Sveučilište Xi'an Jiaotong postiglo je novi napredak u dizajnu jeftinih, čvrstih i čvrstih legura titana

Sveučilište Xi'an Jiaotong postiglo je novi napredak u dizajnu jeftinih, čvrstih i žilavih legura titana

Legura titana visoke specifične čvrstoće važan je strukturni materijal za uštedu energije, smanjenje emisije i lagana je težina. Njegova makroskopska mehanička svojstva mogu se optimizirati podešavanjem gustoće i karakteristika prostorne distribucije granica zrna (GB) i sučelja izvan faze (PB). Na primjer, reguliranje strukture i karakteristika / faznog sučelja s diskontinuiranom rešetkom u legurama titana može značajno poboljšati mehanička svojstva legure. Za legure titana, uz difuzijski ( → ) fazni prijelaz, PB visoke gustoće također mogu uvesti u leguru titana putem prijelaza bez difuzijskog pomaka (→ ') pod uvjetima brzog hlađenja. Martenzitni fazni prijelaz u legurama titana može ostvariti dvije ključne prednosti: s jedne strane, fazni prijelaz pokreće brzo hlađenje ( termička stabilnost visokotemperaturne faze je smanjena) za izgradnju dvofazne mikrostrukture i stvaranje međupovršinskog otvrdnjavanja; s druge strane, fazni prijelaz induciran silom (smanjuje se mehanička stabilnost faze sobne temperature), obično se očituje nižom granicom razvlačenja, ali većim kapacitetom očvrsnuća i istezanjem loma, odnosno fazni prijelaz izaziva plastičnost Općenito govoreći, martenzitno ojačanje je u skladu s klasičnim Hall-Petchovim odnosom. Stoga je poželjno dizajnirati nano-martenzitike u mikrostrukturi kako bi se ojačala legura i održala razumna duktilnost, čime se postižu izvrsna mehanička svojstva. Međutim, budući da veća zrna s veličinom od desetaka ili čak stotina mikrona u legurama titana teže stvaranju mikronske i submikronske martenzitne ploče, gustoća faznog sučelja je niska, a granica razvlačenja nije visoka. Stoga je upotreba inženjeringa granica zrna (GBE) za izradu žilavih legura titana visoke čvrstoće s finom mikrostrukturom još uvijek izazov .

S obzirom na gore navedene probleme, tim akademika Sun Juna, Državni ključni laboratorij za čvrstoću metalnih materijala, Sveučilište Xi'an Jiaotong, predložio je novu strategiju za proizvodnju nano-martenzita korištenjem kemijskog sučelja (CBE), koja se razlikuje od inženjerstvo granica zrna koje je u prošlosti koristilo tradicionalne termomehaničke metode obrade. Na temelju ideje dizajna da značajna difuzijska neusklađenost između legirajućih elemenata pri visokim temperaturama može konstruirati kemijsko sučelje visoke gustoće (CB, definirano kao diskontinuitet koncentracijskog gradijenta pri najmanje jedan element u kontinuiranom području rešetke), tim razmatra razliku u brzini difuzije različitih legirajućih elemenata u matricama BCC-Ti i HCP-Ti i odabire jeftini element brze difuzije Cr i sporo -difuzijski element Al, koristeći Ti-xCr-4.5 Zr-5.2 Al (x=1.8, 2.3, 2.8 mas. posto ) Kao modelni materijal, legura regulira gustoća kemije l sučelje kroz element brze difuzije Cr. Neusklađenost difuzije Cr i Al elemenata na visokoj temperaturi stvara CB visoke gustoće, koji može podijeliti svako zrno u veliki broj nano-domena siromašnih Cr-om i Al-om. naknadnim procesom hlađenja vodom, vjerojatnije je da će martenzit (strukturna transformacija) nukleirati u ovim nano-domenama bogatim ili siromašnim Al, odnosno, te nano-domene bogate ili siromašne Al služe kao nuklearna mjesta nano-martenzita, dok kemijsko sučelje služi kao prepreka rastu martenzita, ograničavajući njegov brzi rast. Na temelju CBE koncepta, tim je uspješno stvorio najmanji nano-martenzit do sada u Ti-2.8 Cr{{32 }}.5 Zr-5.2 Al legura (prosječna veličina je 20±6nm, kao što je prikazano na slici 1). U isto vrijeme legura titana ima najnižu cijenu, najveću specifičnu čvrstoću i izvrsnu jaku plastiku podudaranje svih materijala martenzitnih legura titana koji su trenutno prijavljeni (kao što je prikazano na slici 2), i ima dobre izglede za primjenu ts.Strategija dizajna inženjeringa kemijskog sučelja koju je predložio tim probija ograničenja originalnog koncepta dizajna sastava mikrostrukture/legure i metode termomehaničke obrade legure titana i daje nove ideje za dizajn naprednih legura titana visokih performansi i drugih metala konstrukcijski materijali sličnih karakteristika. Strukturni materijali.

Mikrostruktura i distribucija sastava višerazinske nano-martenzitne legure Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al nakon hlađenja vodom

Mehanička svojstva višeslojne nano-martenzitne legure Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al na sobnoj temperaturi nakon hlađenja vodom i hlađenja zrakom