosud nejmenší nano-martenzit v Ti-2.8Cr{{32 }}.5 Zr-5.2 Al slitina (průměrná velikost je 20±6nm, jak je znázorněno na obrázku 1). Titanová slitina má zároveň nejnižší cenu, nejvyšší specifickou pevnost a vynikající pevný plast shodu se všemi materiály martenzitické titanové slitiny, které jsou v současné době uváděny (jak je znázorněno na obrázku 2), a má dobré aplikační vyhlídky ts.Strategie designu chemického rozhraní navržená týmem překonává omezení původního konceptu návrhu složení mikrostruktury/slitiny a metody termomechanického zpracování titanové slitiny a poskytuje nové nápady pro návrh vysoce výkonných pokročilých slitin titanu a jiných kovů. konstrukční materiály s podobnými vlastnostmi. Konstrukční materiály.

Mikrostruktura a rozložení složení víceúrovňové nano-martenzitické slitiny Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al po ochlazení vodou

Mechanické vlastnosti víceúrovňové nano-martenzitické slitiny Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al při pokojové teplotě po chlazení vodou a vzduchem