Xi'an Jiaotong University heeft nieuwe vooruitgang geboekt bij het ontwerpen van goedkope, zeer sterke en sterke titaniumlegeringen

Xi'an Jiaotong University heeft nieuwe vooruitgang geboekt bij het ontwerpen van goedkope, zeer sterke en sterke titaniumlegeringen

Titaniumlegering met hoge specifieke sterkte is een belangrijk structureel materiaal voor energiebesparing, emissiereductie en lichtgewicht. De macroscopische mechanische eigenschappen kunnen worden geoptimaliseerd door de dichtheid en ruimtelijke verdelingskarakteristieken van korrelgrenzen (GB's) en uit-fase-interfaces (PB's) aan te passen. Het reguleren van de structuur en kenmerken van de /-fase-interface met discontinu rooster in titaniumlegeringen kan bijvoorbeeld de mechanische eigenschappen van de legering aanzienlijk verbeteren. Voor titaniumlegeringen kunnen naast de diffusie (→) faseovergang ook PB's met hoge dichtheid worden geïntroduceerd in de titaniumlegering door de niet-diffusieverplaatsingsovergang (→ ') onder snelle afkoelingsomstandigheden. De martensitische faseovergang in titaniumlegeringen kan twee belangrijke voordelen opleveren: enerzijds wordt de faseovergang aangedreven door snelle afkoeling (de thermische stabiliteit van de fase bij hoge temperatuur wordt verminderd) om een ​​tweefasige microstructuur te construeren en grensvlakverharding te produceren; aan de andere kant, de door kracht geïnduceerde faseovergang (de mechanische stabiliteit van de fase bij kamertemperatuur wordt verminderd), manifesteert zich meestal als een lagere vloeigrens, maar een hoger uithardingsvermogen en breukverlenging, dat wil zeggen, de faseovergang induceert plasticiteit effect. Over het algemeen komt martensitische versterking overeen met de klassieke Hall-Petch-relatie. Daarom is het wenselijk om nanomartensitica in de microstructuur te ontwerpen om de legering te versterken en een redelijke ductiliteit te behouden, waardoor uitstekende mechanische eigenschappen worden verkregen. Aangezien de grotere korrels met een grootte van tientallen of zelfs honderden microns in titaniumlegeringen de neiging hebben om martensitische platen op micron-niveau en submicron-niveau, de fase-interfacedichtheid is laag en de vloeigrens is niet hoog. .

Gezien de bovenstaande problemen heeft het team van academicus Sun Jun, State Key Laboratory of Metal Materials Strength, Xi'an Jiaotong University, een nieuwe strategie voorgesteld voor de productie van nano-martensieten met behulp van Chemical Interface Engineering (CBE), die verschilt van de korrelgrenstechniek die in het verleden traditionele thermomechanische verwerkingsmethoden gebruikte. Gebaseerd op het ontwerpidee dat de significante diffusie-mismatch tussen legeringselementen bij hoge temperaturen een chemische interface met hoge dichtheid (CB's) kan construeren, gedefinieerd als de discontinuïteit van de concentratiegradiënt van bij minste één element in een aaneengesloten gebied van het rooster), beschouwt het team het verschil in de diffusiesnelheid van verschillende legeringselementen in de BCC-Ti- en HCP-Ti-matrices, en selecteert het goedkope snelle diffusie-element Cr en het langzame -diffusie-element Al, gebruikmakend van Ti-xCr-4.5 Zr-5.2 Al (x=1.8, 2.3, 2.8 gew.%) Als modelmateriaal reguleert de legering de dichtheid van de chemicaliën l-interface via het snelle diffusie-element Cr. De diffusie-mismatch van Cr- en Al-elementen bij hoge temperatuur vormt CB's met hoge dichtheid, die elke korrel kunnen verdelen in een groot aantal Cr-arme en Al-rijke nanodomeinen. In de daaropvolgend waterkoelingsproces, zal martensiet (structurele transformatie) eerder kiemen in deze Al-rijke of Cr-arme nanodomeinen, dat wil zeggen, deze Al-rijke of Cr-arme nanodomeinen dienen als nano-martensiet nucleaire sites, terwijl de chemische interface een barrière vormt voor de groei van martensiet, waardoor de snelle groei ervan wordt beperkt. Op basis van het CBE-concept creëerde het team met succes het kleinste nano-martensitische middel tot nu toe in de Ti-2.8 Cr{{32 }}.5 Zr-5.2 Al-legering (de gemiddelde grootte is 20 ± 6 nm, zoals weergegeven in afbeelding 1). Tegelijkertijd heeft de titaniumlegering de laagste kosten, de hoogste specifieke sterkte en een uitstekend sterk plastic afstemming van alle martensitische titaniumlegeringsmaterialen die momenteel worden gerapporteerd (zoals weergegeven in figuur 2), en heeft een goed toepassingsperspectief ts.De door het team voorgestelde ontwerpstrategie voor chemische interface-engineering doorbreekt de beperkingen van het oorspronkelijke ontwerpconcept voor microstructuur / legeringssamenstelling en de thermomechanische verwerkingsmethode van titaniumlegering, en biedt nieuwe ideeën voor het ontwerp van hoogwaardige geavanceerde titaniumlegeringen en andere metalen structurele materialen met vergelijkbare kenmerken. Structurele materialen.

Microstructuur en samenstellingsverdeling van multi-level nano-martensitische Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al-legering na waterkoeling

Mechanische eigenschappen van multi-level nano-martensitische Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al-legering bij kamertemperatuur na waterkoeling en luchtkoeling