Сіаньський університет Цзяотун досяг нового прогресу в розробці недорогих, високоміцних і міцних титанових сплавів

Сіаньський університет Цзяотун досяг нового прогресу в розробці недорогих, високоміцних і міцних титанових сплавів

Титановий сплав з високою питомою міцністю є важливим конструкційним матеріалом для енергозбереження, зменшення викидів і легкої ваги. Його макроскопічні механічні властивості можна оптимізувати, регулюючи характеристики щільності та просторового розподілу меж зерен (GB) і меж фази (PB). Наприклад, регулювання структури та характеристик поверхні розділу / фази з розривною решіткою в титанових сплавах може значно покращити механічні властивості сплаву. Для титанових сплавів, крім дифузійного (→) фазового переходу, високощільні ПБ також можуть бути введеним у титановий сплав через бездифузійний перехід зміщення (→ ') в умовах швидкого охолодження. Мартенситний фазовий перехід у титанових сплавах може реалізовувати дві ключові переваги: ​​з одного боку, фазовий перехід зумовлений швидким охолодженням ( термічна стабільність високотемпературної фази знижується) для побудови двофазної мікроструктури та отримання міжфазного зміцнення; з іншого боку, фазовий перехід, викликаний силою (механічна стабільність фази при кімнатній температурі знижується), зазвичай проявляється у вигляді нижчої межі текучості, але більш високої зміцнюваності та подовження при руйнуванні, тобто фазовий перехід індукує пластичність Загалом, мартенситне зміцнення відповідає класичній залежності Холла-Петча. Таким чином, бажано розробити наномартенсити в мікроструктурі для зміцнення сплаву та підтримки розумної пластичності, отримуючи таким чином відмінні механічні властивості. Однак, оскільки більші зерна з розміром десятків або навіть сотень мікрон у титанових сплавах мають тенденцію до утворення мікронного та субмікронного рівня мартенситних листів, щільність межі розділу фаз низька, а межа текучості невисока. Тому використання технології межзеренних меж (GBE) для створення високоміцних міцних титанових сплавів із тонкою мікроструктурою все ще є проблемою .

З огляду на вищезазначені проблеми, команда академіка Сунь Цзюня, Державна ключова лабораторія міцності металевих матеріалів Сіаньського університету Цзяотун, запропонувала нову стратегію виробництва наномартенситів з використанням технології хімічного інтерфейсу (CBE), яка відрізняється від зерномежова інженерія, яка використовувала традиційні термомеханічні методи обробки в минулому. Базуючись на ідеї дизайну, що значна дифузійна невідповідність між легуючими елементами при високих температурах може створити хімічний інтерфейс високої щільності (CBs, визначений як розрив градієнта концентрації при принаймні один елемент у безперервній області решітки), команда враховує різницю у швидкості дифузії різних легуючих елементів у матрицях BCC-Ti та HCP-Ti та вибирає недорогий швидкодифузійний елемент Cr та повільний -дифузійний елемент Al, використовуючи Ti-xCr-4.5 Zr-5.2 Al (x=1.8, 2,3, 2,8 мас. відсотка ) Як модельний матеріал сплав регулює щільність хім l інтерфейс через елемент швидкої дифузії Cr. Дифузійна невідповідність елементів Cr і Al при високій температурі утворює CB високої щільності, які можуть розділяти кожне зерно на велику кількість бідних Cr і багатих Al нанодоменів. у подальшому процесі водяного охолодження мартенсит (структурна трансформація) з більшою ймовірністю зароджуватиметься в цих нанодоменах, багатих Al або бідних Cr, тобто ці нанодомени, багаті Al або бідні Cr, служать ядерними центрами наномартенситу, в той час як хімічна поверхня служить бар’єром для росту мартенситу, обмежуючи його швидке зростання. На основі концепції CBE команда успішно створила найменший наномартенсит на сьогоднішній день у Ti-2.8 Cr{{32 }}.5 Zr-5.2 Сплав Al (середній розмір становить 20±6 нм, як показано на малюнку 1). У той же час титановий сплав має найнижчу вартість, найвищу питому міцність і чудову міцну пластмасу відповідність усім мартенситним титановим сплавам, які наразі повідомляються (як показано на малюнку 2), і має хороші перспективи застосування ts. Стратегія проектування хімічного інтерфейсу, запропонована командою, долає обмеження початкової концепції дизайну мікроструктури/композиції сплаву та методу термомеханічної обробки титанового сплаву та надає нові ідеї для розробки високоефективних передових титанових сплавів та інших металів конструкційні матеріали зі схожими характеристиками. Конструкційні матеріали.

Мікроструктура та розподіл складу багаторівневого наномартенситного сплаву Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al після охолодження водою

Механічні властивості багаторівневого наномартенситного сплаву Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al за кімнатної температури після охолодження водою та повітрям