Universitatea Xi'an Jiaotong a făcut noi progrese în proiectarea aliajelor de titan cu costuri reduse, de mare rezistență și dureri

Universitatea Xi'an Jiaotong a făcut noi progrese în proiectarea aliajelor de titan cu costuri reduse, de mare rezistență și dureri

Aliajul de titan cu rezistență specifică ridicată este un material structural important pentru economisirea energiei, reducerea emisiilor și greutate redusă. Proprietățile sale mecanice macroscopice pot fi optimizate prin ajustarea densității și a caracteristicilor de distribuție spațială a granițelor (GB) și a interfețelor defazate (PB). De exemplu, reglarea structurii și caracteristicilor interfeței / fază cu rețea discontinuă în aliajele de titan poate îmbunătăți semnificativ proprietățile mecanice ale aliajului. Pentru aliajele de titan, pe lângă tranziția de fază de difuzie ( → ), PB-urile de înaltă densitate pot, de asemenea, să fie introdusă în aliajul de titan prin tranziția de deplasare fără difuzie ( → ') în condiții de răcire rapidă. Tranziția de fază martensitică în aliajele de titan poate realiza două avantaje cheie: pe de o parte, tranziția de fază este condusă de răcirea rapidă ( stabilitatea termică a fazei de temperatură ridicată este redusă) pentru a construi o microstructură bifazică și a produce întărirea interfacială; pe de altă parte, tranziția de fază indusă de forță (stabilitatea mecanică a fazei la temperatura camerei este redusă), manifestată de obicei ca o limită de curgere mai mică, dar o capacitate mai mare de călire și alungire a ruperii, adică tranziția de fază induce plasticitate efect. În general vorbind, întărirea martensitică se conformează relației clasice Hall-Petch. Prin urmare, este de dorit să se proiecteze nano-martensitice în microstructură pentru a întări aliajul și a menține o ductilitate rezonabilă, obținând astfel proprietăți mecanice excelente. Cu toate acestea, deoarece granulele mai mari cu o dimensiune de zeci sau chiar sute de microni din aliajele de titan tind să se formeze foi martensitice la nivel de microni și submicroni, densitatea interfeței de fază este scăzută și limita de curgere nu este mare. Prin urmare, utilizarea ingineriei granițelor (GBE) pentru a construi aliaje de titan dur de înaltă rezistență cu microstructură fină este încă o provocare. .

Având în vedere problemele de mai sus, echipa academicianului Sun Jun, Laboratorul cheie de stat de rezistență a materialelor metalice, Universitatea Xi'an Jiaotong, a propus o nouă strategie pentru fabricarea nano-martensitelor folosind interfața chimică Engineering (CBE), care este diferită de ingineria granițelor de granule care a folosit metode tradiționale de prelucrare termomecanică în trecut. Bazat pe ideea de proiectare că nepotrivirea semnificativă a difuziei dintre elementele de aliere la temperaturi ridicate poate construi o interfață chimică de înaltă densitate (CB, definită ca discontinuitatea gradientului de concentrație de la cel puțin un element într-o zonă continuă a rețelei), echipa ia în considerare diferența de viteză de difuzie a diferitelor elemente de aliere din matricele BCC-Ti și HCP-Ti și selectează elementul de difuzie rapidă, cu cost redus, Cr și cel lent. -element de difuzie Al, folosind Ti-xCr-4.5 Zr{-5.2 Al (x=1.8, 2.3, 2.8 procente în greutate ) Ca material model, aliajul reglează densitatea substanței chimice l interfață prin elementul de difuzie rapidă Cr. Nepotrivirea de difuzie a elementelor Cr și Al la temperatură înaltă formează un CB de înaltă densitate, care poate împărți fiecare bob într-un număr mare de nanodomenii sărace în Cr și bogate în Al. În Procesul ulterior de răcire cu apă, martensita (transformarea structurală) are mai multe șanse să se nucleeze în aceste nanodomenii bogate în Al sau sărace în Cr, adică aceste nanodomenii bogate în Al sau Cr sărace servesc ca site-uri nucleare nano-martensite, în timp ce interfața chimică servește ca o barieră în calea creșterii martensitei, limitând creșterea rapidă a acestuia. Pe baza conceptului CBE, echipa a creat cu succes cel mai mic nano-martensitic de până acum în Ti-2.8 Cr{{32 }}.5 Zr-5.2 Aliaj de Al (dimensiunea medie este de 20±6nm, așa cum se arată în Figura 1). În același timp, aliajul de titan are cel mai mic cost, cea mai mare rezistență specifică și un plastic excelent excelent. potrivirea tuturor materialelor din aliaj de titan martensitic raportate în prezent (așa cum se arată în Figura 2) și are perspective bune de aplicare ts.Strategia de proiectare inginerească a interfeței chimice propusă de echipă depășește limitele conceptului original de proiectare a microstructurii/compoziției aliajului și a metodei de prelucrare termomecanică a aliajului de titan și oferă noi idei pentru proiectarea aliajelor de titan avansate de înaltă performanță și a altor metale. materiale structurale cu caracteristici similare. Materiale structurale.

Distribuția microstructurii și compoziției din aliajul nano-martensitic Ti-2.8 Cr{-4.5 Zr{{-5.2 Al multi-nivel după răcirea cu apă

Proprietățile mecanice ale aliajului nano-martensitic cu mai multe niveluri Ti-2.8 Cr{-4.5 Zr{-5.2 Al la temperatura camerei după răcire cu apă și răcire cu aer