Al, V, Nb, Ta… Multi-Element Partner Atlas of Titanium Alloys: Hvernig ná 60+ frumefni frammistöðu við-eftirspurn?(I)

Títan málmblöndur hafa sérstöðu í byggingarefnum. Hreint títan, þrátt fyrir framúrskarandi tæringarþol og lífsamhæfni, býður aðeins upp á miðlungsstyrk (um það bil 240–550 MPa togstyrk). Umbreyting títans úr viðskiptalegum hreinum málmi í há-afkastamikið verkfræðilegt efni-sem getur 1500+ MPa straumstyrk-er alfarið í samspili þess við málmblöndur frumefni víðsvegar um lotukerfið.

Ólíkt stáli eða álblöndu, þar sem styrkingaraðferðir treysta oft á þröngt sett af frumefnum, sýnir títan óvenju breitt málmblöndulandslag. Yfir 60 frumefni breyta verulega fasajafnvægi títan, umbreytingarhreyfifræði og vélrænni svörun. Þessir þættir eru ekki valdir af handahófi; Hlutverk þeirra eru ákvörðuð af grundvallar kristallófræðilegri eindrægni, rafrænni uppbyggingu og stöðu þeirra miðað við títan í lotukerfinu.

Þessi grein veitir kerfisbundna athugun á því hvernig þessi „fjöl-þáttafélagsfjölskylda gerir kleift að „sérsníða eftirspurn“-frá Al-V samsetningunni sem er ráðandi í geimferðaforritum til eldföstum málmviðbótar sem ýta þjónustuhita yfir 600 gráður.

Fjölhæfni títans stafar af allotropic umbreytingu þess. Fyrir neðan 882 gráður kristallast hreint títan í sexhyrndum -pakkaðri (HCP) byggingu, sem er tilnefnd sem -Ti. Ofan við þetta hitastig breytist það í líkama-miðaðan kúbik (BCC) -Ti .

Þetta umbreytingarhitastig-og stöðugleiki hvers fasa-breytist verulega vegna málmblöndur. Frumefni sem auka -transus hitastigið stækka -fasasviðið og eru kölluð -stöðugleiki. Frumefni sem lækka -transus hitastigið stækka -fasasviðið og eru kölluð -stöðugleiki. Þriðji flokkurinn, hlutlausir þættir, hafa lágmarks áhrif á umbreytingarhitastigið.

Þessi fasastöðugleikarammi gerir örbyggingarverkfræði kleift á mörgum mælikvarða: frumkornastærð, aukalaga þykkt, kornformgerð og dreifingu millimálmaefnasambanda.

Byggt á samspili þeirra við allótrópíska umbreytingu títan, skipta málmblöndur þættir í fjóra virkniflokka:

Mynd 1 sýnir einkenni tvífasa skýringarmynda fyrir hvern flokk, sýnir hvernig málmblöndur endurmóta fasamörk og gera mismunandi örbyggingarútkomur.

Ál er mest notaða málmblöndunarefnið í títan, til staðar í næstum öllum málmblöndur í atvinnuskyni, allt frá Ti-6Al-4V til háhita nálægt málmblöndur. Yfirburðir þess stafar af mörgum framlögum:

· Styrking fastrar lausnar: Al leysist helst upp í -fasanum og tekur upp staðgöngusvæði innan HCP grindunnar. Þetta framkallar tvö styrkjandi áhrif: (1) grindarbjögun sem eykur viðnám gegn tilfærsluhreyfingu, og (2) breyting á -fasa stöflunarbilunarorku.

· Þéttleikaminnkun: Við 2,7 g/cm³ lækkar Al verulega þéttleika málmblöndunnar. Hver 1 wt% Al viðbót dregur úr þéttleika um um það bil 1,5%, mikilvægur kostur fyrir geimfar þar sem sérstakur styrkur ræður hönnun íhluta.

·Pöntunarmöguleiki: Í styrk sem fer yfir u.þ.b. 8 wt%, stuðlar Al að myndun skipaðs ₂ (Ti₃Al) botnfalls. Þó að þetta geti stökkt málmblönduna ef hún er grófdreifð, býður stýrð úrkoma upp á frekari styrkingarleiðir.

Nýlegt verk Huang o.fl. sýndi fram á að Al viðbætur breyta í grundvallaratriðum tilfærsluhegðun í títan. Í tvíundir Ti-6Al málmblöndur bælir Al aflögunarsambönd og breytir mikilvægu uppleystu skurðálagi (CRSS) fyrir margfeldi sleðakerfi. Þessi styrking kemur með málamiðlun: á meðan afrakstursstyrkur eykst minnkar sveigjanleiki og höggseigleiki venjulega.

Súrefni, köfnunarefni og kolefni hertaka millivefssvæði innan títangrindarinnar, sem framleiðir einstaklega skilvirka styrkingu við lágan styrk. Hver 0,1 wt% O eykur flæðistyrk um það bil 150–200 MPa.

·Súrefni: Sem algengasta millivefsefnið er O bæði styrkjandi tækifæri og mengunarvandamál. Súrefni kemur á stöðugleika í -fasann, hækkar -transus hitastigið og veitir verulega styrkingu á föstu lausninni. Hins vegar, að fara yfir um það bil 0,3–0,4 wt% O, veldur alvarlegri stökkbreytingu með því að bæla sveigjanlega aflögunaraðferðina.

·Köfnunarefni: Nýlegar framfarir hafa endurskoðað hlutverk N. Zhang o.fl. sýndi fram á að stýrðar N-viðbætur (0,17–0,40 wt%) ásamt kornmarkatækni geta framleitt óvenjulega styrkleika-samsetningar. Ti-1800 álfelgur þeirra (Ti-4.1Al-2.5Zr-2.5Cr-6.8Mo-0.17O-0.10N) náði 1800 MPa afkaststyrk með stigveldisskipulagi frum-, auka- og ofurfíns -Widmanstätten botnfalls.

· Kolefni: Viðbætur af 0,05–0,2 wt% C stuðla að TiC myndun. Þessi karbíð þjóna tvöföldum aðgerðum: (1) festa kornamörk við há-hitavinnslu, fínpússa endanlega örbyggingu og (2) virka sem ólíkir kjarnastöðvar fyrir úrkomu. Örbyggingin sem myndast sýnir fínni korn og tilviljunarkenndari stefnur rimla.

Örblendi með B (0,01–0,2 þyngd%) framleiðir TiB whiskers sem betrumbæta fyrri kornastærð verulega. Í TA6.5 málmblöndur umbreytti 0,2 wt% B örbyggingunni úr grófri Widmanstätten í fágaðan karfa-formgerð, minnkaði stærð nýlendunnar og bætti bæði stofuhita-og 650 gráðu togþol.

 Áfram...

Hafðu samband núna